Química Estudia las propiedades, estructura y transformaciones de la materia. En...

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Química
Estudia las propiedades, estructura y transformaciones de la materia. En la actualidad la química se hace mas presente en la vida del
hombre y esto se debe a el avance tecnológico que se ha desarrollado con esto podemos afirmar que el 99% de las industrias basan
su producción en la utilización directa de la química, ejemplo:
Industria agrícola y ganadera
ndustria alimentaria
Industria metalúrgica
Industria electrónica
Industria del vidrio
Industria textil
Materia
Desde la aparición del hombre se busca tener noción sobre la constitución de todo aquello que le rodea, en un principio las
explicaciones sobre esto era empíricas y se podría considerar que tenían que ver con lo mágico que era difícil de explicar.
Es hasta la cultura griega que se tratan de formular las teorías para explicar que todo lo que constituye el universo es la materia, la
cual a su vez esta formada por 4 elementos principales:
Agua
Fuego
Tierra
Aire
Todo aquello que ocupa un lugar en el espacio y tiene masa.
La materia que constituye a todas las cosas cuenta con ciertas propiedades que le permiten determinar la forma, tamaño o volumen
que estas cosas presentan existen algunas propiedades que todo objeto tiene por lo cual que les conoce como PROPIEDADES
GENERALES, pero también existen otro tipo de propiedades
que son representativas de un objeto en particular y a estas se les denomina PROPIEDADES ESPECIFICAS.
P. Específicas
P. Generales
Tamaño
Color
Masa
Sabor
Olor
Peso
Ductibilidad
Textura
Volumen
Tenacidad
Forma
Inercia
Maleabilidad
Flexibilidad
Las propiedades de la materiaConductividad
cuando nos referimos a objetos particulares son variables ya que dependen del estado en el que se
encuentren la materia que integra al objeto y el tipo de átomos que lo forman.
Estados de Agregación de la Materia
Sólido
Tiene la característica de que las moléculas que integran a los objetos se encuentran muy unidas y si movimiento es casi mulo, forma
de acuerdo a la cantidad de materia.
Liquido
Estado de la materia donde las partículas están mediamente separadas y el movimiento de las mismas es mayor que en el estado
anterior, regularmente la materia toma la forma del recipiente.
Gaseoso
Estado de la materia en la que las partículas están mucho mas separadas y el movimiento es mayor a los anteriores, toman la forma
del recipiente y lo llena.
Cambio de Estado de Agregación de la Materia
A partir de los 3 estados básicos en que se hace presente la materia se puede dar la transformación de los
mismos para llevar un objeto de un estado a otro, debemos considerar las condiciones externas que actúan sobre los objetos. Los
nombres que reciben son:
Fusión
Cambio de estado sólido al liquido al incrementarse el calor.
Evaporación
Cambio de estado liquido al vapor, sin pasar por el liquido, necesitándose calor.
Sublimación
Cambio de estado sólido al gaseoso, sin pasar por el liquido, necesitándose calor.
Solidificación
Cambio requiere de eliminar calor y ocurre con un liquido al sólido.
Condensación
Cambio de estado vapor al liquido, por la eliminación de calor.
Liquefacción
Cambio de estado gaseoso al liquido, por la eliminación del calor y el aumento de la presión.
Energía
Aquello que produce un trabajo.
Tipos:
Potencial
Cinetica
Calorífica
Eléctrica
Manifestación:
Eólica
Nuclear
Solar
Magnética
Hidrológica
Los cambios que se dan en la materia están estrechamente vinculadas con la acción que ejerce sobre la misma aquello conocido
como Energía.
De esta manera se conoce que existen 2 tipos de energía, pero que se pueden percibir diversas manifestaciones de la misma, cada
una de éstas actúa a deriva de ciertas transformaciones de la materia.
Materia y Energía
Leyes de la Conservación de la Materia y Energía:
1.Ley de la Conservación de la Masa
Esta ley se debe a Lavoisier y establece que la masa no se crea ni se destruye, solo se transforma.
