Post on 06-Feb-2016
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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL
PERÚ
INGENIERÍAS
QUIMICA I
TEMA: MATERIA Y ESTRUCTURA ATÓMICA
LIC. QUÍMICO
ERIKA CATHERINE SALAS ARIAS1
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CAMBIO FÍSICO Y QUÍMICO
Cambio Físico: es un proceso físico, no hubo reacción química. Ejm: cambio de
estado.
Cambio Químico: ocurre cuando existe una reacción química involucrada. Ejm:
combustión.
EJERCICIOS
1. Fenómeno físico o químico:
El hierro tiende a oxidarse
El agua de lluvia en las Zonas industrializadas suele ser acida
El agua de un vaso que se deja al sol se evapora
EL Azúcar de caña se fermenta para dar alcohol
El azúcar que se disuelve en un vaso de agua
El gas Helio contenido en un globo que se escapa después de unas horas
El jugo de naranja que se reconstituye añadiéndole agua.
EL crecimiento de las plantas en el proceso de fotosíntesis
La combustión del carbón
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Se forman bajo temperaturas y presiones extremadamente altas,
haciendo que los impactos entre los electrones sean muy
violentos, separándose del núcleo y dejando sólo átomos
dispersos.
El plasma, es así, una mezcla de núcleos positivos y electrones
libres, que tiene la capacidad de conducir electricidad.
Ejemplo:
- Sol.
- Los rayos durante una tormenta.
- El fuego.
- El magma.
- La lava.
- La ionosfera.
- La aurora boreal.
- Las estrellas
- Los vientos solares.
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EJERCICIOS
1. Completa las siguientes frases:
El paso de sólido a gas se llama:
El paso de líquido a gas se llama:
El paso de líquido a sólido se llama:
El paso de sólido a líquido se llama:
2. La sublimación es una propiedad que caracteriza a pocas sustancias orgánicas.
¿Cuál de las siguientes sustancias la poseen?
a) Acetona b) Alcohol c) Naftalina d) Kerosene
3. Término con que se conoce el cambio que sufre una sustancia sólida cuando se
aumenta su temperatura.
a) Solidificación b) Fusión c) Sublimación d) Evaporación
CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA.
MATERIA
SUSTANCIAS PURAS MEZCLAS
ELEMENTO
Au, H, Cl ,O
COMPUESTO
H20, NaCl, azúcar
HOMOGÉNEA(Solución)Agua-sal
Aire
HETEROGÉNEAAgua-aceite
Concreto
PROCESO
QUIMICO
PROCESO FISICO
Unión de dos o mas sustancias.
Cantidades variables.
Propiedades idénticas Constituidas por una sola especie química (elemento o compuesto)
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MEZCLA
Asociación de dos o más sustancias distintas. Se
distinguen dos tipos:
Mezcla homogénea o solución: mezcla uniforme, cuando
las partes que la componen no se pueden distinguir a
simple vista.
Lic. Erika Catherine Salas Arias
Lic. Erika Catherine Salas Arias
Mezcla heterogénea: mezcla no uniforme , cuando
las partes que la componen pueden ser distinguidas.
No presentan las mismas características en toda su
extensión.
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EJERCICIOS
1. De las siguientes sustancias señale cuales son sustancias puras ( elemento),
sustancia puras (compuesto), mezcla homogénea o heterogénea.
a) SO2
b) Cl2
c) CH4
d) P4
e) Agua de mar
f) Acero
g) Arena de playa
h) Arroz con leche
i) Magnesio
j) Gasolina
k) Aire
l) Bronce
m) Calcio
n) Óxido de Bario
MÉTODOS DE
SEPARACIÓN DE MEZCLAS
MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE MEZCLAS
Los Métodos de Separación se basan en
diferencias entre las propiedades físicas de los
componentes de una mezcla, tales como: estado
físico, Punto de Ebullición, Densidad, Presión de
Vapor, Punto de Fusión , Solubilidad, etc.
Se clasifican en:
1.Métodos mecánicos
2.Métodos físicos
3.Métodos químicos
MÉTODOS MECANICOS
Estos métodos son aquellos en los cuales la mano del
hombre no interviene para que estos se produzcan.
