Guia de estudio Quimica 1 by Ever Juarez

CUADERNO DE TRABAJO

QUIMICA I

MODALIDAD SAETI CETIS – 109

ELABORADO POR: MC. ROSALINDA TAVERA HINOJOSA

CD. MADERO, TAM.

DICIEMBRE 2010 1

PRESENTACIÓN.

La Dirección General de Educación Tecnológica Industrial, dependiente de la Subsecretaría de Educación Media Superior, tiene como objetivo principal formar profesionales en el nivel medio superior que se integren en los mandos medios del mercado laboral, razón por la cual se brinda una formación integral, dinámica y participativa que permita a nuestros egresados contar con los conocimientos, habilidades, destrezas y valores acordes a las necesidades del sector productivo del país. Para lograr lo anterior se deben tomar en cuenta los requerimientos académicos que sustentan los planes y programas de estudio vigentes en la institución. De esta manera surge la propuesta de una serie de cuadernos de trabajo, que involucran la experiencia docente y una metodología autoinstruccional, lo que da por resultado un material de apoyo para la modalidad del sistema abierto, con lo cual se pretende formar autogestores de su propio proceso de aprendizaje. Por lo tanto se invita a todos aquellos alumnos que lleven a cabo la modalidad SAETI, utilizar los presentes cuadernos de trabajo, que han sido el resultado del esfuerzo, trabajo y dedicación de los autores, cuya finalidad es favorecer el proceso de aprendizaje de los estudiantes así como su práctica educativa y con ello contribuir al logro de los objetivos institucionales a favor de la población que la conforma.

Atentamente

Dirección General

Índice Introducción ……………………………………………………………………………

Importancia de la química …………………………………………………………… Definición, clasificación y aplicaciones de la química……………………

5 6

Materia y energía Definición y clasificación de la materia ……………………………………. Procesos de separación de mezclas ………………………………………. Propiedades de la materia …………………………………………………… Estados y formas de energía ………………………………………………… Fenómenos físicos y químicos ………………………………………………

7 9 11 13 14

Estructura atómica Molécula ………………………………………………………………………… Radiactividad natural El átomo y los modelos atómicos ………………………………………….. Partículas subatómicas ……………………………………………………….. Números cuánticos ……………………………………………………………. Configuraciones electrónicas ………………………………………………… Tabla periódica ………………………………………………………………………… Estructura de la tabla periódica ……………………………………………… Electrones de valencia ………………………………………………………… Propiedades periódicas de los elementos ………………………………….

18 19 21 23 25 29 30 31 33

Enlaces químicos ……………………………………………………………………… 39 Tipos de enlaces químicos Enlace iónico o electrovalente ……………………………………………….. 40 Enlace covalente, polar, no polar y coordinado Enlace por puente de hidrógeno …………………………………………….. 42 Enlace metálico Nomenclatura química inorgánica…………………………………………………… 43 Números de oxidación Reglas para escribir las formulas de los compuestos …………………… 44 Compuestos binarios Óxidos básicos, óxidos ácidos o anhídridos, hidruros, hidróxidos, ácidos, sales. Compuestos ternarios Oxiácidos, hidróxidos, oxisales Compuestos cuaternarios Sales ácidas y sales complejas Bibliografía …………………………………………………………………………..

47 3

Introducción

Los fenómenos naturales que ocurren a nuestro alrededor tienen una explicación lógica siempre y cuando pretendamos familiarizarnos con el porqué y el cómo de las cosas, y nos permitamos entrar al espacio fascinante del conocimiento. El presente cuaderno de trabajo pretende introducir al estudiante de manera sencilla al conocimiento de la química general e inorgánica, complementando la teoría con actividades de aprendizaje que le permitan utilizar un lenguaje cada vez más científico acerca del mundo que lo rodea y que está aprendiendo a comprender y explicar. El contenido teórico está elaborado con base en el programa de Química I del Bachillerato Tecnológico que consta de cuatro grandes temas que son: 1) Estructura atómica, 2) Tabla periódica, 3) Enlaces químicos y 4) Nomenclatura. En cada tema se encuentran ejercicios que se podrán realizar de forma sencilla si recurren a los ejemplos utilizados en la explicación teórica. Al concluir cada tema se encuentran actividades tituladas como autoevaluación, con el propósito de reafirmar los conceptos adquiridos de forma teórica durante el presente cuaderno de trabajo. El presente texto busca que el estudiante que trabaja o se dedica a alguna actividad que le imposibilita a estar en el aula, tenga los elementos que le permitan ser autodidáctico, reflexivo y con apertura al desarrollo de planteamientos de problemas, conceptualización y su relación con la vida cotidiana en la cual se desenvuelve, logrando con ello un desempeño optimo tanto en su vida como en su trabajo. ´

IMPORTANCIA DE LA QUÍMICA El estudio de la química adquiere importancia si se analiza su relación con la naturaleza, la vida del ser humano y todas las actividades que realiza. Los fenómenos naturales como la lluvia, los rayos, el crecimiento de las plantas, son cambios que se pueden explicar con la ayuda de la química. Todas las acciones que realiza nuestro cuerpo, como el de todos los seres vivos, funciona mediante reacciones químicas: ver, comer, pensar, respirar, son actividades normales que se realizan a través del intercambio químico de los compuestos que produce nuestro organismo o que obtenemos de la naturaleza. Porque consideramos la química como una ciencia. Si definimos la ciencia como: ―un proceso de construcción del conocimiento que tiende a descubrir los principios del comportamiento de los fenómenos reales y la manera en que se relacionan diferentes variables en los cambios que ocurren en la naturaleza‖, encontramos que la química, en su acercamiento a la explicación de dichos cambios, coincide con esta definición y, en consecuencia queda incluida en la categoría de ciencia. Por otro lado si consideramos el método científico como el proceso que incluye: 1.OBSERVACIÓN medio para obtener información de los fenómenos naturales.

3.EXPERIMENTACIÓN 2.PLANTEAMIENTO DE HIPÓTESIS

reproducir los hechos observados

tentativa de explicación de un fenómeno

5.POSTULACIÓN DE LEYES establecer leyes que rigen los trabajos científicos en tanto no sean encontradas nuevas formas de explicación de nuestro entorno.

4.ESTABLECIMIENTO DE TEORÍAS sintetizar la información que se ha obtenido como producto de la investigación.

La química también queda incluida como una ciencia ya que su estudio utiliza el método científico, debido a que se realiza de manera sistemática y mediante la aplicación de modelos. Definición, clasificación y aplicaciones de la química Definición.- La química es la ciencia que estudia la naturaleza de la materia y todos los cambios que ocurren en su composición y estructura. 5

Debido a su extensión el estudio de la química se ha dividido en áreas, cada una, de ellas organiza los conocimientos que son comunes y que explican las características de la materia desde diferentes enfoques. Clasificación de la química.- se clasifica en: Química inorgánica.- Se encarga de estudiar todos los elementos y compuestos que se conocen hasta la fecha, con excepción del carbono y sus derivados. Química orgánica.- Estudia los compuestos del carbono tanto naturales como sintéticos, con excepción del ácido carbónico y los carbonatos que, aunque llevan carbono en su molécula son compuestos inorgánicos. Fisicoquímica.- Abarca el estudio de las variables asociadas a las reacciones químicas; particularmente, la relación que existe entre la materia y la energía dentro de una reacción química. Química analítica.- Se relaciona con el desarrollo de métodos y técnicas que analizan la composición química de las sustancias, cualitativa y cuantitativamente, esto es la identificación de los elementos que se encuentran presentes en una sustancia y la cantidad que contiene de cada uno de ellos. Bioquímica.- Es la química de los seres vivos y estudia todas aquellas reacciones químicas que ocurren en organismos con vida, por ejemplo la fotosíntesis o el metabolismo de los alimentos. Aplicaciones de la química En el arte y la cultura.- En la fabricación de materiales para la creación y conservación de obras de arte, como la pintura o la escultura. Industria farmacéutica.- En el descubrimiento y producción de medicamentos: analgésicos. Vitaminas, antihistamínicos, anticonceptivos, etc. En el hogar.- En la fabricación y desarrollo de productos para limpieza, alimentos, cosméticos, higiene personal, etc. Vivienda e infraestructura.- En materiales para construcción, aleación de metales con alta resistencia, etc. En la tecnología.- En el desarrollo de nuevos materiales para el diseño y fabricación de aparatos y equipos. 6