2.Ley de la Conservación de la Energía
Esta ley se debe a Mayer y establece que la energía del universo se mantiene constante de tal manera que no pude ser creada ni
destruida y si cambiar de una forma o clase a otra.
3.Ley de la Conservación de la Materia
Esta proviene de la teoría de la relatividad de Albert Einstein y dice que la cantidad de masa-energía que se manifiesta en un
determinado espacio-tiempo es constante.
Cambios
Los cambios o transformaciones que sufre la materia pueden ser de diferentes naturales afectando solamente su apariencia, lo que
constituye un cambio superficial o puede por que el cambio se de en su conformación química afectando sus propiedades o también
alterando la integridad de sus moléculas o átomos dando como resultado la generación de otra forma de materia.
Los cambios en la materia llevan a la generación de una serie de fenómenos que se presentan en la naturaleza, estos pueden ser
físicos o químicos y como ya se dijo puede verse afectado solo la apariencia o la estructura interna. Para que un fenómeno se
presente es necesario que se den una serie de condiciones combinadas con la materia.
Molécula
Mínima unidad material que puede existir representando características del compuesto.
Elemento
Sustancias simples que no pueden descomponerse por métodos químicos ordinarios en algo mas sencillo.
Compuesto
Sustancias que resultan de la unión química de 2 o mas elementos en proporciones definidas se combinan de tal manera que ya no
es posible identificar por sus propiedades originales o individuales y una acción química las puede separar.
Mezcla
Resultado de la unión física de 2 o mas sustancias que al hacerlo conserva sus propiedades individuales y pueden ser separadas por
métodos físicos. Existen mezclas sólidas, liquidas y gaseosas. Las mezclas en estados intermedios constituyen los sistemas de
dispersión.
Métodos de separación de mezclas:
Decantación
Filtración
Magnetización
Evaporización
Cristalización
Átomo
Desde épocas remotas, el hombre a buscado entender la estructura de la materia con la finalidad de aprovecharla para su beneficio,
como es lógico suponer, los primeros hombres no reconocieron la estructura interna pero a base de ensayo y error, descubrieron los
materiales idóneos para su beneficio.
Las primeras ideas de las que se tienen referencia sobre la estructura interna de la materia son aquellas que desarrollan los filósofos
griegos Leucipo y Démócrito en el siglo V a.C. a ellos se les atribuyen el nombre dado a la partícula esencial de la materia, estos es
el átomo, ellos sostenían que todas las cosas se componían de átomos.
Esta idea no fue modificado durante los siguientes 22 siglos, es a finales del s. XVIII que logra reforzarse con ciertos modificaciones
lo que ellos enuncian.
Numero átomo
Los átomos de varios elementos difieren debido a que tienen distintos cantidades de electrones, protones y neutrones, los núcleos de
los átomos de un elemento dado, tienen el mismo numero de electrones. La cantidad de protones dentro del núcleo de un átomo o
el numero de electrones en orbita del mismo.
Isótopos
Un átomo de un elemento dado siempre contiene el mismo numero de protones y electrones, pero después de efectuar un estudio se
determino que para la mayoría existen 2 o mas tipos de átomos.
Numero de Masa
Debido a que la masa del electrón es muy pequeño, la masa del átomo esta exclusivamente en el núcleo de este, la suma de protones
y neutrones da el numero de masa.
Pero Atómico
Suma porcentual promedio de las masas isotópicas de una muestra de átomos de un mismo elemento.
Modelos Atómicos
Los dieron a conocer los filósofos griegos, se conservo sin cambio alguno durante aproximadamente 2000 años, es hasta el siglo
XVII con el nacimiento de la química como un atención sobre la composición de la materia y la estructura que tienen las partículas
que la integran, por ello se ven elaboradas una serie de teorías sobre este particular, siempre tomando como base la existencia de el
átomo como partícula esencial.
