QUÍMICA ●TEMAS BÁSICOS: •Fenómeno Físico: No modifica su estructura interna, es decir, su composición o identidad. ҉Cambios de Estado ҉Reparación de mezclas ҉Romper una hoja ҉Respiración •Fenómenos Químico: Si presenta alteración a la composición y estructura interna de la materia. ҉Oxidación ҉Digestión ҉Fermentación ҉Combustión •Sustancia Pura: Tiene composición fija y definida. Formada por un solo componente que se puede descomponer por ayuda de métodos químicos. ҉Elemento: Formado por un solo tipo de sustancia (átomos), no es posible separa en otra más sencilla, sólo por métodos nucleares. Cu, Ag, Au, S, C P. ҉Compuesto: Formado por dos o más tipos de átomos diferentes, se pueden descomponer en sustancias más simples por métodos químicos. NaCl, H2O, C6H12O6 •Mezclas: Se forman por dos o más sustancias, reciben el nombre de SOLVENTE y SOLUTO. El SOLVENTE es la sustancia en la que se forma una disolución; está presente en MAYOR CANTIDAD. El SOLUTO es la sustancia disuelta en un disolución y se presenta en MENOR CANTIDAD. Las mezclas se pueden clasificar por: ҉La visibilidad de sus componentes: ∆ Homogénea: NO se distinguen a simple vista sus componentes. Cerveza, aire, licuado, gasolina ∆ Heterogénea: SI se distinguen a simple vista los componentes. Huevos revueltos con jamón, pizza hawaiana, ensalada ҉El tamaño de las partículas del soluto: ∆ Soluciones: Son transparentes, incoloras o coloridas, se pueden separar por filtración, sus partículas se encuentran en movimiento, pero no sedimentan. A la sustancia que se encuentra en MAYOR PROPORCIÓN se le llama FASE DISPERSORA y la que está presente en menor cantidad, FASE DISPERSA. Bebida gaseosa, humo, niebla, agua de mar ∆ Coloides: Sus partículas permanecen dispersas en todo el medio, no sedimentan, son translúcidas, no se pueden separar sus fases por filtración y presentan un fenómeno muy particular de dispersión de la luz, llamado “EFECTO TYNDALL”. Gelatina, queso, leche sangre, aerosoles ∆Suspensiones: Es una mezcla heterogénea, tales partículas se encuentran suspendidas por un tiempo en el disolvente; LA GRAVEDAD LES AFECTA cuando están en reposo provocando que se precipite en el fondo del recipiente, no permiten el libre paso de la luz. Medicamentos, jugo de frutas ҉La cantidad de soluto disuelto: ∆ Diluidas: En estás se observan más las propiedades del solvente que las del soluto, son disoluciones de concentración relativamente baja. ∆ Concentradas: Disoluciones de concentración relativamente alta, la cantidad de una sustancia se relaciona con la intensidad observable de los efectos o propiedades, como el color, sabor, olor, viscosidad, conductividad elétrica, etc. ∆ Saturada: Contiene la máxima cantidad de soluto que se puede disolver a una temperatura y presión estándar. ∆ Sobresaturadas: Contienen más soluto que las saturadas y pueden solubilizar al soluto a través del aumento de temperatura o por presión ●ESTRUCTURA ATÓMICA: La palabra átomo significa “sin división” o “indivisible”, un átomo es la partícula más pequeña de un elemento que conserva sus propiedades, contiene partículas subatómicas pequeñas; entre ellas son: Electrón, protón y neutrón. PARTÍCULA Electrón ( e ) UBICACIÓN Girando alrededor del núcleo DESCUBIERTA POR: Thompson CARGA ELÉCTRICA -1 Protón (p ) Neutrón (n ) Núcleo Núcleo Rutherford Chadwick +1 0 Número de masa (A) Número atómico (Z) Número de