Industria automotriz.- En la fabricación de plásticos para accesorios, lubricantes, aditivos, combustibles, etc. Definición y clasificación de la materia Materia es toda sustancia que forma las cosas materiales, que ocupa un espacio, que tiene masa y presenta inercia. La materia se clasifica de acuerdo al acomodo que tienen sus moléculas, lo que da lugar a los estados de agregación de la materia: Sólido, Líquido y Gaseoso. Aún cuando existen sustancias que presentan estados particulares, como el gel o el plasma, en general es posible clasificar todas las sustancias en alguno de los tres estados que se mencionan. El estado de agregación de la materia es una propiedad física y depende de los espacios existentes entre las partículas de un cuerpo que a su vez depende del contenido energético de dichas partículas. Estado sólido.- Los cuerpos tienen forma y volumen definidos, debido a que los espacios entre sus moléculas son pequeños, la movilidad de las partículas que los constituyen es casi nula, existiendo gran cohesión entre ellas. Estado líquido.- Tienen un volumen definido, y adoptan la forma del recipiente que los contiene, las partículas están más separadas que en el estado sólido, siendo la energía cinética y la fuerza de cohesión de sus partículas, media. Estado gaseoso.- No tienen forma ni volumen definidos, las partículas están muy separadas y poseen gran energía cinética. Es importante hacer notar que la materia puede cambiar de un estado de agregación molecular a otro sin alterar su composición química, ya sea por aumento o disminución de la temperatura, o bien sometiendo la sustancia a una presión diferente de la atmosférica. Por ejemplo el agua normalmente se encuentra en estado líquido a una temperatura ambiente, pero si se enfría a una temperatura cercana a los 0 °C se transforma en hielo (estado sólido), y si se calienta hasta el punto de ebullición, en vapor de agua (estado gaseoso). Un gas puede tenerse en un recipiente y someterse a presión (comprimirse) hasta que se vuelva líquido, si se reduce la presión, se expande y se torna nuevamente en gas.

Cambios de estado de agregación molecular de la materia Fusión.- Cambio que sufren las sustancias al pasar del estado sólido al estado líquido por adición de calor. Condensación.- Es el cambio de vapor a líquido, con eliminación de calor. Vaporización.- Cambio de un líquido a vapor o gas, por adición de calor. Sublimación.- Cambio del estado sólido a gas o viceversa sin pasar por el estado líquido. Solidificación.- Cambio de un líquido al estado sólido por sustracción de calor. Licuefacción o licuación.- Cambio del estado gaseoso al estado líquido con eliminación de calor y aumento de presión. Estos fenómenos físicos pueden establecerse mediante el siguiente diagrama:

La materia también se clasifica en la cantidad de sustancias que la forman. En la naturaleza encontramos sustancias simples o puras como el carbono y el fierro, y otras más complejas como el petróleo, formadas a partir de la unión de muchas sustancias simples. Por lo que se puede clasificar también en elementos, compuestos y mezclas. Elementos: cobre, cloro, fierro, oro, plata hidrógeno Sustancias puras Materia

Compuestos: agua, alcohol, cloruro de sodio. acetona Homogéneas (soluciones): azúcar en agua, gasolina, etc. Mezclas Heterogéneas (emulsiones): polvo, leche, mayonesa, etc.

Los elementos son sustancias formadas por un solo tipo de átomos, o por átomos del mismo número atómico. Los compuestos están formados por dos o más elementos, siempre en las mismas proporciones. Las mezclas son sistemas formados por dos o más sustancias o compuestos, cada uno con sus propiedades individuales y sin proporciones definidas. Las mezclas pueden ser homogéneas.- sus componentes están distribuidos de manera totalmente uniforme. Las mezclas heterogéneas.uniformemente.

los

componentes

están

distribuidos

Al unirse entre sí los átomos forman moléculas, la cuales según los átomos que la integran, pueden ser: Monoatómicas, como los metales (Cu,Ag,Li,Na); diatómicas como los gases (H2, Cl2, O2,) los hidrácidos (HCl) y las sales binarias (NaCl) y poliatómicas como las moléculas de los compuestos (HNO3, Na2SO4, KH2PO3). Procesos de separación de mezclas. Las mezclas son uniones físicas o aparentes en las cuales coexisten dos o más sustancias y que, al estar unidas sólo en apariencia, se pueden separar por medios físicos. 9

Para separar una mezcla, se debe seleccionar el método adecuado a cada una de las sustancias que la forman. No se separan de la misma manera dos sustancias sólidas que dos sustancias líquidas, o que una sólida y otra líquida.

En la siguiente tabla se presentan los métodos de separación de mezclas más comunes, y se específica en qué casos se utiliza cada uno de ellos. Tabla. Métodos o procesos de separación de mezclas MÉTODO

SE UTILIZA PARA SEPARAR

EJEMPLOS

1, Decantación

Un sólido grueso de un líquido o dos líquidos de diferente densidad. Un sólido fino de un líquido Un sólido fino de un líquido sin conservar el líquido Un sólido muy fino de un líquido Un líquido de otro líquido con diferente punto de ebullición Un sólido disuelto en un líquido Dos sólidos, siempre y cuando uno de ellos sea sublime Dos sólidos, eligiendo el solvente adecuado

Arena y agua Agua y aceite Una sal en agua Una sal disuelta en agua Los componentes de la sangre Alcohol y agua

Mezclas de gases o líquidos

Colores de una tinta

2. Filtración 3. Evaporación 4. Centrifugación 5. Destilación 6. Cristalización 7. Sublimación 8. Diferencia de solubilidad 9. Cromatografía

Sal disuelta en agua Carbón y naftaleno Carbón y azufre

La decantación consiste en dejar reposar la mezcla en un recipiente, con el propósito de que el sólido se asiente en el fondo; una vez que esto se consigue, se vierte el líquido en un segundo recipiente, lentamente para que el sólido no se mueva y se conserve en el primer recipiente. En la filtración se utiliza un embudo y un papel filtro, a través del cual se hace pasar la mezcla; se recoge el líquido en algún recipiente y el sólido se queda en el papel filtro. Mediante una evaporación se puede separar un sólido que se encuentre totalmente disuelto en un líquido; se calienta la solución hasta el punto de ebullición del líquido y se deja evaporar; el sólido quedará en el fondo del recipiente y el líquido no se recupera. La centrifugación se realiza por medio de un aparato llamado centrífuga, en el cual se colocan los tubos de ensaye que contienen la mezcla; la centrífuga gira con tal velocidad que separa el sólido y lo deposita en el fondo del tubo, a continuación se realiza una filtración o una decantación. La destilación consiste en separar las sustancias que constituyen una mezcla cuando éstas presentan puntos de ebullición diferentes (por lo menos de 15 a 20 grados). Hervirá primero la de menor punto de ebullición, la cual se condensa y recoge en un recipiente. 10

Cristalización es dejar reposar en un cristalizador, un líquido para que se vaya evaporando lentamente a temperatura ambiente y se formen en el fondo cristales del sólido. La sublimación es el cambio del estado sólido al gaseoso, sin pasar por el líquido, no todas las sustancias presentan esta propiedad; cuando la mezcla contiene una sustancia sublimable, se calienta hasta que se desprenda el gas de la sustancia , y el resto de la muestra queda en el fondo del recipiente. La cromatografía es un método de análisis que se utiliza comúnmente para determinar índices de contaminación o identificar compuestos que se encuentran en cantidades muy pequeñas. El método consiste en hacer pasar una mezcla de gases o líquidos a través de un medio poroso (una columna de cromatografía) y, con ayuda de solventes, separar los componentes de la mezcla. Propiedades de la materia Una propiedad es la característica mediante la cual las cosas son identificadas o descritas. Las propiedades de la materia se pueden dividir en dos grandes apartados: Generales (que son las que posee toda la materia) y las Específicas (que dependen del estado de agregación molecular en que se encuentre la materia. Se subdividen, a su vez en físicas, relacionadas con su apariencia y químicas, relacionadas con su estructura interna. Masa Peso Volumen Inercia Generales Porosidad Elasticidad Impenetrabilidad Divisibilidad Color, olor y sabor Dureza Propiedades Ductibilidad de la Maleabilidad materia Físicas Densidad Punto de fusión y punto de ebullición Peso específico Solubilidad Específicas Conductividad eléctrica y térmica

Químicas

Reactividad. Transformación en otras sustancias Combustión Oxidación Reducción 11