Las teorías y algunas experimentos que tienen relación con ella son:
Dalton
Desarrollo la primera teoría moderna de los átomos que considero las partículas mas pequeñas de los elementos químicos. La teoría
atómica de Dalton; toda la materia esta formado por partículas minúsculas e indestructibles llamados átomos, todos los átomos de
un elemento son similares entre si, por el peso, los cambios químicos son cambios en las combinaciones de los átomos entre sí. Los
átomos permanecen indivisibles aun en las razones químicas mas violentas.
Rutherford
Elaboro un modelo del “Átomo Nuclear” cuyas caracteristicas, la masa y carga positiva esta centrada en el nucleo, la mayor parte del
átomo es un espacio vacio, la magnitud de la carga positiva es diferente para los átomos y es la mitad de la masa atómica del
elemento, fuera del nucleo existen tantos electrones como
unidades de carga positiva hay en el núcleo, el átomo es un conjunto que se eléctricamente neutro.
Niels Bohr
Al estudiar los espectros de emisión del hidrogeno, propuso su modelo atómico: los electrones se mueven en regiones especificas a
ciertas distancias del núcleo “niveles de energía”, le asigno un numero entero a cada nivel.
Modelo Atómico de la Mecánica Cuántica Ondulatoria
Autor principal: Erwin Schrodinger
Deriva 3 conceptos:
1. Concepto de estados estacionarios de energía de Bohr
2. Naturaleza dual de la masa sugerida por Luis de Broglie
3. Principio de incertidumbre de Heisenberg
Parámetros Cuánticos (numero cuántico)
a.
Número cuántico principal: valor de la ¶
b. Número cuántico secundario: valor de 0 hasta n-1
c.
Número cuántico spin: valor de + ½ y – ½
Subnivel s
Subnivel s p
Subnivel s p d
Subnivel s p d f
4 Subnivel s p d f
3 Subniveles s p d
2 Subniveles s p
Configuraciones Electrónicas
Con los valores de números cuánticos es posible el acomodo electrónico de un átomo en su estado vasal o de mínima energía, para
ello aplicaremos las reglas:
1.Principio de exclusión de Paul, en una orbital hasta 2 electrones de spin o puesto.
2.Principio de edificación progresiva o regla de Auf-Bau, cada nuevo electrón añadido a un átomo entrara en el orbital disponible.
3.Principio de máxima multiplidad o regla de Hund, dentro de un subnivel los primeros electrones ocupan orbitales separados y
tienen spines paralelos.
Diagrama Energético
Es otra forma de representar el acomodo energético de un átomo.
En esta se desarrolla el acomodo de los orbitrales y la manera de entrada que tienen los electrones cumpliendo las reglas
establecidas.
A partir de esta representación se obtienen los valores del electrón diferencial.
Uso de Kernel
Una manera de abreviar la configuración electrónica y el diagrama energético es usando el Kernel, esta es una referencia con relación
a los gases nobles.
Construcción de la Tabla Periódica
Como se ha mencionado la naturaleza atómica y la materia fue reconocida desde la antigua Grecia, se atribuye a Demócrito el
nombrar a las partículas mas pequeñas que integran a la materia como átomos aunque existieron personajes que no estaban de
acuerdo con este concepto, uno de ellos Aristóteles ya que el aceptaba que los elementos que constituían a la materia eran 4, los
cuales habían sido propuestos por Tales de Mileto (agua), Anaxímedes (aire), Heráclito (fuego) y Empédocles (tierra). Estos 4
elementos representaban 4 propiedades que son calor, frío, sequedad y humedad.
La combinación de calor y humedad daba como resultado el aire, la combinación de calor y sequedad daba como resultado el fuego,
el agua provenía del frío y de la humedad, y en el caso de la tierra era combinación de frío y sequedad.
El concepto que predominó por mas tiempo es el referente a el átomo. Es en el siglo XVII cuando Robert Boyle define lo que es un
elemento estableciendo además que la unión de 2 elementos forman una tercer sustancia llamada Compuesto.
A John Dalton se le atribuye la 1º teoría atómica generada, manejó una serie de símbolos para representar a combinación de ciertos
elementos y junto con su modelo atómico publicó una tabla de pesos atómicos de los elementos hasta ese momento conocidos.