neutrones A = protones + EJEMPLO: neutrones Z = electrones #neutrones = A - Z ELEMENTO Cobre = 59 Cu 29 PROTONES 29 ELECTRONES 29 NEUTRONES 30 •Ión: Es un átomo con carga eléctrica; SI PIERDE electrones queda cargado positivamente y se forma un CATIÓN (+), SI GANA electrones se carga negativamente formando un ANIÓN (-). •Isotopo: Los átomos que tienen un MISMO NÚMERO ATÓMICO pero DIFERENTE NÚMERO DE MASA reciben el nombre de isotopos. ●MODELOS ATÓMICOS: Los modelos son válidos mientras explican lo que ocurre en los experimentos; en el momento en que falla, hay que modificarlo. •Modelo de J. Dalton: Considera al átomo como la partícula fundamental de la materia que tiene la capacidad de asociarse con otros átomos para formar moléculas. - - Lo elementos están formados por partículas diminutas, indivisibles e inalterables llamadas átomos. - Los átomos de elementos diferentes tienen distinta masa y propiedades. Los átomos son indestructibles y retienen su identidad en los cambios químicos. •Modelo de J.J. Thomson: Propuso un modelo para el átomo en el que la mayoría de la masa aparecía asociada con la carga positiva y en el que suponía que había un cierto número de electrones distribuidos uniformemente dentro de esa masa de carga positiva; como una especie de “pastel” o “budín” en la que los electrones estuviesen incrustados como si fueran trocitos de fruta o pepitas. •Modelo de E. Rutherford: Identificó dos tipos de radiaciones emitidas por el uranio a las que llamo alfa (𝛼) y beta (𝛽), junto con sus investigadores centraron sus investigaciones en las características de la radioactividad, diseñando su famosa experiencia de bombardear láminas delgadas de distintas sustancias, utilizando como proyectiles las partículas alfa (𝛼). - El átomo tiene como núcleo central en el que está concentrada la carga positiva y casi toda la masa. - El núcleo contiene protones y la carga positiva de los protones del núcleo se encuentra compensada por la carga negativa de los electrones, que están fuera del núcleo. - El tamaño del núcleo es muy pequeño en comparación con el del átomo. •Modelo atómico de Bohr: - - Los átomos que tienen el mismo número de electrones de valencia y que poseen distintos números atómicos poseen características similares. - Alrededor del núcleo se hallan en diferentes órbitas de los electrones. - Los átomos son eléctricamente neutros. Las partículas subatómicas de las que se compone el núcleo son los protones y los neutrones, con excepción de la forma más común del hidrógeno que no posee neutrones. ●CONFIGURACIÓN ELÉCTRONICA: El orden en el que se van llenando los niveles y subniveles de energía está representado por el diagrama de Aufbau o Môeller también conocido como la regla de las diagonales, el cual consiste en seguir el orden de las flechas comenzando por el nivel y subnivel “1s” hasta completar el llenado de los siguientes subniveles con el número de electrones del átomo correspondiente: Una configuración electrónica permite mostrar de forma concisa el número de electrones que hay en cada subnivel de un átomo, pero el diagrama de orbitales sirve para representar la distribución de los electrones dentro de los orbitales. ●TABLA PERIODICA: La tabla periódica actual obedece a un ordenamiento de los elementos de acuerdo con una serie de características y propiedades que se repiten a lo largo de ella. La forma de clasificar los