De acuerdo a la clasificación anterior, las propiedades de la materia se definen cada una de ellas como sigue: Propiedades generales Masa.- cantidad de materia que posee un cuerpo sin importar cuál es su peso y su forma. Peso.- efecto de la gravedad sobre la materia. Fuerza con que la materia es atraída por el centro de la Tierra. Volumen.- espacio que ocupa un cuerpo. Inercia.- resistencia que opone un cuerpo a cambiar su estado de reposo o de movimiento. Porosidad.- espacios vacíos que existen entre las moléculas. Elasticidad.- capacidad de un cuerpo de volver a su estado normal después de una deformación temporal, ocasionada por agentes externos. Divisibilidad.- capacidad de la materia de dividirse infinitamente. Propiedades específicas Físicas: Color, olor y sabor.- como apreciamos la materia con nuestros sentidos. Dureza.- mayor o menor resistencia que oponen los minerales a ser rayados por otros. Capacidad de un material para entrar a la fuerza en otro. Ductibilidad.- propiedad común a la mayoría de los metales, que permite darles forma de alambre o de hilo de diversos diámetros. Maleabilidad.- propiedad de los metales, por la que pueden batirse o extenderse en láminas. Densidad.- razón entre la masa de un cuerpo y su volumen (∂ = m/v; masa sobre volumen). Punto de fusión y punto de ebullición.- temperatura a la cuál un sólido pasa al estado líquido y temperatura a la cual un líquido pasa al estado gaseoso. Peso específico.- peso de la unidad de volumen de un cuerpo, que equivale al producto de su densidad por la aceleración de la gravedad. 12

Solubilidad.- capacidad de una sustancia de disolverse en otra. Químicas: Reactividad.- capacidad de una sustancia de actuar con otra para poder producir una nueva. Combustión.- reacción química entre una sustancia y el oxígeno. Oxidación.- proceso en el cual una sustancia pierde electrones, mientras que otra sustancia los gana. Reducción.- proceso por el cual una especie química gana electrones. Estados y formas de energía. Según las teorías actuales, la masa no es sino una forma de energía y todo cambio que experimenta va aunado a una manifestación de energía, por lo que es importante estudiar las relaciones existentes entre ambas manifestaciones de la materia: Masa y Energía. En la actualidad la energía se considera como un principio de la actividad interna de la masa. La energía se define como la capacidad de la materia para realizar un trabajo a través del movimiento de las partículas que la forman. Se consideran dos tipos de energía: La energía Potencial.- es la que tienen los cuerpos (materia) debido sólo a su posición. La energía Cinética.- es la que generan los cuerpos (materia) debido a su movimiento, o al movimiento de sus partículas. Las transformaciones que experimentan la materia y las relaciones en el estudio de la masa y la energía están regidas por las siguientes leyes: a) LEY DE LA CONSERVACIÓN DE LA MASA Esta Ley fue enunciada por Lavoisier a fines del siglo XVIII y dice: ―La masa no se crea ni se destruye solo se transforma‖. Experimentalmente puede comprobarse que cuando la masa sufre una transformación, no se aprecia ningún cambio de peso.

b) LEY DE LA CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA. Esta Ley fue enunciada por Mayer y establece que: ―La energía no puede ser creada ni destruida, pero es susceptible de ser transformada‖. Es decir, la cantidad de energía que existe en el Universo es una cantidad constante. c) LEY DE LA CONSERVACIÓN DE LA MASA-ENERGÍA. La energía producida por el cambio de la masa de un cuerpo, está dada por la siguiente ecuación deducida por Einstein: E = m c2 En donde: E = Energía en Ergios o Joules m = Masa transformada en gr. o kg. c = Velocidad de la luz = 3 x 1010 cm/seg = 3 x 108 m/seg Esta ecuación demuestra que una cantidad muy pequeña de masa es equivalente a una gran cantidad de energía. La Ley de la Conservación de la Materia o Ley de la Conservación de la Masa-Energía dice: ―La materia y la energía pueden transformarse entre sí, pero la suma total de ambas en el Universo permanece constante‖. La energía potencial asociada a los cuerpos en reposo se transforma en energía cinética cada vez que se inicia un movimiento; cuando esto ocurre, la energía puede manifestarse de muchas formas, por ejemplo: en energía eléctrica, mecánica, luminosa, calorífica, eólica, térmica, acústica, hidráulica, atómica, radiante. FENÓMENOS FÍSICOS Y QUÍMICOS A todo cambio que ocurre en el Universo se le llama fenómeno. Fenómeno físico cuando el cambio no modifica la constitución de la masa. Ejemplos; La evaporación del agua, la fusión de la cera, alargamiento de un resorte. Fenómeno químico es cuando el cambio modifica la constitución de la masa. Ejemplos; La oxidación del fierro, la respiración, la digestión, la putrefacción de los alimentos, la fotosíntesis. 14

AUTOEVALUACIÓN

ESCRIBE EN LOS ESPACIOS EN BLANCO LA PALABRA O PALABRAS QUE COMPLETEN CORRECTAMENTE LOS SIGUIENTES CONCEPTOS. ___________________ es un proceso de construcción del conocimiento que tiende a descubrir los principios del comportamiento de los fenómenos reales y la manera en que se relacionan diferentes variables en los cambios que ocurren en la naturaleza. ___________________ se encarga de estudiar todos los elementos y compuestos que se conocen hasta la fecha, con excepción del carbono y sus derivados. ___________________ es toda sustancia que forma las cosas materiales, que ocupa un espacio, que tiene masa y presenta inercia ___________________ es la química de los seres vivos y estudia todas aquellas reacciones que ocurren en organismos con vida. ___________________ es una propiedad física de la materia y depende de los espacios existentes entre las partículas de un cuerpo que a su vez depende del contenido energético de dichas partículas ___________________ son sistemas formados por dos o más sustancias o compuestos, cada uno con sus propiedades individuales y sin proporciones definidas ___________________ es el método que consiste en separar las sustancias que constituyen una mezcla cuando éstas presentan puntos de ebullición diferentes (por lo menos de 15 a 20 grados) ___________________ son propiedades que dependen del estado de agregación molecular en que se encuentre la materia. Se subdividen, a su vez en físicas, relacionadas con su apariencia y químicas, relacionadas con su estructura interna ___________________ se define como la capacidad de la materia para realizar un trabajo a través del movimiento de las partículas que la forman ___________________ esta Ley dice: ―La materia y la energía pueden transformarse entre sí, pero la suma total de ambas en el Universo permanece constante‖

ESCRIBE DENTRO DEL PARENTESIS UNA ―G‖, SI LAS PROPIEDADES SON GENERALES Y UNA ―E‖, SI SON ESPECÍFICAS. Volumen, peso

(

) Densidad, punto de fusión

(

)

Elasticidad, masa

(

) Impenetrabilidad, divisibilidad

(

)

Olor, color

(

) Inercia, porosidad

(

)

Punto de ebullición, solubilidad

(

) Combustión, oxidación

(

)

Dureza, punto de fusión

(

) Ductibilidad, peso específico

(

)

ESCRIBE EN LA LINEA DE LA IZQUIERDA UNA ―F‖ SI EL FENÓMENO ES FÍSICO Y UNA ―Q‖ SI EL FENÓMENO ES QUÍMICO. ______ Fusión de la cera

______ Quemar papel

______ Oxidación de un clavo

______ Explosión de una bomba

______ Combustión de la gasolina

______ La refracción de la luz

______ Comprimir un resorte

______ La fotosíntesis

______ Congelamiento del agua

______ Dilatación de los metales

ESCRIBE EN LA LÍNEA DE LA DERECHA EL TIPO O TIPOS DE ENERGÍA QUE SE PRESENTA EN LAS SIGUIETNES EXPRESIONES. Francisco escucha música _________ Roberto enciende una fogata __________ El abanico da mucho aire _________La turbina del avión no funcionó __________ Las velas están encendidas __________Federico ganó el maratón

__________

Martha está viendo TV __________ Sandra plancha su blusa nueva __________ En 1945 explotó la bomba atómica en Hiroshima___________

Samanta inspecciona la altura del agua en la presa

_____________

RELACIONA AMBAS COLUMNAS ESCRIBIENDO DENTRO DEL PARENTESIS DE LA DERECHA LA LETRA QUE CORRESPONDA A LA RESPUESTA CORRECTA. Fusión

(

)

Sublimación

(

)

Cinética

(

)

d) Cambio de sólido a gas y viceversa.