Es en 1839 cuando Johann W. Derbereiner hace observaciones que le permiten formular las Triadas de Elementos, dichas
observaciones tenían relación con propiedades semejantes sobre todo en el peso atómico.
En 1850, Pattenofer demostró que el peso atómico de los elementos semejantes por múltiplos de 8.
En 1862 el geólogo A. de Chancoortois ordenó los elementos conocidos en una espiral regularmente desarrollada en un cilindro y
dividió cada circunferencia en 16 subdivisiones, encontrando que los elementos que difieren de otros por 16 unidades o múltiplos en
sus pesos atómicos, poseen un comportamiento semejante, propiedades de los elementos son propiedades de los números.
En 1863, el químico John Newlands colocó a los elementos conocidos en orden creciente de su peso atómico, en hileras de 7
elementos (7 hileras ya que en ese tiempo no se conocían los gases nobles).
Tabla Periódica de Mendeleer
Haciendo una revisión actual de la tabla periódica de Mendeleer se da cuenta de que el acomodo de algunos elementos era
incorrecto ya que algunos de ellos se encontraban ubicados dentro de una columna que no correspondía a sus características.
Es en relación al descubrimiento de los rayos X cuando se hace una modificación a la ley periódica ya que se demuestra que en el
núcleo atómico se encuentran una serie de cargas eléctricas positivas que constan de números enteros coincidiendo éstos con el
numero eléctrico del elemento, por lo tanto la ley periódica se enuncia:
“Las propiedades de los elementos y de sus compuestos son una funcion periodica del nucleo atómico”
Estructura de la Tabla Periódica
I Metales alcalinos
II Metales Alcalinotérreos
Grupos A
Familias
IV Familia del Nitrógeno
VI Calcógenos
Grupos
O
III Familia del Boro
VII Halógenos
Grupos B
Del I al VIII son metales de transición
Grupos O
Gases nobles
Periodos
Del I al VII solo reciben nombre los Lantánidos y Actínidos
1. Elementos nombrados en honor de personajes famosos
Elemento
Símbolo
Numero atómico
Fórmico
Fm
100
Enrico Fermi
Curio
Cm
56
Dierrey Meric
Godolino
Gd
64
Joham Cadlum
Símbolo
Numero atómico
Bismuto
Bi
83
Alemán “masa blanca”
Cesio
Cs
55
Latín “azul claro”
Yodo
I
53
Griego “violeta”
2. Elementos nombrados por su color
Elemento
Nombre
Nombre
3. Elementos cuyos nombres tienen su origen en dioses de la mitología
Elemento
Símbolo
Numero atómico
Nombre
Vanadio
V
23
Vanadis
Torio
Th
90
Thor
Titanio
Ti
22
Titanes
4. Elementos designados en honor a diversos cuerpos celestes
Elemento Símbolo Numero atómico
Nombre
Helio
He
2
Helios, Sol
Uranio
U
92
Uranio
Plutonio
PA
94
Plutón
5. Elementos cuyo nombre se deriva de países, ciudades y continentes
Elemento Símbolo Numero atómico
Nombre
Berkelio
Bk
97
Berkeley, California
Galio
Ga
31
Latín, Galia, Francia
Cobre
Cu
29
Latín, Cuprum, isla Cyprus
Otros datos que se reportan en la tabla periódica son:
*El numero atómico que se refiere a la cantidad de protones existentes en el núcleo atómico.
*El peso o masa atómica que es el peso promedio de las masas isotópicas del elemento.
*La valencia o numero de oxidación se encuentra relacionado con el numero de electrones acomodados en el ultimo nivel de energía
del elemento, determinando con esto su capacidad para combinarse.
Numero de oxidación
Símbolo
Peso atómico
Numero atómico
Nombre
Propiedades Periódicas de los Elementos
Radio atómico, se define como la distancia comprendida entre el centro del núcleo y el nivel externo del átomo. Aumenta de
mayor hacia menor en un grupo y disminuye de izquierda a derecha en un periodo. El ramo atómico se mide en nanómetros.
