Clase Quimica Aplicada

Theodore L. Brown; H. Eugene LeMay, Jr. y Bruce E. Bursten

QUÍMICA LA CIENCIA CENTRAL11a edición

John D. BookstaverSt. Charles Community College, Cottleville, MO

02Átomos, moléculasy iones

© 2009 Prentice-Hall Inc. Todos los derechos reservados.

Átomos,moléculas

y ionesTeoría atómica de la materia

La teoría de que los átomos son los bloques de construcción fundamentales de la materia reapareció a inicios del siglo XIX, defendida por John Dalton.


Átomos,moléculas

y ionesPostulados de Dalton

Cada elemento está compuesto por partículas extremadamente pequeñas llamadas átomos.


Átomos,moléculas

y iones Postulados de Dalton

Todos los átomos de un elemento dado son idénticos entre sí en masa y otras propiedades, pero los átomos de un elemento son distintos de los átomos de todos los demás elementos.


Átomos,moléculas


Los átomos de un elemento no se convierten en átomos de un elemento distinto por reacciones químicas; los átomos no son creados ni destruidos en las reacciones químicas.


Átomos,moléculas


Los compuestos se forman cuando se combinan átomos de más de un elemento; un compuesto dado siempre tiene el mismo número relativo y tipo de átomos.


Ley de la composición constante Joseph Proust (1754-1826)

• También se conoce como la ley de las proporciones definidas.

• Establece que la composición elemental de una sustancia pura nunca varía.

Átomos,moléculas

y iones


Átomos,moléculas

y ionesLey de conservación de la

masa

La masa total de las sustancias presentes al final de un proceso químico es la misma que la masa de las sustancias presentes antes de que se llevara a cabo el proceso.


Átomos,moléculas

y ionesEl electrón

• Se encontró que flujos de partículas cargadas negativamente emanaban de los tubos catódicos.

• J. J. Thompson se acredita su descubrimiento (1897).


Átomos,moléculas

y ionesEl electrón

Thompson midió la relación carga/masa del electrón de 1.76 × 108 coulombs/g.


Átomos,moléculas

y ionesExperimento de la gota de

aceite de Millikan

Una vez que se conoció la relación carga/masa del electrón, la determinación de la carga o de la masa de un electrón daría la otra.


Átomos,moléculas

y ionesExperimento de la gota de

aceite de Millikan

Robert Millikan (University of Chicago)

determinó la carga del electrón en 1909.


Átomos,moléculas

y iones

• La radiactividad es la emisión espontánea de radiación por un átomo.

• Fue observada por primera vez por Henri Becquerel.

• Marie y Pierre Curie también la estudiaron.

Radiactividad


Átomos,moléculas

y ionesRadiactividad

• Ernest Rutherford descubrió tres tipos de radiación:– partículas α– partículas β– rayos γ


Átomos,moléculas

y ionesEl átomo, hacia 1900

• La teoría predominante fue la del modelo “pudín con pasas”, presentada por Thompson.

• Presentaba una esfera de materia positiva con electrones negativos incrustados en ella.


Átomos,moléculas

y ionesDescubrimiento del núcleo

Ernest Rutherford disparó partículas α a una lámina de oro delgada y observó el patrón de dispersión de las partículas.


Átomos,moléculas

y ionesÁtomo nuclear

Dado que algunas partículas fueron desviadas a ángulos mayores, el modelo de Thompson no podía ser correcto.


Átomos,moléculas

y ionesÁtomo nuclear

• Rutherford postuló un núcleo denso y muy pequeño con los electrones alrededor del exterior del átomo.

• La mayor parte del volumen del átomo es espacio vacío.


Átomos,moléculas

y ionesOtras partículas subatómicas

• Los protones fueron descubiertos por Rutherford en 1919.

• Los neutrones fueron descubiertos por James Chadwick en 1932.