elementos es de acuerdo con su número atómico (Z) o bien según su tamaño. •CLASIFICACIÓN DE LOS ELEMENTOS: ҉Por su configuración electrónica: ҉Por periodos y familias: ∆ Periodos: Los periodos indican el último subnivel de energía que ocupan los electrones de valencia de un elemento de acuerdo con su configuración electrónica. Buscar la última “s” de la configuración 1𝑠 2 2𝑝2 2𝑝6 3𝑠 2 3𝑝4 → Periodo = 3 ∆ Familias: Las columnas verticales en la tabla periódica se conocen como grupos de elementos o familia química. Las familia de han asignado tradicionalmente con números romanos del I al VIII, con la letra A para los elementos representativos y con la letra B para los elementos de transición. • Buscar la letra final de la configuración Si termina en S o P = Familia A Si termina en D o F = Familia B 1𝑠 2 2𝑠 2 2𝑝6 3𝑠 2 3𝑝6 4𝑠1 → Periodo = 4 Familia = A 1𝑠 2 2𝑠 2 2𝑝6 3𝑠 2 3𝑝6 4𝑠 2 3𝑑 5 → Periodo = 4 Familia B SUSTANCIA PROPIEDADES FÍSICAS PROPIEDADES QUÍMICAS METAL Tienen brillo Son maleables, dúctiles, tenaces y con alta resistencia Poseen alta densidad Conducen electricidad y calor Se combinan entre sí para formar aleaciones Pierden electrones Son agentes reductores Forman cationes NO METAL No tienen brillo No son maleables ni dúctiles Malos conductores de electricidad y calor Ganan electrones Son agentes oxidantes METALOIDE Sólidos Tienen brillo metálico Son semiconductores de electricidad Son malos conductores de calor Exhiben propiedades metálicas y no metálicas, dependiendo de las condiciones en las que reaccionen ●Estructura de Lewis: Los electrones que se encuentran en el nivel más externo del átomo son de gran importancia porque participan en las reacciones químicas. G. Lewis representó simbólicamente a los electrones de valencia de los elementos mediante el uso de puntos que se colocan alrededor del símbolo del elemento. •Electrones de Valencia: Número de electrones de la última capa o nivel energético. •Valencia: Capacidad para combinarse, ya sea que pierda (+) o gane electrones (-), para cumplir con la regla del octeto. •Regla del octeto: Para que un elemento sea estable debe tener ocho electrones en el último nivel de energía (configuración de gas noble). •Número de oxidación: El número de oxidación es positivo si el átomo pierde electrones o los comparte con un átomo que tenga tendencia a captarlos. Y será negativo cuando el átomo gane electrones o los comparta con un átomo que tenga tendencia a cederlos. •Electronegatividad: Tendencia que presenta un átomo a traer electrones de otro cuando forma parte de un compuesto. Si un átomo atrae fuertemente electrones, se dice que es altamente electronegativo. Cabe destacar que cuando un átomo pierde fácilmente sus electrones, éste es denominado “electropositivo”. FLÚOR Francio Es el MÁS electronegativo Es el MENOS electronegativo ●ENLACES QUÍMICOS: La fuerza de atracción que mantiene unidos a los átomos en las moléculas y en los iones en los cristales. Los enlaces químicos se pueden presentar de tres diferentes formas de acuerdo con los átomos que se están uniendo: iónico, covalente y metálico. ENLACE IÒNICO M + NM Un elemento cede ē y el otro los acepta ENLACE COVALENTE NM + NM Comparte ē ENLACE COVALENTE POLAR NM + NM ≠ ENLACE COVALENTE NO POLAR NM + NM = Solubles en agua Conducen electricidad Sólidos Forman redes cristalinas No son solubles en agua No conducen electricidad