Electronegatividad, fuerza de atracción del núcleo de un átomo para atraer a los electrones hacia él, cuando forma de un enlace
químico.
Energía de Ionización, energía necesaria para remover electrones que estén débilmente unidos al átomo. Se mide en kilo-joules por
Mol (kg/mol).
Afinidad Electrónica, energía liberada cuando un átomo gaseoso recibe un electron para formar un ion negativo gaseoso.
Propiedades de los Metales
•Poseen bajo potencial de ionización y alto peso especifico.
•Por regla general en su ultimo nivel de energía tiene de 1 a 3 electrones.
•Son sólidos a excepción del mercurio, galio, cesio, trancio.
•Presenta aspecto y brillo metálico.
•Oxidan por perdida de electrones.
•Buenos conductos del calor y electricidad.
•Elementos alcalinos son los mas activos.
Propiedades de los No Metales.
•Tendencia a ganar electrones.
•Alto potencial de ionización y peso especifico.
•En el ultimo nivel de energía tienen de 4 a 7 elementos.
•Presente en los 3 estados de agregación.
•No poseen aspecto ni brillo metálico.
•Moles obstructores de calor y electricidad.
•No son dúctiles, maleadores ni tangibles.
•Se reducen por ganancias de electrones.
•Molécula formada por 2 o mas átomos.
•Los helógenos y oxigeno son los mas activos.
•Varios presentan iotropía.
Propiedades y Aplicaciones de Elementos
Familia del Carbono, estudio de compuestos del carbono correspondiente a la química orgánica. El carbono elemental existe como
diamante, grafito. El silicio comienza a ser estudiado ampliamente por su parecido con el carbono. Los elementos restantes tienen
mas propiedades materiales.
Halógenos, los conformadores de sal se encuentran combinados en la naturaleza por su gran actividad. Las sales de estos
elementos con los de los grupos I y II están en los mares. Las propiedades de los halógenos son muy semejantes. La mayoría de los
componentes derivados con tóxicos, irritantes, activos y tienen gran ampliación tanto en industria como en laboratorio. El astantinio
o astato difiere un poco del resto del grupo.
Metales alcalinoterreos, estos elementos son muy activos aunque no tanto como los del grupo I. son buenos conductores del calor
y la electricidad, son blancos y brillantes, sus compuestos son generalmente insolubles como los sultatos, carbonatos, silicatos y
fosfatos. El radio es un elemento radioactivo.
Calcógenos, los 5 primeros elementos son no metálicos, el ultimo, polonio, es radioactivo. El oxigeno es un gas incoloro
constituyente del aire, agua y tierra. El azufre es un sólido y sus compuestos son tónicos y corrosivos. La química del telurio y
selenio es compleja.
Contaminación Generada por los Elementos
Azufre, principalmente sus óxidos SO2 y SO3 contaminan el aire y con agua producen lluvia ácida. Sustancias derivadas : clorados
de azufre, ácidos, son corrosivos.
Cloro, sus vapores contaminan el aire y son corrosivos. Se le emplea la forma de cloratos para blanquear la ropa, lavar bucales.
Los cloratos son solubles en agua y contaminan, forman mezclas explosivas.
Mercurio, de gran utilidad por ser liquido, utilizado en termometros, contamina ela ire, agua y causa envenenamiento.
Arsenico, se utiliza como insecticida, pintura, vidrio, elemento de los mas venenosos que hay como sus compuestos.
Enlace Químico
Átomos unidos por fuerzas al construir un compuesto.
Enlace Iónico
Se caracteriza por la transferencia de electrones del átomo metálico al no metálico, formando iones con configuraciones
isoelectronicas a las de los gases nobles.
Enlace Covalente
Los electrones comparten entre 2 átomos de manera equitativa, quedando en medio de los núcleos de los átomos.
