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Ing. Jaime Lagos B Qumica Inorgnica & Orgnica Nutricin y Diettica
Qumica Inorgnica & Orgnica
Ing. Jaime Lagos B Qumica Inorgnica & Orgnica Nutricin y Diettica
Convivencia Armnica
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de comenzar, dejndose en mesa de profesor.
Definir Delegada (o)
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Fecha de pruebas.
1) 29 de Abril 2) 03 de Junio 3) 15 de Julio Prueba Especial : 22 de julio
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Programa del Curso
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Qumica Orgnica y Nutricin
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Qumica Orgnica es la rama de la qumica en la que se
estudian los compuestos del carbono y sus reacciones.
Existe una amplia gama de sustancias (medicamentos,
vitaminas, plsticos, fibras sintticas y naturales,
hidratos de carbono, protenas y grasas) formadas por
molculas orgnicas.
Introduccin
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Actualidad:
Nmero de compuestos:
Inorgnicos: unos 100.000
Orgnicos: unos 7.000.000 (plsticos, insecticidas, jabones, medicamentos, gasolinas, fibras textiles...)
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Qumica orgnica en la actualidad:
La Qumica de los Compuestos del Carbono.
Tambin tienen hidrgeno.
Se exceptan CO, CO2, carbonatos,
bicarbonatos, cianuros...
Pueden tener otros elementos: O, N, S, P, halgenos...
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Grupos funcionales. Series homlogas.
Grupo funcional: Es un tomo o grupo de tomos unidos de manera caracterstica y que determinan, preferentemente, las propiedades del compuesto en que estn presentes.
Serie homloga: Es un grupo de compuestos en los que la nica diferencia formal entre sus miembros se encuentra en el nmero de grupos metileno, -CH2-, que contiene
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Principales grupos funcionales (por orden de prioridad) (1)
cido carboxlico RCOOH
ster RCOOR
Amida RCONRR
Nitrilo RCN
Aldehdo RCH=O
Cetona RCOR
Alcohol ROH
Fenol OH
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Principales grupos funcionales (por orden de prioridad) (2)
Amina (primaria) RNH2 (secundaria) RNHR (terciaria) RNRR
ter ROR
Doble enlace RCH=CHR
Triple enlace R CCR
Nitro RNO2 Halgeno RX
Radical R
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Propiedades del Carbono
Estructura de los compuestos orgnicos
Electronegatividad intermedia Enlace covalente con metales como con no metales
Posibilidad de unirse a s mismo formando cadenas.
Tamao pequeo lo que le posibilita formar enlaces dobles y triples
Tetravalencia: s2p2 s px py pz 400 kJ/mol
hibridacin
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Tipos de enlace
Enlace simple: Los cuatro pares de electrones se comparten con cuatro tomos distintos. Ejemplo: CH4, CH3CH3
Enlace doble: Hay dos pares electrnicos compartidos con el mismo tomo. Ejemplo: H2C=CH2, H2C=O
Enlace triple: Hay tres pares electrnicos compartidos con el mismo tomo. Ejemplo: HCCH, CH3 CN
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Representacin de molculas orgnicas. Tipos de frmulas.
Emprica. Ej. CH2O Molecular Ej. C3H6O3 Semidesarrollada (Es la ms utilizada en la
qumica orgnica) Ej. CH3CHOHCOOH Desarrollada Ej. H OH
(no se usa demasiado) HCCC=O
H H OH
Con distribucin espacial (utilizadas en estereoisomera)
No sirven para identificar compuestos
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Cadenas carbonadas
Ttulo del diagrama
LINEALES RAMIFICADAS
ABIERTAS
(alifaticas)
ALICICLICAS AROMATICAS
CERRADAS
TIPOS DE CADENAS
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Grupos funcionales. Series homlogas.
Grupo funcional: Es un tomo o grupo de tomos unidos de manera caracterstica y que determinan, preferentemente, las propiedades del compuesto en que estn presentes.