Solidos amorfos Solubles en agua Conducen electricidad Uno de los átomos ejerce mayor atracción sobre los ē No son solubles en agua No forman estructuras cristalinas Se componen de manera equitativa ENLACE METALICO Son buenos conductores de calor y electricidad Electrón deslocalizado M+M Nube de electrones ●MOL: Es una cantidad de fórmula química determinada que contiene el mismo número de unidades de fórmula. * Calculo de la masa moles o peso molecular* Podemos determinar la masa molecular sumando las masas atómicas de todos los átomos de la fórmula. Si hay más de un átomo de cualquier elemento, su masa debe sumarse tantas veces aparezca. *Conversión de gramos a mol y de mol a gramos* Con la masa molecular de un compuesto podemos establecer una relación entre moles y la masa de una sustancia. N= 𝑚 𝑃𝑀 ●AGUA: Su molécula está formada por dos átomos de hidrogeno unidos a un átomo de oxígeno por medio de dos enlaces covalentes. El oxígeno es más electronegativo que el hidrogeno y atrae con más fuerza a los electrones, lo que convierte en una molécula polar. Puente de Hidrogeno: Las interacciones dipolo-dipolo entre las propias moléculas de agua promueven la formación de enlaces por puente de hidrogeno. Las moléculas unidas por puente de hidrogeno permite que se forme en el agua una estructura de tipo reticular. Contaminación del agua: El agua se contamina cuando ya no es apta para el consumo humano, se torna desagradable y causa daños en la piel. ∆ Contaminantes Físicos: Espumas, residuos oleaginosos y el calor. Cuando se sedimentan o flotan en la parte superior, interfieren con la vida animal y vegetal. ∆ Contaminantes Químicos: Compuestos orgánicos e inorgánicos disueltos o dispersos que provienen de descargas domésticas, agrícolas e industriales. ∆ Contaminantes Biológicos: Constituidos por bacterias y virus que provocan enfermedades, algas y otras plantas acuáticas. ∆ Urbana: Las escuelas y los comercios que arrojan diversos desechos al agua ∆ Industrial: Plomo, mercurio, arsénico, cadmio, benceno y plaguicidas, también los hospitales. ∆ Agrícola: Los fertilizantes y plaguicidas, su uso ha causado daños irremediables al suelo y al agua. ∆ Derrames de Petróleo: La marea negra, los daños que ocasiona la contaminación por petróleo al ecosistema marino, impide el paso de la luz, inhiba el proceso fotosintético y disminuye la cantidad de oxígeno. ●Teorías Ácido-Base: Arrhenius: Ácido: Sustancia que se disocia en H+ HCl → H+ + ClBase: Se disocia en hidróxidos NaOH → Na+ + OHBrônsted-Lowry: Ácido: Es una sustancia donadora de protones (H+) HCl + OH → HOH → H2O Base: Receptor de protones Lewis: Ácido. Receptor de electrones Base: Donador de electrones *Clasificación de los ácidos y bases por su grado de disociación* Si el porcentaje de disociación es alto entonces resultan ácidos y bases fuertes, si es bajo serán débiles. -Ácido débil (pH 1 a 3): Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad en iones hidronio, su base conjugada es débil. H2SO4, HNO3, HCl, HBr, HI, HClO4 -Ácido fuerte (pH 3.1 a 6.9): Sustancia que no se ioniza con gran facilidad, su base conjugada es fuerte. H2CO3, CH3COOH, HF, HNO2, HClO, HCN -Base débil (pH 7.1 a 11.9): Sustancia que no se ioniza con gran facilidad, su base conjugada es fuerte. NH4OH, Fe (OH)3 -Base fuerte (pH 12 a 14): Sustancia que se ioniza fácilmente en iones hidroxilo, su ácido conjugado es