Líquido

(

)

e) Los espacios entre sus moléculas están muy separados por lo que carecen de volumen y forma definidos.

Licuación

(

)

Potencial

(

)

Solidificación

(

)

h) Cambio de sólido a líquido

Evaporación

(

)

i) Es la energía que tienen los Cuerpos debido a su posición

Gases

(

)

(

)

a) Cambio de líquido a gas b) Los espacios entre sus moléculas son pequeños tienen forma y volumen definidos. c) Cambio de gas a líquido

f) Cambio de líquido a sólido g) Tienen volumen determinado aunque carecen de forma.

j) Es la energía que tienen los cuerpos debido al movimiento de sus moléculas

Sólido

DESCRIBE LOS PASOS DEL MÉTODO CIENTÍFICO 1. ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 2. ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 3. ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 4. ____________________________________________________________ 5. ____________________________________________________________ 17

ESTRUCTURA ATÓMICA La estructura atómica es la clave para entender la Química Moderna. Las Teorías fundamentales de la química consideran que todas las sustancias están formadas por partículas pequeñísimas llamadas moléculas, las cuales a su vez están constituidas por partículas más pequeñas llamadas átomos. MOLECULA.- Es la partícula más pequeña de una sustancia que podemos separar sin alterar su composición química. Las propiedades de una molécula están determinadas por el número, tipo y arreglo de los átomos que la forman. Así, las moléculas de los elementos se componen de una sola clase de átomos, mientras que las moléculas de un compuesto están constituidas por dos o más clases de átomos. ATOMO.- Es la mínima partícula de un elemento que interviene en un fenómeno químico. ELEMENTO QUÍMICO.- Es una sustancia que no puede descomponerse químicamente en otras más simples, formadas de átomos iguales. COMPUESTO.- Son sustancias formadas por moléculas de dos o más clases de átomos, siempre en la misma proporción. MEZCLA.- Unión física de dos o más sustancias que conservan sus propiedades. RADIACTIVIDAD NATURAL Becquerel en 1896 descubrió el fenómeno de la radiactividad. Al tratar de encontrar la relación entre los rayos X y la fluorescencia de ciertas sustancias, observó que el uranio y sus minerales emitían radiaciones capaces de velar una placa fotográfica. La radiactividad consiste en la desintegración espontánea de ciertos átomos. Este fenómeno contribuyo a la evolución de la Teoría sobre la Estructura Nuclear al mostrar la divisibilidad del átomo. Los materiales radiactivos pueden emitir 3 tipos de radiaciones Alfa (α), Beta (β) y Gamma (γ). El concepto de la Radiactividad, demostró que Dalton estaba equivocado al afirmar que el átomo era indivisible. 18

PARTICULAS SUBATOMICAS Y MODELOS ATOMICOS Los átomos no son partículas indivisibles, como se había pensado antiguamente, sino que están compuestos de partículas simples que son: protones, neutrones, electrones, mesones, neutrino, positrón, hipertón. De los cuales solo tres son los principales: Protón, Neutrón y Electrón. Protón.- es la carga eléctrica positiva (+) que se localiza en el centro o en el núcleo del átomo y que fue descubierto en el año 1939 por el científico Rutherford. Neutrón.- fue descubierto por el físico inglés S. Chadwick en 1939, es una partícula subátomica que no tiene carga eléctrica por estar formado por un protón y un electrón.

Electrón.- es la partícula más ligera, que posee una carga eléctrica negativa (-). PARTICULA

SÍMBOLO

Protón Neutrón Electrón

p n e

Masa (uma) 1 1 1/1873

Masa (gr)

Carga

1.672 x 10-24 1.675 x 10-24 9.11 x 10-28

1+ 0 1-

Localización en el átomo Núcleo Núcleo Fuera del núcleo

MODELOS ATÓMICOS La primera idea de los átomos fue de los filósofos griegos Leucipo y Demócrito, quienes establecieron que la materia estaba compuesta por partículas indivisibles e indestructibles muy pequeñas, llamadas átomos y que podían moverse de un lado a otro. Durante muchos siglos se aceptó la indivisibilidad del átomo como una verdad que sólo aparecía como producto del pensamiento en torno a la composición de la materia, debido a que no se realizaba trabajo experimental. No fue hasta el siglo XVIII cuando el científico francés Antoine Laurent Lavoisier, quién propuso la Ley de la Conservación de la materia, dio el carácter científico a la química, iniciando una fase importante de experimentación. A fines del siglo XVIII, otro científico francés, Joseph Proust, después de realizar múltiples experimentos demostró que los elementos se unían siempre en proporciones definidas y constantes para formar los compuestos. El maestro inglés John Dalton propuso un modelo para explicar la forma en que se unen los átomos de los elementos. 19

Año

Científico

1808

John Dalton

Descubrimientos experimentales

Modelo atómico La imagen del átomo expuesta por Durante el s.XVIII y principios del Dalton en su teoría atómica, para XIX algunos científicos habían explicar estas leyes, es la de minúsculas investigado distintos aspectos de las partículas esféricas, indivisibles e reacciones químicas, obteniendo las inmutables, llamadas leyes clásicas de la iguales entre sí en Química. cada elemento químico. Demostró que dentro de los átomos hay unas partículas diminutas, con carga eléctrica negativa, a las que se llamó electrones.

1897

De este descubrimiento dedujo que el átomo debía de ser una esfera de materia cargada positivamente, en cuyo interior estaban incrustados los electrones. (Modelo atómico de Thomson.)

J.J. Thomson

1911

Demostró que los átomos no eran macizos, como se creía, sino que están vacíos en su mayor parte y en su centro hay un diminuto núcleo.

Dedujo que el átomo debía estar formado por una corteza con los electrones girando alrededor de un núcleo central cargado positivamente. (Modelo atómico de Rutherford.)

Espectros atómicos discontinuos originados por la radiación emitida por los átomos excitados de los elementos en estado gaseoso.

Propuso un nuevo modelo atómico, según el cual los electrones giran alrededor del núcleo en unos niveles bien definidos. (Modelo atómico de Bohr.)

E. Rutherford

1913

Niels Bohr

Bohr, con su modelo, logro un gran avance en el estudio de la distribución de los electrones en la vecindad del núcleo, si bien su modelo fue exacto solamente para el átomo de hidrógeno. En 1916, Sommerfeld perfeccionó el modelo atómico de Bohr intentando paliar los dos principales defectos de éste. Para eso introdujo dos modificaciones básicas: Órbitas casielípticas para los electrones y velocidades relativistas. En el modelo de Bohr los electrones sólo giraban en órbitas circulares. La excentricidad de la órbita dio lugar a un nuevo número cuántico: el número cuántico azimutal, que determina la forma de los orbitales, se lo representa con la letra l y toma valores que van desde 0 hasta n-1. Las órbitas con: l = 0 se denominarían posteriormente orbitales s o sharp l = 1 se denominarían p o principal. l = 2 se denominarían d o diffuse. l = 3 se denominarían f o fundamental. 20

Para hacer coincidir las frecuencias calculadas con las experimentales, Sommerfeld postuló que el núcleo del átomo no permanece inmóvil, sino que tanto el núcleo como el electrón se mueven alrededor del centro de masas del sistema, que estará situado muy próximo al núcleo al tener este una masa varios miles de veces superior a la masa del electrón. Para explicar el desdoblamiento de las líneas espectrales, observando al emplear espectroscopios de mejor calidad, Sommerfeld supone que las órbitas del electrón pueden ser circulares y elípticas. Introduce el número cuántico secundario o azimutal, en la actualidad llamado l, que tiene los valores 0, 1, 2,…(n-1), e indica el momento angular del electrón en la órbita en unidades de , determinando los subniveles de energía en cada nivel cuántico y la excentricidad de la órbita. MODELO ATÓMICO DE SOMMERFELD

5(ℓ=1)p 5(ℓ=2)d 5(ℓ=3)f 5(ℓ=4)g Órbitas elípticas en el modelo Sommerfeld Número atómico, masa atómica Número atómico.- es el número de partículas subatómicas. En el átomo existen el mismo número de protones en el núcleo que de electrones alrededor de éste. El número atómico se representa por la letra Z. La masa atómica se obtuvo de sumar las masas de las partículas que forman los átomos de los elementos. La masa atómica es considerada como el peso atómico del elemento. Ejemplo; para encontrar el número de electrones, protones y neutrones del elemento yodo, se busca en la tabla periódica y se encuentra que el número atómico del yodo es 53 y su masa atómica es 126.9 uma (unidad de masa atómica); redondeamos este número a 127, ya que no podemos tomar fracciones de partículas, y entonces tenemos: Número de electrones = número atómico Z = 53 Número de protones = número de electrones = número atómico Z = 53 21