Sedimentación: si se depositas una piedra o arena en
un liquido el sólido rápidamente se sumergiría por el
efecto de la gravedad.
Decantación. se aplica para
separar una mezcla de
líquidos insolubles o un sólido
insoluble de un liquido, Esta
técnica se basa en la
diferencia de densidades entre
los dos componentes, que
hace que dejándolos en
reposo se separen en fases.
MÉTODOS FÍSICOS
Filtración : es aplicable
para separar un sólido
insoluble de un liquido y se
emplea un filtro, la mezcla
se vierte sobre el filtro
quedando atrapado el
sólido y en el otro recipiente
se depositara el liquido, de
ese modo quedan
separados los dos
componentes.
Destilación: se basa en la diferencia del punto de
ebullición, sirve para separar sólidos de líquidos o
dos líquidos miscibles, consiste en la evaporación y
condensación sucesiva.
Cromatografía: se basan en la separación de los componentes
(soluto) de una mezcla homogénea basada en las interacciones
entre la fase móvil (líquido) y la fase estacionaria (absorbente)
Cristalización : este procedimiento se basa en la
separación de un sólido soluble de la solución que lo
contiene mediante los puntos de solidificación. la
solución se enfría hasta que uno de sus
componentes se solidifique .
MÉTODOS QUIMICOS
• Procesos de separación de compuestos en sus elementos más
sencillos.
• Necesidad de una reacción química previa a la separación.
• Los más importantes son por:
Electrólisis Gravimetría.
Electrólisis: del cloruro de sodio fundido
Cl- 1/2 Cl2 + 1 e-
Na+ + 1 e- Na
ánodo (+) (Oxidacion)
cátodo (-) (Reduccion)
• Transforma la energía eléctrica en
energía química
• Fuente externa
• Reacción redox no espontánea
• Cuba electrolítica
Gravimetría:
• El producto de la reacción es un sólido de composición
química conocida.
• Se usan en los métodos de análisis y en las titulaciones por
precipitación.
Pb (NO3)2 (aq) + 2 KI (aq) 2 KNO3 (aq) + PbI2 (s)
CONCLUSIONES
Existen variados métodos de separación de mezclas,
pero se tiene que tener en cuenta lo siguiente:
• Si la mezcla es homogénea o heterogénea
•Cuales son los componentes y estado en que se
encuentran.
• Las propiedades físicas de los componentes.
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EJERCICIOS
1. Método de separación de mezclas que permite eliminar un sólido finamente
suspendido en un líquido utilizando una membrana porosa.
A) Destilación B) Evaporación C) Filtración D) Decantación
2. Método que se permite separar 2 líquidos no miscibles debido a su diferencia
de densidades.
A) Destilación B) Evaporación C) Filtración D) Decantación
3. Sugiera un método para separar cada una de estas mezclas en sus dos
componentes:
(a)azúcar con arena
(b)hierro con azufre
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EJERCICIOS
1. Indica a qué propiedad de la materia se refieren las siguientes afirmaciones:
El cloro es un gas de color verde:
El vidrio se corta con un diamante:
1 cm3 de etanol cuya masa es 0,798 g:
El alcohol hierve a los 78,4 °C:
2. Diga propiedad extensiva o intensiva:
El agua ebulle por debajo de 100 °C en la cima de una montaña
El plomo es más denso que el aluminio
El gas Helio contenido en un globo
El aceite es más viscoso que el agua
ESTRUCTURA DEL ÁTOMO
ÁTOMO:
Unidad básica de un elemento que puede entrar en combinación química.
Partícula más pequeña e indivisible de la materia.