Enlace Covalente Polar
Cuando 2 electrones de átomos no metálicos de diferentes electronegatividades se unen comparten electrones pero una nube
electrónica se deforma y se ve desplazada hacia el átomo uno con carga positiva y otro con carga negativa.
Formula Desarrollada
Distribución de los átomos en el espacio.
Formula Semidesarrollada
Se expresa por medio de grupos o radicales, los átomos que forman la molécula, también llamada Estructura.
Forma Condensada
Indica la clase y el numero de átomos que constituyen las moléculas de un compuesto.
Regla del Octeto y Estructura de Lewis
La tendencia de los átomos de los elementos del sistema periódico es completar sus últimos niveles de energía con una cantidad de
electrones tal, que adquirieron configuración semejante a la de un gas noble. Como los gases nobles terminan su configuración
electrónica en s2 p6 con un total de 8 electrones, los otros elementos ganaran o perderán electrones hasta quedar con esa cantidad
en su capa externa. Esto se conoce como la regla del octeto.
Gilbert Lewis propuso representar los elementos del segundo periodo como Be y B, y los de sus respectivos grupos, ya que el Berilio
completa solo 4 e y el Boro completa 6 al combinarse.
Otras excepciones son para el Fósforo o el Azufre que llegan a completar 10 o 12 o hasta 14 e.
Numero de Oxidación
Es la carga eléctrica con la cual actúa un átomo de un elemento cuando se le asigna al átomo mas electronegativo los electrones al
formar un enlace.
Para el uso del numero de oxidación se consideran las reglas:
1. Todo elemento en estado puro o sin combinar tendrá numero de oxidación 0.
2. El hidrogeno tiene un numero de oxidación de +1, excepto en los hidruros en donde tendrá numero -1.
3. El oxigeno tiene un numero de oxidación de -2, excepto en los periodos en donde utilizan -1.
4. La suma algebraica de los números de oxidación de los elementos de un compuesto es igual a 0 ya que todos los
compuestos son neutros.
Formulas Químicas
Se les da un nombre general de acuerdo al numero de elementos que los forman:
1. Binarios
2. Termarias
3. Poliatómicas
Cuando uno de los elementos queda con carga positiva recibe el nombre de Catión, mientras que al elemento que se le asigna carga
negativa son Anión.
Si el compuesto esta integrado por mas de 2 elementos entonces tendremos la formación de Radicales.
Nomenclatura de Compuestos Binarios
Se dividen en 2 grandes clases:
•
Compuestos que contienen un metal y un no metal (Tipo 1 y Tipo 2)
•
Compuestos que contienen2 no metales (Tipo 3)
Reglas para nombrar compuestos iónicos Tipo 1
1.Siempre se nombra el anión en primer termino y el catión en segundo.
2.Un catión simple (que se obtiene de un solo átomo) toma su nombre del nombre del elemento.
3.Un anión simple (que se obtiene de un solo átomo) se nombra tomando la primera parte del nombre del elemento, y añadiendo la
terminación –uro.
Nomenclatura de compuesto Tipo I
a)Como escribir la formula
1. Se identifican los números de oxidación para el catión y anión.
2. El numero de oxidación del catión será subíndice del anión.
3. El numero de oxidación del anión será subíndice del catión.
4. Se escribe siempre primero el catión y luego el anión.
5. Con números iguales de oxidación la relación de átomos será 1:1.
Nomenclatura de Hidruros
Resultan de la combinación del hidrogeno con cualquier metal. En los hidruros, el hidrogeno tiene numero de oxidación de -1, para
nombrarlos se antepone la palabra hidruro-, seguida del nombre del metal correspondiente.
Nomenclatura de Hidroácidos
Química
Estudia las propiedades, estructura y transformaciones de la materia. En la actualidad la química se hace mas presente en la vida del
hombre y esto se debe a el avance tecnológico que se ha desarrollado con esto podemos afirmar que el 99% de las industrias basan
su producción en la utilización directa de la química, ejemplo:
Industria agrícola y ganadera
Industria alimentaria
Industria metalúrgica
Industria electrónica
Industria del vidrio
Industria textil
Química
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