Número de neutrones = masa atómica – número de protones = 127 – 53 = 74 Cálculo de partículas subatómicas Calcula el número de electrones, protones y neutrones de los átomos de los siguientes elementos Elemento Azufre (S) Uranio (U) Cobre (Cu) Plata (Ag) Aluminio (Al)

No. de electrones

No. de protones

No. de neutrones

Realiza los cálculos necesarios para llenar el cuadro que se presenta a continuación: ELEMENTO

SÍMBOLO

NÚMERO ATÓMICO (z)

MASA ATÓMICA (ó peso atómico)

NUM. DE ELECTRONES

NUM. DE PROTONES

NUM. DE NEUTRONES

Radón Hg 45 37

48 83.8

36 13

sodio Mg MODELO ATOMICO DE LA MECANICA CUANTICA ONDULATORIA Erwin Schrödinger, físico matemático austriaco, en 1926, proporcionó las bases para el nuevo modelo atómico, aceptando las teorías de Bohr y De Broglié, dedujo una ecuación matemática en donde el electrón era tratado en función de su comportamiento ondulatorio. Fundamentos de la teoría Cuántica: a) El concepto de los ESTADOS ESTACIONARIOS DE ENERGÍA del electrón propuesto por Bohr. Los electrones están en órbitas en estados estacionarios de energía, esto es, poseen una energía fija y definida; un electrón no absorbe ni emite energía en este estado. Un electrón puede absorber energía pasando a un nivel superior (estado excitado), pero este estado es inestable y al regresar el electrón a su nivel original, emite la energía absorbida, en forma de radiación electromagnética. 22

b) LA NATURALEZA DUAL DE LA MATERIA sugerida por De Broglié que dice: ―La materia como la luz, presentan un comportamiento dual: de onda y de partícula‖. c) EL PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE enunciado por el físico alemán Werner Heisenberg en 1926. Este principio establece que ―es imposible conocer simultáneamente con exactitud la posición y la velocidad del electrón‖. La Teoría Moderna supone que el núcleo del átomo está formado por protones y neutrones en torno al cual giran los electrones en orbitales; éstos últimos a diferencia de las órbitas de Bohr, son regiones tridimensionales alrededor del núcleo donde existe una mayor probabilidad de localizar un electrón. Uno o más de los orbitales forman subniveles o subcapas, las que, a su vez, constituyen los niveles de energía como los había propuesto Bohr, pero ahora cuantificados y determinados por números cuánticos. NUMEROS CUANTICOS Los números cuánticos son valores que se asignan a los parámetros que determinan los diferentes niveles de energía de los electrones, las formas de sus orbitales, sus características magnéticas y la dirección de su giro. Schrödinger, dedujo una ecuación matemática, donde el electrón era tratado en función de su comportamiento ondulatorio. Con esta ecuación, la posición más probable del electrón, está determinada por cuatro parámetros llamados números cuánticos, cuyos valores son dependientes entre sí y son; n ,l ,m ,s. “n”.- Es el número cuántico llamado principal, determina el nivel o capa de energía donde se encuentra el electrón. El nivel más cercano al núcleo es n=1 y tiene la menor energía. De aquí se puede deducir una ley que establece que entre más alejado del núcleo se encuentra el nivel, mayor será su energía. Sus valores pueden ser cualquier número entero: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, …… pero para los elementos hasta ahora conocidos solo pueden ocupar 7 niveles. Los niveles se designan con las letras mayúsculas de la siguiente manera: nivel letra

1 K

2 L

3 M

4 N

5 O

6 P

7 Q

El número máximo de electrones sobre un nivel de energía caracterizado por su número cuántico es igual a 2n2 (Ley de Ridberg). 1er. Nivel de energía

K = 2(1)2 = 2

2do. Nivel de energía

L = 2(2)2 = 8

3er. Nivel de energía

M = 2(3)2 = 18

4to. Nivel de energía

N = 2(4)2 = 32

En los niveles O, P y Q, se aplica la misma regla, pero es evidente que no se cumple en los elementos conocidos. ―l‖.- Es el número cuántico llamado ―azimutal‖, determina el subnivel o subcapa dentro del nivel principal de energía. Indica la forma de la nube electrónica u orbital que se encuentra alrededor del núcleo. Sus valores van de 0 hasta n – 1 y se designan con las letras s, p, d, f, por sus nombres en inglés: sharp, principal, diffuse y fine (nítido, principal, difuso y fino). ―m‖.- El número cuántico llamado ―magnético‖, representa la orientación de los orbitales electrónicos en el espacio. Los valores de m indican el número de orbitales en cada subnivel y, por lo tanto, están en función de l, adoptando los valores de –l a +l, pasando por cero. “s” .- Es el número cuántico llamado de “spin”. Describe la orientación de giro del electrón y adopta los valores: -½ y +½. Se designan con flechas que representan el giro del electrón en sentido de las manecillas del reloj y en dirección contraria. En la siguiente tabla se muestran los valores para los 4 números cuánticos. NÚMERO CUANTICO PRINCIPAL (n)

NUMERO CUANTICO AZIMUTAL

n=1 n=2 n=3 n=4 n=5 n=6 n=7

l=0 l = 0, l = 1 l = 0, l = 1, l = 2 l = 0, l = 1, l = 2, l = 3 l = 0, l = 1, l = 2, l = 3 l = 0, l = 1, l = 2 l = 0, l = 1

(l)

s s,p s,p,d s,p,d,f s,p,d,f s,p,d, s,p

NUMERO CUANTICO MAGNETICO (m)

NUMERO CUANTICO SPIN (s)

1s 1s, 3p 1s, 3p, 5d 1s, 3p, 5d, 7f 1s, 3p, 5d, 7f 1s, 3p, 5d 1s, 3p

-½ -½ -½ -½ -½ -½ -½

y y y y y y y

+½ +½ +½ +½ +½ +½ +½

CONFIGURACIONES ELECTRONICAS Las configuraciones electrónicas son las representaciones de cómo se encuentran distribuidos los electrones en el átomo, según sus números cuánticos, además debe aplicarse el principio de exclusión postulado por Wolfgang Pauli, que dice que dos electrones pueden ocupar el mismo orbital siempre y cuando tengan spines diferentes; esto es, que cada orbital admite como máximo dos electrones con diferente spin. En la siguiente tabla se muestran los siete niveles energéticos, con la distribución de electrones para cada nivel y tipo de orbital. NIVEL ENERGETICO (n)

ORBITALES (NUMERO)

TIPO

1 2 3 4 5 6 7

s(1) s(1), p(3) s(1), p(3), d(5) s(1), p(3), d(5), f(7) s(1), p(3), d(5), f(7) s(1), p(3), d(5) s(1), p(3)

NUMERO DE POR ORBITAL

ELECTRONES

s(2) s(2), p(6) s(2), p(6), d(10) s(2), p(6), d(10), f(14) s(2), p(6), d(10), f(14) s(2), p(6), d(10) s(2), p(6)

TOTAL DE ELECTRONES POR NIVEL

2 8 18 32 32 18 8

Otro principio que se aplica en la determinación de la configuración electrónica es el de máxima sencillez, que se refiere a que en un átomo los electrones ocupan primero las posiciones que requieren la mínima cantidad de energía, es decir, se ubicarán en los niveles siempre en orden ascendente iniciando por n = 1. Este principio vale también para los orbitales, esto es, primero se ocupará el orbital s, después los p, a continuación los d y por último los f. Ejemplo: obtener las configuraciones electrónicas gráficas del Nitrógeno N y del flúor F. 7N

___ ___ ___ ___ ___ 1s 2s 2p 2p 2p

La forma ordenada de acomodar los electrones para determinar la configuración electrónica de un elemento se conoce, tanto en inglés como en alemán, con el término aufbau, que significa construcción o desarrollo.