Investigaciones sobre la Estructura de la materia: Platón y Aristóteles,
Demócrito (470-370AC): Dalton (~ 1800) y sobre la Estructura del átomo
Thomson (1856-1940): electrón (1897) Millikan (1860 – 1953): carga del
electrón , Thomson, Rutherford (1919): protón. Chadwick (1932): neutrón
demostraron que los átomos poseen estructura interna, es decir están
formados por partículas aun mas pequeñas, llamadas partículas
subatómicas:
• Electrones
• Protones
• Neutrones
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SUBATOMIC PARTICLES
Particle Charge Mass (g) Location
Electron
(e-) -1 9.11 x 10-28 Electron
cloud
Proton
(p+) +1 1.67 x 10-24 Nucleus
Neutron
(no) 0 1.67 x 10-24 Nucleus
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RELACIONES DE MASA DE LOS ATOMOS
Las partículas sub atómicas son útiles para entender las propiedades
de los átomos; se pueden identificar por el número de protones y
neutrones que contienen.
REPRESENTACION DE UN ELEMENTO
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NÚMERO ATÓMICO
(Z) = nro. Protones en el núcleo cada átomo
• En un átomo neutro el nro protones = nro electrones
De modo que el nro atómico indica el nro electrones presentes en un átomo.
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• En una especie con carga + o - , se denominan
especies isoelectrónicas. (presentan carga electrica
positiva o negativa)
Calcular:
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Element # of protons Atomic # (Z)
Carbon 6 6
Phosphorus 15 15
Gold 79 79
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NÚMERO MASA.
A = nro total protones + neutrones en el núcleo de un átomo ó
A = nro atómico + nro neutrons = Z + n
Número de neutrones en un átomo es:
Nro neutrones= nro masa (A) – nro atómico (Z)
Ejm: número masa del fluor es 19 y número atómico es 9 , entonces el
número de neutrones es 19-9 = 10
Todos deben ser enteros positivos.
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EJERCICIOS
1. Indique el nro de protones, neutrones y electrones de
cada una de las siguientes especies:
a)115B
b) 19980Hg
c) 7031Ga
d)20983Bi
e)8035Br
f)11248Cd
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g) 9642Mo+4
h) 3216S
-4
i) 13355Cs+1
j) 3115P
-3
k) 73Li+1
l) 7934Se-2
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2. Si un elemento tiene un número atómico de 34 y
número de masa de 78, calcular:
a) Número de protones
b) Número de neutrones
c) Número de electrones
d) Complete el símbolo
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ISÓTOPOS
• Atomos pertenecen a un mismo elemento
• Tienen el mismo número atómico (Z) pero diferentes
números de masa (A) (diferente nro neutrones)
Los isótopos se nombran poniendo el número de masa
despues del nombre del elemento. Ejm:
Carbono – 12, Carbono – 14, Uranio - 235 40
ISÓTONOS
• Atomos que tienen el mismo numero de neutrones pero distinto
numero atomico.
ISÓBAROS
• Atomos que tienen el mismo numero de masa pero distinto
numero atomico
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EJERCICIOS
1. Cuál es la diferencia entre los siguientes isótopos?
C-12, C-13 y C-14
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2. Si la suma del A de 3 isótopos es 39 y el promedio aritmético de su
número de neutrones es 7. A qué elemento pertenecen los isótopos?
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MASAS ATÓMICAS
•La masa atómica es la suma de la cantidad de protones y neutrones
de un solo átomo cuando no tiene movimiento.
• Por acuerdo internacional el átomo del isótopo de Carbono – 12
sirve como patrón y presenta una masa de 12 unidades de masa
atómica ( uma)
masa de un átomo de carbono 12 = 12 uma
1 uma = (masa de un átomo de carbono 12)/ 12
• Cuando se mide la masa atómica de un elemento se debe
calcular la masa atómica promedio debido a que la mayoria de
los elementos naturales tiene mas de un isótopo.46
Para calcular la masa atómica promedio de un elemento, se debeconocer:
• La masa atómica individual del isótopo y,• El % de abundancia de cada isótopo ( expresada como decimal).
Ejm: la abundancia natural del C-12 y C-13 es 98.89% y 1.11%respectivamente, la masa atómica del C-12 es 12.00000 uma y la masaatómica del C-13 es 13.00335 uma. Calcular la masa atómicapromedio.
Masa atómica C natural= (0.9889)(12.00000uma)+( 0.0111)(13.00335uma)= 12.0 uma
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Ejercicio:
1. Las masas atómicas de 2 isótopos estables del Cu son :
6329Cu ( 69.09%) =62.93 uma
6529Cu ( 30.91%) =64.9278 uma
Calcular la masa atómica promedio.