débil. KOH, NaOH ●Potencial de hidrogeno (pH): Los números obtenidos a partir del 0 al 7 en la escala indican las soluciones ácidas, el valor exacto de 7 es NEUTRO, y del 7 al 14 indican soluciones alcalinas. Cuanto más ácida es una sustancia, más cercano su pH estará del 0; cuanto más alcalina es su sustancia, más cercano su pH estará a 14. ÁCIDOS - pH < 7 - Agrio - Papel tornasol ROJO - Fenoltafleina → Incolora BASE - pH > 7 - Ácido - Papel tornasol AZUL - Fenoltafleina → Rosa - Textura jabonosa *Cálculo del pH en disoluciones* pH + pOH = 14 pH= -log [𝐻 + ]= -log [𝐻𝑂+ ] pOH=-log [𝑂𝐻− ] ●AIRE: AIRE → 78% NITROGENO 20% OXÍGENO 2% (Ar, CO2, Ne, He, CH4, Kr) ●REACCIONES ÓXIDO-REDUCCIÓN (REDOX): Cuando existe una transferencia de electrones, es decir, se realiza una oxidación y una reducción cuando al pasar un elemento de un miembro a otro, cambia su valencia. La oxidación consiste en un aumento de valencia por pérdida de electrones. La reducción al contrario, disminuye la valencia por ganancia de electrones. Para identificar una reacción de óxido-reducción (REDOX), es necesario verificar e identificar, si existen, las especies, que intercambian su número de oxidación al llevarse a cabo la reacción s decir, cual se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante). ∆ Números de Oxidación: A) Todos los compuestos son eléctricamente neutros, es decir, deben tener número de oxidación total a cero. B) Los elementos de la familia IA, IIA, IIA, siempre trabajan con +1, +2, +3, respectivamente. C) El Hidrogeno trabaja casi siempre con +1. D) El Oxígeno trabaja regularmente con -2. E) Los elementos libres, es decir, los elementos que no s encuentran en forma de compuestos, tienen un número de oxidación de cero. ● BALANCEO POR MÉTODO DE TANTEO: “En toda reacción química el peso de un compuesto es igual al peso de todos sus componentes”, según la Ley de Lavoisier. Para el balanceo por tanteo, se deben colocar coeficientes de tal forma que se obtenga la misma cantidad de elementos en reactivos y productos. Se recomienda acomodar y balancear primero los metales, en seguida los no metales y, al final, el Hidrógeno y el Oxígeno. ●Contaminación del aire: ●Contaminantes Primarios: ∆ Óxido de Nitrógeno: A este no se le considera nocivo, pero reacciona con el O2 formando NO2, un gas café sofocante que provoca toxicidad en los pulmones. ∆ Óxido de Carbono: Llegan a causar algunos fenómenos como el efecto invernadero; si aumenta el nivel de CO2, puede acumular el calor de la tierra y la temperatura del planeta aumentara haciéndola inhabitable. ∆ Óxido de Azufre: Parte del O2 proviene de erupciones volcánicas. ∆ Partículas suspendidas ∆ Hidrocarburos: Provienen de la elaboración de la gasolina, crean el smog, formando aldehídos. ∆ Plomo: Puede llegar a afectar el sistema nervioso central, el cuerpo humano si le entra una gran cantidad puede provocar intoxicación. ●Contaminantes Secundarios: ∆ Ozono: Se percibe cerca de los motores eléctricos, se ha encontrado que compuestos como los CFC reaccionan fotoquímicamente y producen átomos de cloro, el cual destruye el ozono. ∆ Clorofluorocarbonos: Allí tienen una reacción fotoquímica y producen átomos de cloro que destruye el ozono. ●Fuentes generadoras de contaminación del aire: ▪ Industriales: Humo, polvo, hollín, vapores químicos, etc. ▪ Urbanas: Monóxido de carbono, dióxido de carbono y dióxido de