Al escribir la configuración electrónica, se anota primero el número de nivel, luego el tipo de orbital que le corresponde al nivel y al final el número, en forma de exponente, de los electrones que admite el orbital. Así las configuraciones de los anteriores ejemplos se escriben de la siguiente manera: 7N

1s2, 2s2,2p3

1s2, 2s2,2p5

CONFIGURACION ELECTRONICA CON KERNELL Una forma de representar la configuración electrónica de manera más sencilla, es partiendo de la configuración de los gases nobles, que son los que cierran cada uno de los niveles energéticos, para esto, se escribe el símbolo del gas noble anterior al elemento que se desea, con su número atómico y se completa la configuración, de la forma anterior. Ejemplo: Obtener la configuración electrónica del magnesio (Z=12); sería 12Mg

1s2, 2s2,2p6,3s2 con Kernell:

Ne]10, 3s2

Para usar Kernell es necesario conocer las configuraciones electrónicas de los gases nobles, las cuales se muestran a continuación: Helio

Z=2

1s2

He]2

Neón

Z = 10

1s2, 2s2,2p6

Ne]10

Argón

Z = 18

1s2, 2s2,2p6,3s2,3p6

Ar]18

Kripyón Z = 36

1s2, 2s2,2p6,3s2,3p6,4s2,3d10,4p6

Kr]36

Xenón

Z = 54

1s2, 2s2,2p6,3s2,3p6,4s2,3d10,4p6,5s2,4d10,5p6

Xe]54

Radón

Z = 86

1s2, 2s2,2p6,3s2,3p6,4s2,3d10,4p6,5s2,4d10,5p6,6s2,4f14,5d10, 6p6

Rn]86

AUTOEVALUACION

RELACIONA AMBAS COLUMNAS ESCRIBIENDO DENTRO DEL PARENTESIS DE LA DERECHA LA LETRA QUE CORRESPONDA A LA RESPUESTA CORRECTA. (

) Propuso su modelo atómico en 1808

a) Azimutal

(

) Filósofo griego introductor del concepto atómico

b) John Dalton

(

) Están compuestos por partículas negativas

(

) Partícula más pequeña de una sustancia que se puede separar sin alterar su composición

c) No. Atómico ch) J. Thompson

(

) Está compuesto por partículas con carga +

d) Radiactividad

(

) Principio que determina que 2 electrones pueden

e) Electrones

(

ocupar el mismo orbital siempre y cuando sean

f) Leucipo

de spin diferente.

g) Principal

) Número cuántico que determina los subniveles dentro

h) Molécula

del nivel principal.

i) De exclusión

(

) Es el número de partículas subatómicas.

j) Elementos químicos

(

) Sustancia que no puede descomponerse en otra más simple.

(

) Es la desintegración espontanea de ciertos átomos

CALCULA LA MASA ATÓMICA Y EL NÚMERO ATÓMICO DE LOS SIGUIENTES ELEMENTOS 1) El Oxigeno (O2), que posee 8 protones y 8 neutrones

2) El Sodio (Na), con 11 protones y 12 neutrones

CALCULA LOS VALORES DE LOS SIGUIENTES NÚMEROS CUANTICOS Los valores de ―l‖ cuando

n=1 n=5 n=6

Los valores de ―m‖ cuando

l=1 l=2 l=3

REALIZA

CONFIGURACIÓN

ELECTRONICA

LOS

SIGUIENTES

LOS

SIGUIENTES

ELEMENTOS UTILIZA LA TABLA PERIODICA a) Aluminio b) Zinc c) Cesio d) Plomo e) Osmio

REALIZA

CONFIGURACIÓN

ELECTRONICA

ELEMENTOS USANDO KERNELL UTILIZA LA TABLA PERIODICA a) Bismuto b) Yodo c) Mercurio d) Rubidio e) Francio 28

CLASIFICACIÓN PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS

CLASIFICACIÓN DE LA TABLA PERIODICA En 1869 el Químico Ruso Dimitri Mendeleiev propuso la determinada Tabla Periódica de los elementos, clasificando los 63 elementos conocidos en su tiempo, de acuerdo a su masa atómica creciente. Dicha tabla fue el intento de un fruto realizado por diferentes investigadores que con sus experiencias aportaron los fundamentos para la elaboración de ésta, destacándose principalmente el científico Dobereiner y Newlans. LEY DE LAS TRIADAS DE DOBEREINER En 1829 Dobereiner publico por primera vez una clasificación para los elementos, tomando como base sus propiedades químicas y su masa atómica ordenando a los elementos en grupos de tres, en la cual se observaba una variación constante en la masa atómica de dichos elementos.

dif. 16

Li Na K

7 23 39

dif. 48 y 49

Ca Sr Ba

40 88 137

LEY DE LAS OCTAVAS DE NEWLANS En 1864 Newlans clasifico los elementos en forma creciente de sus masa atómicas y observo que cada octavo el elemento en dicho orden tenia propiedades semejantes a la del primero de la serie. Li Na

Ba Mg

B Al

C Si

N P

O S

F Cl

SISTEMA PERIODICO DE MENDELEIEV Mendeleiev ordeno los elementos de acuerdo a sus masas atómicas crecientes, propiedades físicas y propiedades químicas. Tomando esto distribuyo los elementos de una tabla de doble entrada, verticalmente por orden creciente de sus masas atómicas y horizontalmente por ser valor creciente de sus valencias. Con esto se obtienen horizontalmente siete periodos y siete grupos verticalmente a los que luego se le agrego un octavo grupo llamado Elementos de Transición. 29

Sin embargo, esta clasificación presentaba algunas anomalías, pues al establecer la clasificación por orden riguroso de su masa atómica creciente resulta que algunos elementos tales como el Argón (Ar) cuyas propiedades lo colocan entre los gases nobles se tiene que anteponer el Potasio (K) cuya masa atómica es menor, debido a esto se hizo la siguiente modificación: Moseley modifico la clasificación de Mendeleiev, ordenando los elementos en base a sus números Atómicos. LEY DE LA PERIOCIDAD EXPRESADA POR MOSELEY Las propiedades de los elementos son función atómicos.

periódica de sus números

ESTRUCTURA DE LA TABLA PERIODICA Los elementos se encuentran agrupados en periodos y en grupos o familias. El periodo nos indica el número de niveles de energía que tiene un átomo determinado. Son siete periodos, los elementos de una misma hilera horizontal son miembros del mismo periodo. La Familia o grupo reúne al conjunto de elementos con propiedades físicas y químicas similares. Por regla general los elementos de cada grupo tienen la misma valencia debido a que los átomos de sus elementos tienen igual número de electrones de su capa exterior. GRUPO IA GRUPO IIA GRUPO IIIA GRUPO IVA GRUPO VA GRUPO VIA GRUPO VIIIA

METALES ALCALINOS (H, Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) METALES ALCALINOTERREOS (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra) FAMILIA DE ALUMINIO (B, Al, Ga, In, Tl) FAMILIA DE CARBONO (C, Si, Ge, Sn, Pb) FAMILIA DE NITROGENO (N, P, As, Sb, Bi) FAMILIA DEL OXIGENO (O, S, Se, Te, Po) FAMILIA DE LOS HALOGENUROS (F, Cl, Br, I, At) (Halógeno Significa formación de sales)

GRUPO CERO GRUPO IB – VIIIB GRUPO A GRUPO B

GASES INERTES, NOBLES O RAROS (He,Ne,Ar,Kr,Xe,Ra) ELEMENTOS DE TRANSICIÓN SON ELEMENTOS REPRESENTATIVOS ELEM. DE TRAN. PORQUE TERMINAN EN SUBNIV. d y f

ELEMENTOS DIATOMICOS SON: 02, H2, Cl2, Br2, I2, F2 Los elementos también se clasifican como Metales y No Metales:

SUS CARACTERÍSTICAS SON: METALES *Buenos conductores de calor y la electricidad *Son dúctiles y maleables *Presentan aspecto y brillo metálico. *La mayoría son sólidos a temperatura ambiente. *Sus moléculas son monoatómicas *Se combinan con el oxigeno para formar Óxidos. NO METALES *No son tan buenos conductores de calor ni electricidad. *No son dúctiles ni maleables. *No presentan aspecto ni brillo metálico. *Sus moléculas son diatómicas *Se combinan con el oxigeno para formar anhídridos. VALENCIA: Es el número de electrones que aun átomo puede ceder, ganar o intercalar en un cambio químico. ION Todos los átomos de los elementos tienden a ganar o perder electrones para adquirir la estructura de los gases nobles. En ambos casos se convierte en iones, es decir en un átomo con carga eléctrica porque el numero de cargas eléctricas positivas ya no son igual a las negativas. ATOMO Na p+ = 11 e = 11 No = 12