Serie homloga: Es un grupo de compuestos en los que la nica diferencia formal entre sus miembros se encuentra en el nmero de grupos metileno, -CH2-, que contiene
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Principales grupos funcionales (por orden de prioridad) (1)
cido carboxlico RCOOH
ster RCOOR
Amida RCONRR
Nitrilo RCN
Aldehdo RCH=O
Cetona RCOR
Alcohol ROH
Fenol OH
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Principales grupos funcionales (por orden de prioridad) (2)
Amina (primaria) RNH2 (secundaria) RNHR (terciaria) RNRR
ter ROR
Doble enlace RCH=CHR
Triple enlace R CCR
Nitro RNO2 Halgeno RX
Radical R
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Los compuestos de Carbono El estudio de los compuestos del carbono constituye una parte fundamental y muy extensa de la qumica, que se denomina qumica orgnica o qumica del carbono. Este hecho se debe a diversos motivos:
La gran cantidad de compuestos del carbono que se conocen. Este elemento forma ms compuestos que todos los otros juntos, los cuales constituyen otra parte de la qumica llamada qumica inorgnica.
Las propiedades especiales de los compuestos del carbono.
La importancia de estos compuestos. Adems de formar parte de la materia viva, hay muchos que son de uso comn, como combustibles, alimentos y plsticos, fibras sintticas, medicamentos, colorantes, etc.
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De acuerdo con la gran diversidad de compuestos orgnicos que
puede formar el carbono es necesario estudiar su clasificacin y la
definicin de ciertos conceptos.
Los hidrocarburos son los derivados del carbono ms sencillos.
Resultan nicamente de la unin de tomos de carbono con
tomos de hidrgeno y de tomos de carbono entre s formando
cadenas que pueden ser abiertas o cerradas y cuyos eslabones
pueden estar unidos por enlaces simples o por enlaces mltiples.
Hidrocarburos
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Estructura Atmica, Orbitales y Enlace Qumico
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Estructura atmica actual
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Qu es el tomo?
Es la mnima porcin
representativa de un
elemento qumico. Se define
como un sistema energtico
dinmico en equilibrio
electroesttico. Antiguamente
se pensaba que era
indivisible, pero hoy en da se
sabe que es divisible en
diversos procesos. Consta de
2 partes: ncleo atmico y
zona extranuclear.
Ncleo atmico Zona extranuclear
Protones (p+) Neutrones (n0)
Electrones (e-)
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Modelo Mecnico Cuntico
El modelo mecnico cuntico es la explicacin que existe hoy en da sobre
comportamiento del tomo. Fue Louis de Broglie, quien intuyo que los electrones
deberan tener el comportamiento de una onda. Esta particular conducta de los
electrones implica la IMPOSIBILIDAD de determinar simultneamente y con igual
exactitud la posicin y la velocidad de estos, pues para conocerlos se debe interactuar
con esta partcula. PRINCIPIO INCERTIDUMBRE
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Observaciones importantes
El ncleo concentra casi toda la masa del tomo y es de carga positiva debido a la presencia de los protones.
Al protn y neutrn se les denomina nucleones fundamentales.
Se le llama tomo neutro cuando la carga elctrica total o neta es cero y se cumple que:
El neutrn no tiene carga elctrica, por lo tanto se le denomina partcula neutra.
Al protn, neutrn y electrn se les denomina partculas subatmicas fundamentales.
Todas las partculas subatmicas son iguales para cualquier elemento qumico.
La zona extranuclear determina el volumen del tomo pero es casi vacia
# p+ = # e- = Z
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Caractersticas de las prticulas subtmicas fundamentales
Partcula Smbolo Carga
Absoluta (C)
Masa
Absoluta (Kg)
Descubridor
Electrn e- -1.60 x10-19 9.11 x 10-31 Thomson ( 1897)
Protn p+ +1.60 x10-19 1.673x10-27 Rutherford(1919)
Neutrn n0 0 1.675x10-27 Chadwick (1932)
Del cuadro se deduce:
Orden de masas: mn > mp > me mp = 1836 me
Carga : p+ = e-
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Notacin de un nclido
Smbolo
del
elemento
Nmero de masa
Nmero atmico
NMERO ATMICO (Z)
Llamado tambin carga nuclear. Es aquel parmetro que nos indica la cantidad de protones que posee el ncleo de un tomo.