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Ejercicio:
1. Las masas atómicas de 2 isótopos estables del Cl son :
3517Cl ( 75.53%) =34.968 uma
3717Cl ( 24.47%) =36.956 uma
Calcular la masa atómica promedio.
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MECÁNICA CUÁNTICA
Es una teoría que trata de explicar el comportamiento de
las unidades subatómicas en particular la de los
electrones, para ello se emplea los llamados números
cuánticos.
NÚMEROS CUÁNTICOS
El modelo atómico de Bohr introdujo un sólo número
cuántico (n) para describir una órbita. Sin embargo, la
mecánica cuántica, requiere de 4 números cuánticos para
describir la distribución de los e- en el hidrógeno y en otros
átomos.50
Estos derivan de la ecuación de Schrodinger para el
átomo de hidrógeno y son:
Número cuántico principal (n)
Número cuántico de momento angular (l)
Número cuántico magnético (ml)
Número cuántico de spín electrónico (ms)
Se usan para describir orbitales atómicos e identificar los
electrones que se ubican en ellos.51
NÚMERO CUÁNTICO PRINCIPAL (n):
Describe el nivel de energía que ocupa el electrón y para el
orbital define su tamaño o volumen efectivo.
Puede tener cualquier valor entero positivo n = 1,2,3,4 etc.
Ejemplo:
Cuando n = 1, el electrón se encuentra en la órbita 1
Cuando n = 2, el electrón se encuentra en la órbita 2
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NÚMERO CUÁNTICO DE MOMENTO ANGULAR (SECUNDARIO
O AZIMUTAL) (l)
Identifica al subnivel de energía del electrón y se le asocia a la
forma del orbital. (s, p,d,f)
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Sus valores dependen del número cuántico principal (n), es decir, sus
valores son todos los enteros entre 0 y (n – 1), incluyendo al 0.
Ejemplo:
Así, para n=1...l =0 ( "s" )
para n=2 .........l = 0, 1 ( "s", "p" )
para n=3 .........l = 0, 1, 2 ( "s", "p", "d" )
para n=4 .........l = 0, 1, 2, 3 ("s", "p", "d", "f" )
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NÚMERO CUÁNTICO MAGNÉTICO (mL)
Describe las orientaciones espaciales de los orbitales.
Sus valores son todos los enteros entre –l y +l, incluyendo al 0.
Ejemplo: n = 4
l = 0, 1, 2, 3
m = -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3.
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NÚMERO CUÁNTICO DE SPÍN ELECTRÓNICO (ms)
• Describe el giro del electrón en torno a su propio eje.
• Los valores que puede tomar el número cuántico de spin
son -1/2 y +1/2.
• Indica si el orbital donde ingreso el último electrón está
completo o incompleto.
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RESUMEN
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En una configuración electrónica, un electrón puede ser representado
simbólicamente por:
Los números cuánticos para el último electrón en este ejemplo
serían: n = 3, l = 1, m = -1 , s = +1/2
Representar simbólicamente los siguientes números cuánticos.
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EJERCICIOS
1. Calcular los números cuánticos de:
1. 3s2
2. 3s1
3. 3p1
4. 4d9
5. 3p4
6. 4s1
7. 4d5
8. 3p5
9. 4d3
10.6f7
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2. Justifica si es posible o no que existan electrones con los
siguientes números cuánticos, realizar la representación
simbólica de los que existen.
a) (3,-1,1,-1/2)
b) (3,2,0,+1/2)
c) (2,1,2, +1/2)
d) (1,1,0,-1/2)
e) (2,-1,1, +1/2)
f) (3,1,2, +1/2)
g) (2,1,-1, +1/2)
h) (1,1,0,-2)
i) (4,2,0,-1)
j) (3,3,-3, +1/2)
k) (2,0,+1,-1/2)
l) (4,3,0, +1/2)
ll) (1,0,0, +1/2)
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CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA
•Configuración electrónica de un átomo informa como
estan distribuidos los electrones entre los diversos
orbitales atómicos.