ION Na p+ = 11 e = 11 No = 11

Los iones positivos (cationes), están distribuidos y constituidos por átomos de un metal que ha dado electrones Los iones negativos (aniones), están construidos por átomos de un no metal que ha aceptado electrones Ejemplos: Fe O = Oxido S O = Anhídrido RADICALES: Es un grupo de átomos que se pueden mantener unidos como si fueran uno solo durante una reacción química. 31

MONOVALENTES (-1)

DIVALENTES (-2)

TRIVALENTES (-3)

HCO3 = Bicarbonato HSO4 = Bisulfato CIO4 = Perclorato CIO3 = Clorato CIO2 = Clorito CIO = Hipoclorito OH = Hidróxido NO3 = Nitrato NO2 = Nitrito MnO4 = Permanganato HSO3 = Bisulfito HS = Bisulfuro IO3 = Yodato Cn = Cianuro

CO3 = Carbonato CrO4 = Cromato Cr2O7 = Dicromato SO4 = Sulfato SO3 = Sulfito

BO3 = Borato PO4 = Fosfato PO3 = Fosfito AsO3 = Arsenito AsO4 = Arsenato

MONOVALENTE (+1) NH4 = Amonio CLASIFICACIÓN PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS 1. indicar en la tabla periódica las posiciones de los bloques: s p d f 2. Con la tabla periódica dar el numero atómico, peso anatómico, bloque, tipo de elemento, y No, de electrones en nivel exterior de: Sodio Calcio Aluminio Carbono Cloro Azufre Flúor Uranio 3. Indicar las posiciones de los metales, no metales y metaloides en la tabla periódica. 32

4. Posiciones de los siguientes elementos en la tabla: Metales alcalinos Metales alcalino – térreos Halógenos Gases nobles Lantánidos y actínidos 5. Dar los números de oxidación mas frecuentes de los elementos representativos de cada uno de los siguientes grupos: IA IIA IIIA IVA VA VIA VIIA

PROPIEDADES PERIODICAS DE LOS ELEMENTOS Son aquellas que se repiten periódicamente atan en los grupos como en los periodos Las propiedades periódicas son: a) b) c) d) e) f)

Radio atómico Potencial de ionización Afinidad electrónica Electronegatividad Efecto pantalla Carga nuclear efectiva (Z*)

RADIO ATÓMICO El radio atómico nos proporciona una idea del tamaño de los átomos y se define como la mitad de la distancia entre los núcleos de una molécula diatónica.

El Radio Atómico varia de la siguiente forma: DISMINUYE

A U M E N T A TABLA PERIODICA -

En los grupos aumenta hacia abajo

En los periodos disminuye hacia la derecha

POTENCIAL DE IONIZACIÓN – SE DEFINE COMO LA ENERGÍA NECESARIA PARA ARRANCAR UN ELECTRÓN A UN ÁTOMO NEUTRO AUMENTA

D I S M I N U Y E

TABLA PERIODICA -

EN LOS GRUPOS DISMINUYE HACIA ABAJO

EN LOS PERIODOS AUMENTA HACIA LA DERECHA 34

AFINIDAD ELECTRÓNICA – SE DEFINE COMO LA ENERGÍA QUE SE DESPRENDE CUANDO UN ELEMENTO NEUTRO ACEPTA UN ELECTRON PARA PRODUCIR UN IÓN NEGATIVO.

AUMENTA D I S M I N U Y E

TABLA PERIODICA -

EN LA AFINIDAD ELECTRÓNICA SE PUEDE OBSERVAR UNA TENDENCIA A AUMENTAR EN LOS PERIODOS, Y A DISMINUIR AL DESCENDER LOS GRUPOS.

ELECTRONEGATIVIDAD – SE DEFINE COMO LA MEDIDA DEL GRADO DE ATRACCIÓN QUE TIENE UN ÁTOMO PRO LSO ELECTRONES DE ENLACE.

AUMENTA D I S M I N U Y E

TABLA PERIODICA -

LA ELECTRONEGATIVIDAD AUMENTA HACIA LA DERECHA EN LOS PERIODOS, DISMINUYE AL DESCENDER EN LOS GRUPOS. 35

AUTOEVALUACIÓN PROPIEDADES PERIÓDICAS DE LOS ELEMENTOS 1- Defina los siguientes Conceptos

A) Propiedades periódicas ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ B) Radio atómico ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ C) Afinidad electrónica ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ D) Electronegatividad ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ E) ¿Qué elemento tiene mayor carga efectiva en el 3er. Periodo? ____________________________________________________________ ____________________________________________________________

2- Por medio de un dibujo de la tabla periódica, indique con flecha como varían: a) Radio atómico

b) Potencial de Ionización

c) Afinidad Electrónica

d) Electronegatividad

ENLACES QUIMICOS Es una fuerza que mantiene unidos entre si a dos o mas átomos al formar compuestos Estas uniones se llevan a cabo con los electrones más extensos (electrones de valencia). Estos electrones determinan el tipo de compuestos químicos que se van a formar. TIPOS DE ENLACE:

UNIÓN DE ATOMOS

ENLACE IÓNICO

ENLACE COVALENTE

ENLACE METÁLICO

O ELECTROVALENTE

APOLAR

___________________

POLAR

COORDINADO

UNIÓN DE MOLECULAS

UNION POR PUENTE

ENLACE POR FUERZA

DE HIDROGENO

DE VANDER—WALS

ENLACE IÓNICO O ELECTROVALENTE Se llama iónico porque resulta de la transferencia de los electrones de un átomo a otro (se producen iones). Se llama electrovalente porque la unión se mantiene por una carga eléctrica de atracción.

EJEMPLOS

Na Cl

Cloruro de sodio

Ca F2

Fluoruro de calcio

Mg I2

Ioduro de Magnesio

Na2 S

Sulfuro de Sodio

Al N

Nitrato de Aluminio

Fe CI3

Cloruro de Fierro III

NOTA: Los compuestos formados por la unión de un metal y un no metal, presentan enlace iónico.

ENLACE COVALENTE Los átomos de los elementos no metálicos se unen mediante enlace covalente. El enlace covalente en general se forma por el comportamiento de electrones y puede ser covalente polar, se realiza entre elementos diferentes; covalente no polar, entre elementos iguales; y covalente coordinado que se presenta cuando un átomo comparte electrones hasta completar su octeto, y además recibe otro electrón, pero solo ofrece el espacio para acomodarlo, esto es uno de los átomos dona sus electrones y el otro lo recibe. ENLACE COVALENTE NO POLAR.-Se origina cuando se unen átomos con igual o semejante valor de electronegatividad. 38

Una molécula no es polar cuando la distribución de la carga eléctrica es uniforme y no hay dos polos Cuando un átomo aporta un electrón y el otro átomo aporta el electro mediante el cual se forma la pareja de electrones el enlace se llama COVALENTE SIMPLE.

xx oo xx F (xo) F oo xx oo

COVALENTE SIMPLE Cuando uno de los átomos aporta un par de electrones el enlace se llama COVALENTE DOBLE. xx xx

O(xo) O

(xo) COVALENTE DOBLE Cuando cada uno de los átomos aporta tres electrones, el se llama COVALENTE TRIPLE. Enlace Triple

(xo)

(xo) o

ENLACE POR PUENTE DE HIDROGENO Bajo determinadas condiciones, un átomo de hidrógeno, que en una molécula está unido covalentemente a un átomo altamente electronegativo, será atraído con gran fuerza por un átomo similar de una molécula vecina. Así las moléculas vecinas serán atraídas más intensamente por la influencia eléctrica del átomo de hidrógeno. El enlace por puente de hidrógeno es la atracción electrostática que ejerce el hidrógeno con los átomos de los elementos más electronegativos. Este enlace de hidrógeno solamente lo presentan los átomos más electronegativos (N, O y F ), se supone que estos átomos son tan electronegativos que el átomo de hidrógeno sólo comparte en muy pequeña escala el par electrónico del enlace covalente. Las propiedades de las sustancias con enlace de hidrógeno, es que son líquidos de alto poder de disociación de cristales iónicos, con puntos de fusión y ebullición elevados. Ejemplos: H2O, HF, NH3, DNA. ENLACE METALICO Los metales tienen bajas electronegatividades y al unirse entre ellos forman el enlace metálico. Se llama enlace metálico a la atracción electrostática existente entre los iones positivos y los electrones deslocalizados. Este tipo de enlace se presenta solamente entre elementos metálicos, los cuales tienen entre uno y tres electrones en su último nivel. Al unirse los átomos, se desprenden de los electrones de su último nivel, quedando como iones positivos (cationes), pero esos electrones no se unen a otro átomo, sino que se encuentran distribuidos de manera deslocalizada entre los mismos cationes, lo que les permite una extraordinaria movilidad. Esta deslocalización de los electrones provoca la gran conductividad eléctrica y térmica que tienen los metales y, precisamente por la movilidad de sus electrones, son también dúctiles y maleables, de tal manera que si se presiona un metal, se deforma pero no se rompe, ya que los electrones son desplazados de un lugar a otro.