Permite identificar a un elemento qumico.
Z = # protones = # p+
En un tomo neutro: # p+ = # e-
EAZ
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Nmero de masa (A)
Llamado tambin nmero de nucleones fundamentales. Nos indica el nmero total de protones y neutrones que estn presentes en el ncleo del tomo.
A = # protones + # neutrones
Ejemplo: Completar el siguiente cuadro
A = Z + N
N = A - Z
Nclido A Z N p+ e-
23 Na
11
Fe 56
26
80
35 Br
235
92 U
23 11 12 11 11
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Tipos de nclidos
Tambin llamados hlidos, son tomos de un mismo elemento qumico, por tanto poseen igual numero de protones, diferente numero de neutrones y diferente numero de masa. Los isotopos poseen propiedades qumicas iguales y propiedades fsicas diferentes. El nombre de isotopos se debe a que ocupan el mismo lugar en la tabla peridica porque pertenecen al mismo elemento (iso= igual ; topo = lugar)
1. ISTOPOS
Ejemplo:
H 1
1 H
2
1 H
3
1
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2. ISBAROS
Son nclidos que pertenecen a elementos diferentes, poseen igual
numero de masa, diferente numero atmico y diferente numero de
neutrones, es decir igual numero de nucleones fundamentales.
iso = igual ; baro = masa
Son nclidos con propiedades fsicas y qumicas diferentes.
Ejemplo:
40
Ar 18
40
Ca 20
ISBAROS
18 protones
22 neutrones
40 nucleones
20 protones
20 neutrones
40 nucleones 40 40
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3. ISTONOS
Son nclidos pertenecientes a elementos diferentes. Poseen
diferente numero de protones e igual numero de neutrones; por lo
tanto tienen diferentes nmeros de masa: Tambin son nclidos
con propiedades fsicas y qumicas diferentes.
Ejemplo:
23
Na 11
24
Mg 12
ISTONOS
11 protones
12 neutrones
23 nucleones
12 protones
12 neutrones
24 nucleones
12 12
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IONES
Los iones pueden ser tomos individuales (in monoatmico) o
grupo de tomos (iones poliatmicos) que poseen carga elctrica
neta diferente de cero debido a la prdida o ganancia de electrones.
Pueden ser: cationes y aniones.
Un catin es un ion (sea tomo o molcula) con carga elctrica
positiva, debido a la prdida de electrones. Los cationes se
describen con un estado de oxidacin positivo.
1. CATIN
Ejemplo: 27
Al 13
27 +3
Al 13
pierde 3 e-
tomo neutro Catin trivalente
#p+ = 13
#e- = 10
#n0 = 14
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Un anin es un ion (sea tomo o molcula) con carga elctrica
negativa, esto es, con exceso de electrones. Los aniones se
describen con un estado de oxidacin negativo.
2. ANIN
Ejemplo: 16
O 8
16 -2
O 8
gana 2 e-
tomo neutro Anin divalente
#p+ = 8
#e- = 10
#n0 = 8
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Enlace Qumico.
La teora del enlace qumico explica el origen de los enlaces
entre dos o ms tomos y permite calcular las energas
involucradas en la formacin de esos enlaces. Para simplificar,
puedes reconocer que hay bsicamente tres modelos de
enlace: inico, covalente y metlico.
El enlace qumico es el resultado de las interacciones atractivas entre los ncleos atmicos y los electrones, que superan energticamente a las
interacciones de repulsin de los electrones entre s y tambin entre los ncleos.
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Enlace Inico
Supone que los iones se comportan como cargas puntuales y que interaccionan
de acuerdo con la ley de Coulomb. En la prctica, sin embargo, resulta que
ningn enlace es 100% inico y que siempre hay una contribucin covalente.