•El átomo de hidrógeno es un sistema particularmente
sencillo porque solo tiene un electrón.
• La situación es diferente para átomos polielectrónicos
• Para entender el comportamiento electrónico de
átomos polielectrónicos , se debe conocer primero la
Configuración electrónica.
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La figura muestra que el electrón en el estado
fundamental del átomo de H debe estar en el orbital 1s,
por lo que su configuración electrónica es 1s1
La configuración electrónica también se puede
representar por un diagrama de orbital que muestra
el spin del electrón.
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PRINCIPIO DE EXCLUSIÓN DE PAULI
• Dos electrones de un átomo no pueden tener los 4
números cuáticos iguales ( n,l,m,s), es decir, si dos
electrones en un átomo están en el mismo orbital
atómico estos deben tener espines opuestos (ms).
Ejm: el átomo de Helio tiene 2 e- tiene la siguiente
configuración.
He
Primer electrón n= 1 l= 0 m= 0 s= +1/2
Segundo electrón n= 1 l= 0 m= 0 s= -1/2 67
PRINCIPIO DE MÁXIMA MULTIPLICIDAD
REGLA DE HUND
Establece que para orbitales de igual energía ( subniveles), la
distribución más estable de los electrones, es aquella que tenga
electrones desapareados.
Esto significa que los electrones se ubican uno en uno (con el mismo
espin) en cada subnivel y luego se completan con el segundo electrón
con espin opuesto.
Ejm: configuración electrónica del carbono.
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ESCRIBIR CONFIGURACIONES ELECTRÓNICAS
• Conocer el número de electrones del átomo (Z = p = e-).
• Los electrones ocupan los orbitales de energía
disponibles más bajos.
• Cada orbital puede contener sólo dos electrones, los
cuales deben ser de espín opuesto
•Si dos o más orbitales tienen la misma energía, cada
orbital consigue un electrón antes que cualquier orbital
consiga dos.
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• Respetar la capacidad máxima de cada subnivel
(orbital s = 2e-, p =6e-, d = 10e- y f = 14e-).
• Verificar que la suma de los superíndices sea igual al
número de electrones del átomo.
• Para los átomos grandes es muy útil usar una forma
abreviada de configuraciones de gas noble..
24 Cr : [Ar]4s1 3d5 70
Realizar el esquema de
llenado de los orbitales
atómicos.
• Seguir la flecha del
esquema comenzando 1S
• Siguiendo la flecha se
completaran los orbitales de
manera correcta
REGLA DEL SERRUCHO
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ATOMO ANTISERRUCHO: átomos en los que no se cumple la C.E , se les
reconoce porque sus C.E de átomo neutro termina en d4 y d9 , sus verdaderas
configuraciones terminan en d5 y d10 porque el último subnivel S le cede un
e- y es mas estable.
Grupo 6 (Cr, Mo, W, Sg) y 11 ( Cu, Ag, Au, Rg)
24 Cr : [Ar]4s1 3d5
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EJERCICIOS
Realizar las configuraciones electrónicas de:
a) O ( Z=8 )
b) F ( Z=9 )
c) Ne ( Z=10 )
d) Ça ( Z=20 )
e) Ar( Z=18 )
f) Fe ( Z=26 )
g) Cu (Z=29)75
DEFINICIONES BÁSICAS
ATOMO PARAMAGNÉTICO: átomos que son atraídos por campos
magnéticos, en su C.E sus electrones se encuentran desapareados.
ATOMO DIAMAGNÉTICO: átomos que son repelidos por campos
magnéticos, en su C.E sus electrones se encuentran apareados
Ne 1s2 2s2 2p6
ESPECIES ISOELECTRONICAS: son aquellos átomos o iones que poseen
el mismo número de electrones.
CONFIGURACIÓN SIMPLIFICADA: se trata de sustituir una parte del
C.E por el símbolo de un gas noble.
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NÚMERO DE ELECTRONES DE VALENCIA :Son los electrones del ultimo nivel o capa. Ejm: C tiene 4 e- de valencia.
Un símbolo atómico con puntos colocados alrededor de él es para indicar elnúmero de electrones de valencia, es igual al número del grupo al quepertenecen.
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