NOMENCLATURA DE LA QUIMICA INORGANICA Acordar una sola nomenclatura internacional no fue un trabajo sencillo. Estuvo a cargo de la IUPAC (Internacional Union of Pure and Applied Chemestry) o, en español UIQPA (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada), asociación formada por investigadores y estudiosos de la química con reconocimiento internacional, que fijó las reglas para asignar fórmulas y nombres a todos los compuestos que se han descubierto hasta nuestro días. Sin embargo, es conveniente mencionar las formas en que los compuestos inorgánicos han sido nombrados antes de la clasificación de la IUPAC, debido a que en algunos libros aún se utilizan. La primera nomenclatura que se utiliza es la vulgar o común, como el caso del agua (H2O) o el ácido muriático (HCl). Un segundo tipo de nomenclatura es la tradicional o funcional, llamada así en razón de que se clasifican los compuestos por funciones, como los óxidos, anhídridos o ácidos, por ejemplo el óxido de aluminio (Al2O3) o el ácido sulfúrico (H2SO4). Otra nomenclatura es la sistemática, que se origina en la IUPAC y tiene como objetivo precisar la proporción de cada elemento utilizando prefijos (di, tri, tetra, etc.) para indicar el número de átomos, por ejemplo, tricloruro de aluminio (AlCl 3). De esta nomenclatura se deriva la notación o numeral de Stock, que consiste en indicar el número de oxidación para los elementos que tienen valencia variable, por ejemplo, sulfato de cobre II (CuSO4). NÚMEROS DE OXIDACION El número de oxidación es la carga (valencia) asignada a un átomo cuando está combinado. Para escribir correctamente las fórmulas de los compuestos es necesario, conocer los números de oxidación. El número de oxidación de un elemento que no esté combinado es cero. El oxígeno tiene un número de oxidación de -2, sólo en los peróxidos su número de oxidación es -1. El hidrógeno tiene un número de oxidación de +1, pero al combinarse con los metales su número de oxidación es -1. Los elementos del grupo I A sólo presentan un número de oxidación +1. Los elementos del grupo II A sólo presentan un número de oxidación +2. Los elementos de transición, presentan números de oxidación variable.

REGLAS GENERALES PARA LA ESCRITURA DE NOMBRES Y FORMULAS En el presente texto se usarán las nomenclaturas tradicional o funcional, la sistemática y el numeral de Stock, por ser las utilizadas actualmente. A continuación, se dan las reglas de nomenclatura, algunas de las cuales son de carácter general aplicables a todos los compuestos. 1. En las fórmulas se escribe primero el elemento positivo y después el o los negativos. 2. Al nombrar los compuestos se menciona primero el elemento o radical negativo y después el elemento positivo. 3. Los elementos se combinan respetando su valencia o número de oxidación. 4. En la nomenclatura tradicional, cuando los elementos metálicos y no metálicos tienen dos valencias, a la menor se le asigna la terminación OSO, y a la mayor, ICO (para las sales las terminaciones serán ITO y ATO). En este apartado, la nomenclatura sistemática utiliza los prefijos: mono, di, tri, tetra, penta, hexa, hepta, octa, nona y deca (1 al 10), para indicar el número de átomos de cada elemento. Cuando se usa el numeral stock, se coloca, enseguida del nombre del elemento, el número de oxidación (expresado en número romano), para indicar con que valencia está trabajando en ese caso el elemento. 5. Los elementos no metálicos tienen varias valencias positivas, por lo que al usar la nomenclatura tradicional, se aplicará la siguiente regla: Valencia 1 y 2

hipo + nombre del no metal + oso (ito para las sales)

3y4

nombre del no metal + oso (ito para las sales)

5y6

nombre del no metal + ico (ato para las sales)

per + nombre del no metal + ico (ato para las sales)

Igual que en el punto 4, en la nomenclatura sistemática se utilizan prefijos, y con el numeral de Stock se escribe la valencia del elemento con número romano.

ANIONES (Iones negativos) más comunes Bromuro…………….. ……

Br -1

Fluoruro …….

F -1

Cloruro ……………………

-1

Hidróxido …..

Hipoclorito ……………….

ClO -1

Nitrito ……….

NO2-1

Clorito ……………………..

ClO2-1

Nitrato ………

NO3-1

Clorato …………………….

ClO3-1

Cianuro ……..

CN-1

Perclorato …………………

ClO4-1

Tiocianato ….

SCN-1

Sulfito ……………………...

SO3

-2

Nitruro ……….

Sulfato ……………………..

SO4-2

Cromato …….

CrO4-2

Oxido ………………………

O-2

Dicromato …..

Cr2O7-2

Tiosulfato ………………….

S2O3

Fosfito ……….

PO3

Peróxido …………………...

-2

Fosfato ………

PO4

Oxalato ……………………..

C2O4-2

Arsenito …….

AsO3-3

Borato ……………………….

BO3

Arseniato …..

AsO4

Acetato ……………………….

CH3-COO-1

Hidruro ……….

H-1

Fosfatomonoácido… ………

HPO4-2

Permanganato

MnO4-1

Fosfatodiácido ………………

H2PO4

Sulfuro ……….

Silicato ………………………..

SiO3

-2

Antimoniato …

SbO4

Sulfato ácido, bisulfato …….

HSO4-1

Carbonato……

CO3-2

Sulfito ácido, bisulfito ………

HSO3-1

Yoduro ………

I-1

Sulfuro ácido, bisulfuro …….

HS-1

Carbonato ácido, Bicarbonato

HCO3-1

-2

-3

-1

-3 -3

-3

-2 -3

Números de oxidación para algunos elementos de transición con número de oxidación variable. Nomenclatura Nombre

No. de oxidación

Tradicional

IUPAC

Fierro ………….

Fe+2

ferroso

Fierro II

Fierro ………….

Fe+3

férrico

Fierro III

Cobalto ……….

Co+2

cobaltoso

Cobalto II

Cobalto ……….

Co+3

cobáltico

Cobalto III

Níquel …………

Ni+2

Niqueloso

Níquel II

Níquel …………

Ni+3

niquélico

Níquel III

Cobre …………

Cu+1

cuproso

Cobre I

Cobre …………

Cu+2

cúprico

Cobre II

Mercurio ………

Hg+1

mercuroso

Mercurio I

Mercurio ………

Hg+2

mercúrico

Mercurio II

Oro …………….

Au+1

auroso

Oro I

Oro …………….

Au+3

aurico

Oro III

Plomo …………

Pb+2

plumboso

Plomo II

Plomo …………

Pb+4

plúmbico

Plomo IV

Estaño ………..

Sn+2

estanoso

Estaño II

Estaño ………..

Sn+4

estánico

Estaño IV

Platino …………

Pt+2

platinoso

Platino II

Platino …………

Pt+4

platínico

Platino IV

COMPLETA LA SIGUIENTE TABLA ESCRIBIENDO LOS NOMBRES DE LOS COMPUESTOS, UTILIZANDO LOS TRES TIPOS DE NOMENCLATURA.

FORMULA

NOMENCLATURA TRADICIONAL O FUNCIONAL

NOMENCLATURA SISTEMATICA

NUMERAL DE STOCK

FeO Fe2O3 Li2O I2O3 Oxido de yodo IV Anhídrido hipocloroso Dióxido de azufre CuH2 H2S HF Monosulfuro de plata Cloruro de estaño IV Yoduro mercúrico H2CrO4 HNO3 Al(OH)3 CaCO3

BIBLIOGRAFÍA QUIMICA I, María de Lourdes García Cejudo, Fondo de Cultura Económica, Colección DGETI, México. 2005. QUIMICA INORGANICA I, Esperanza Cisneros Montes de Oca, Interamericana de Asesoría y Servicios S.A. de C.V., DGETI, México. 1991.

Ed.