El enlace inico involucra la formacin de un slido cristalino ordenado, en el
que se distribuyen espacialmente los cationes y los aniones siguiendo un patrn
similar al de un papel mural, pero dispuestos de manera tridimensional.
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Se forma entre un metal y un no metal. Los metales pierden electrones y el no
metal capta electrones. Se forman iones cargados positivamente y
negativamente, lo que hace que el compuesto inico en su totalidad sea neutro.
Caractersticas de los enlaces inicos
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Enlace Covalente
El enlace covalente, en molculas diatmicas X2, se forma por
interaccin de electrones desapareados de la capa de valencia
de dos tomos X. El caso ms simple es la interaccin entre dos
tomos de H. Cada uno de ellos posee un electrn de valencia y
la interaccin de ambos electrones desapareados para formar la
molcula H2 puede ser representada mediante la estructura:
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Nmeros cunticos- orbitales atmicos- Configuracin electrnica
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La naturaleza dual de las partculas tiene como consecuencia que: Lo planteado por Bohr no era correcto, pues el electrn no viaja
en una trayectoria definida. SI ASI FUERA SE PODRIA DETERMINAR LA TRAYECTORIA DEL MISMO.. Imposible
Erwin Schrdinger, permiti a travs de su ecuacin relacionar a la partcula con masa y el ondulatorio (funcin de Onda, descriptor matemtico), con la ecuacin se describe el comportamiento y posicin de las partculas sub atmicas.
a travs de lo anterior se concluye que los electrones no giran en orbitas alrededor del ncleo, si no que en ORBITALES (REGION DEL ESPACIO) en torno al ncleo donde hay una gran PROBABILIDAD de encontrar al electrn
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Un orbital se puede pensar como la funcin de onda de un electrn () y el
cuadrado de la funcin de onda ( 2) como la zona de mayor probabilidad de
encontrar al electrn alrededor del ncleo atmico.
Los estados de energa, asociados a los electrones, y las funciones de onda se caracterizan por un conjunto de nmeros cunticos. El modelo mecano-cuntico describe cuatro nmeros cunticos para describir la distribucin de los electrones en el tomo.
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1. Nmero Cuntico Principal (n): Describe los estados de energa en donde se encuentra un electrn, dando el valor entero n. Este nmero, tambin se relaciona con la distancia promedio del electrn al ncleo en un orbital en particular. A valor mayor de n, mayor es la distancia promedio de un electrn en el orbital con respecto al ncleo.
2. Nmero Cuntico secundario o de momento angular (l): indica la forma de los orbitales. Los valores de el dependen del numero cuntico principal n. para un valor dado de n, l tiene todos los valores enteros posibles de 0 a (n-1):
El valor de l se asocia con las letras s, p, d, f, etc, para diferenciar los tipos de orbitales o zonas de mayor probabilidad.
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Valor
Orbital tipo
0 s
1 p
2 d
3 f
4 g
5 h
6 i
Los orbitales se dan conocer por letras
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Orbital tipo Valor
N e
s 0 2
p 1 6
d 2 10
f 3 14
g 4 18
h 5 22
i 6 26
La forma de los orbitales no es real se trata de una forma practica de representarlos.
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Valor N Orbitales
0 1
1 3
2 5
3 7
4 9
5 11
6 13
Es decir, habr un solo orbital "s", 3 orbitales tipo "p", 5 orbitales tipo "d", 7 orbitales tipo f, etc.
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3. Nmero Cuntico Magntico (ml): describe la orientacin del orbital en el espacio. Los valores de ml son enteros y van desde l a +l, incluyendo el cero, es decir (2l+1) valores enteros de ml, como sigue:
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4. Numero Cuntico de espn-electrnico (ms o s): indica el sentido de giro del electrn sobre su propio eje, el cual tiene valores de +1/2 0 -1/2. Estos valores corresponden a los dos posibles movimientos del giro del electrn.
Para explicar las propiedades magnticas del electrn, se introdujo este nmero. Si se piensa que el electrn gira en su propio eje. Para que se entienda mejor tomamos como ejemplo nuestro planeta, su movimiento sobre su propio eje genera un campo magntico, que nos protege de los rayos ultravioletas. ii. Mientras el electrn est girando en su nivel, no emitir ni absorber energa.