azufre. ▪ Agrícolas: Plaguicidas y fertilizantes. ●Fenómenos atmosféricos relacionados con la contaminación: ▪ Esmog Fotoquímico: Se forma cuando el óxido de nitrógeno de la atmósfera experimenta reacciones con los hidrocarburos excitados por radiaciones ultravioletas y otras que provienen del Sol. ▪ Inversión Térmica: Es el aumento de temperatura con la altitud en una capa de la atmósfera. ▪Lluvia Ácida: se forma generalmente en las nubes altas donde el SO2 y los NO4 reaccionan con el agua y el oxígeno. ●ENERGÍA, EQUILIBRIO Y CINÉTICA QUÍMICA: ●Energía: Capacidad de desarrollar o generar un trabajo. REACCIÓN EXOTÉRMICA (-) Se libera energía en un proceso REACCIÓN ENDOTÉRMICA (+) Se requiere calor para el proceso ●TERMODINÁMICA: Si la temperatura AUMENTA, se dice que la reacción es EXOTÉRMICA (la energía se libera como calor); si la temperatura DSMINUYE, la reacción es ENDOTÉRMICA (la energía se absorbe como calor). ●TERMOQUÍMICA: Si la temperatura de los alrededores desciende, entonces entra calor al sistema y se identifica con signo positivo, si la temperatura fuera del sistema es mayor entonces sale calor y es de signo negativo. ●ENTALPIA: Cantidad de energía que se libera o se absorbe en una reacción. ∆𝐻 (+) = 𝐸𝑛𝑑𝑜𝑡é𝑟𝑚𝑖𝑐𝑎 ∆𝐻 (−) = 𝐸𝑥𝑜𝑡é𝑟𝑚𝑖𝑐𝑎 ●ENERGÍA LIBRE DE GIBBS: Es la energía útil disponible para efectuar un trabajo. ∆𝐺 (−) = 𝑃𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 𝐸𝑠𝑝𝑜𝑛𝑡á𝑛𝑒𝑜 ∆𝐺 (+) = 𝑃𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 𝑁𝑜 𝐸𝑠𝑝𝑜𝑛𝑡á𝑛𝑒𝑜 ∆𝐺 (0) = 𝑃𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑛 𝐸𝑞𝑢𝑖𝑙𝑖𝑏𝑟𝑖𝑜 ∆𝐻 + ∆𝐺− = 𝐸𝑛𝑑𝑜𝑡é𝑟𝑚𝑖𝑐𝑎 𝐸𝑠𝑝𝑜𝑛𝑡á𝑛𝑒𝑎 ∆𝐻 − ∆𝐺− = 𝐸𝑥𝑜𝑡é𝑟𝑚𝑖𝑐𝑎 𝐸𝑠𝑝𝑜𝑛𝑡á𝑛𝑒𝑎 ∆𝐻 + ∆𝐺+ = 𝐸𝑛𝑑𝑜𝑡é𝑟𝑚𝑖𝑐𝑎 𝑁𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑜𝑛𝑡á𝑛𝑒𝑎 ∆𝐻 + ∆𝐺+ = 𝐸𝑥𝑜𝑡é𝑟𝑚𝑖𝑐𝑎 𝑁𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑜𝑛𝑡á𝑛𝑒𝑎 ●ENTROPIA: El desorden de un sistema se mide por medio de la entropía y se simboliza con la letra “S”. ∆𝑆 = ∆𝐻 /𝑇 ●CINÉTICA QUÍMICA: La velocidad con la medición de la re un cambio químico se cuantifica con la medición de la rapidez de aparición de un producto o la desaparición de un reactivo. *Factores que afectan la velocidad de reacción* ∆ Concentración de los reactivos: Cuando hay mayor número de partículas en un determinado volumen aumenta la frecuencia de las colisiones. ∆ Naturaleza de los reactivos: De acuerdo con las características de las sustancias. ∆ Temperatura: A mayor temperatura aumentara la velocidad de reacción. ∆ Catalizadores: Son sustancias que aumentan la velocidad de una reacción, no cambian la composición de los productos y disminuye la energía de activación. ●Equilibrio Químico: Proceso dinámico donde las reacciones en ambas direcciones ocurren a la misma velocidad. ●Principio de Le Chatêlier: “Cuando un sistema en equilibrio se sujeta a una acción externa, el equilibrio se desplaza en la dirección que tiende a disminuir o neutralizar dicha acción”. *Factores que afectan el equilibrio químico* ∆ La concentración: Al aumentar la concentración de alguna de las sustancias, en un sistema en equilibrio, este último se desplaza hacia la reacción que tiene a disminuir dicho aumento. ∆ La temperatura: Si disminuye la temperatura, ocurre el proceso contrario. ∆ La presión: Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presión, el equilibrio se desplaza según la reacción en que las sustancias formadas ocupan menor volumen.