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Los cuatros nmeros cunticos, n, l, m y s, son suficientes para identificar por
completo un electrn en cualquier orbital de cualquier tomo. En cierto modo, se
considera al conjunto de los cuatro nmeros como el domicilio de un electrn en un
tomo, de la misma forma en que la calle, la ciudad, el estado y el cdigo postal
especifican el domicilio de una persona. Para entender esto haremos la siguiente
analoga:
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Cmo son las formas de los orbitales atmicos?
Por lo tanto podemos representar un orbital dibujando un diagrama de contorno, que considere una alta probabilidad de encontrar al electrn dentro de este. As, tendremos las siguientes formas orbitales:
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Para comprender el comportamiento electrnico de los tomos polielectrnicos, se
debe conocer su configuracin electrnica, ya que informa como estn distribuidos
los electrones entre los distintos orbitales atmicos. Por ejemplo, para el caso del
tomo de hidrogeno monoelectrnico en el estado fundamental, su electrn debe
estar en el orbital s del primer nivel energtico, por lo que su configuracin
electrnica ser 1s:
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Configuracin electrnica Es la distribucin de los electrones dentro del tomo, segn principios que la regulan: 1. Principio de exclusin de Pauli. 2. Principio de Constitucin. 3. Principio de mxima multiplicidad de Hund.
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1. Principio de exclusin de Pauli " No pude haber dos electrones
con los mismos nmeros cunticos"
2. Principio de Constitucin:" Los electrones irn ocupando los
noveles de mas baja energa en forma creciente."
3. Principio de Mxima multiplicidad: " debern existir el mayor
numero de electrones desapareados posibles."
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3. Principio de Mxima multiplicidad: " debern existir el mayor numero de electrones desapareados posibles."
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Representacin de la configuracin electrnica:
Se puede representar con dos diferentes notaciones:
1)Notacin global: Se indica los niveles energticos principales,(1,2,3.,),el o los subniveles energticos (s,p,d,f) ocupados en cada nivel principal y el nmero de electrones en cada orbital (x)
1s2 2s2 2p6 3s1 11Na:
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11Na Configuracin
electrnica para el elemento Sodio con 11 electrones.
2p6 3s1 2s2 1s2
Nmeros cunticos
n = 3 = 0 ml = 0 ms = +1/2
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Representacin de la configuracin electrnica:
2)Notacin global externa: En esta notacin, que es ms compacta que la primera, se reemplaza parte de la configuracin electrnica por el smbolo del gas noble de Z inmediatamente anterior al elemento.
[10Ne] 3s1
11Na
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Ejercicio
La configuracin electrnica global externa para el elemento 16S
2- puede representarse por:
A) [10Ne] 3s2 3p4
B) [10Ne] 3s1 3p7
C) [10Ne] 3s2 3p2
D) [18Ar] 4s2
E) [18Ar]
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Escriba la configuracin electrnica global y los nmeros cunticos del Fsforo con Z= 15
Respuesta
15P : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3
n= 3 l= p o 1 ml= +1 ms= +1/2
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Escriba la configuracin electrnica global externa del Fsforo con Z= 15
15P: 10[Ne] 3s2 3p3
n= 3 l= p o 1 ml= +1 ms= +1/2
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Escriba la configuracin global y los nmeros cunticos
para los siguientes elementos:
20[Ca] :
38[Sr]:
16[S]:
1s2 2s22p63s23p6
1s2 2s22p63s23p64s23d104p65s2
1s2 2s22p63s23p4
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Escriba la configuracin global externa y los nmeros cunticos para los siguiente s elementos:
17[Cl]:
29[cu]:
49[In]:
10[Ne]3s23p5
18[Ar]3d104s1
36[Kr]4d105s25p1
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Escriba la configuracin electrnica global y global externa y sus nmeros cunticos respectivos para los siguientes iones:
Li+
F-
Mg2+
Al3+
S2-
Ca2+
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