Átomos,moléculas

y ionesPartículas subatómicas

• Los protones y los electrones son las únicas partículas que tienen una carga.

• Los protones y los neutrones tienen esencialmente la misma masa.

• La masa de un electrón es tan pequeña que se desprecia.


Átomos,moléculas

y ionesSímbolos de los elementos

Los elementos se simbolizan con una o dos letras.


Átomos,moléculas

y ionesNúmero atómico

Todos los átomos del mismo elemento tienen el mismo número de protones:

Número atómico (Z)


Átomos,moléculas

y ionesMasa atómica

La masa de un átomo en unidades de masa atómica (uma) es el número total de protones y neutrones en el átomo.


Átomos,moléculas

y ionesIsótopos

• Los isótopos son átomos del mismo elemento con masas distintas.

• Los isótopos tienen números de neutrones distintos.

116C

126C

136C

146C


Átomos,moléculas

y ionesMasa atómica

Las masas atómica y molecular pueden medirse con gran exactitud con un espectrómetro de masas.


Átomos,moléculas

y ionesMasa promedio

• Debido a que en el mundo real utilizamos grandes cantidades de átomos y moléculas, empleamos las masas promedio en los cálculos.

• La masa promedio se calcula a partir de los isótopos de un elemento pesado y su abundancia relativa.


Átomos,moléculas

y ionesTabla periódica

• Es un catálogo sistemático de los elementos.

• Los elementos están arreglados en orden del número atómico.


Átomos,moléculas

y ionesPeriodicidad

Cuando observamos las propiedades de los elementos, notamos un patrón repetitivo de las reactividades.


Átomos,moléculas


• La filas en la tabla periódica son los periodos.

• Las columnas sonlos grupos.

• Los elementos en el mismo grupo tienen propiedades químicas similares.


Átomos,moléculas

y ionesGrupos

Estos cinco grupos se conocen por sus nombres.


Átomos,moléculas


Los no metales están en el lado derecho de la tabla periódica(con excepción del H).


Átomos,moléculas


Los metaloides bordean la línea escalonada(con excepción del Al, Po,y At).


Átomos,moléculas


Los metales están en el lado izquierdo de la tabla.


Átomos,moléculas

y ionesFórmulas químicas

El subíndice a la derecha del símbolo de un elemento indica el número de átomos de ese elemento en una molécula del compuesto.


Átomos,moléculas

y ionesFórmulas químicas

Los compuestos moleculares están conformados por moléculas y casi siempre contienen únicamente no metales.


Átomos,moléculas

y ionesMoléculas diatómicas

Estos siete elementos aparecen de forma natural como moléculas que contienen dos átomos.


Átomos,moléculas

y ionesTipos de fórmulas

• Las fórmulas empíricas dan la relación de números enteros más baja de átomos de cada elemento en un compuesto.

• Las fórmulas moleculares dan el número exacto de átomos de cada elemento en un compuesto.


Átomos,moléculas

y ionesTipos de fórmulas

• Las fórmulas estructurales muestran el orden en que los átomos se enlazan.

• Las representaciones en perspectiva también muestran el arreglo tridimensional de los átomos en un compuesto.


Átomos,moléculas

y ionesIones

• Cuando los átomos pierden o ganan electrones, se convierten en iones.– Los cationes son positivos y se forman con elementos

ubicados en el lado izquierdo de la tabla periódica.– Los aniones son negativos y se forman con elementos

ubicados en el lado derecho de la tabla periódica.


Átomos,moléculas

y ionesEnlaces iónicos

Los compuestos iónicos (como el NaCl) se forman por lo general entre metales y no metales.


Átomos,moléculas

y ionesEscritura de fórmulas

• Debido a que los compuestos son eléctricamente neutros, se puede determinar la fórmula de un compuesto de esta forma:– La carga en el catión se vuelve el subíndice del

anión.– La carga en el anión se vuelve el subíndice en el

catión.– Si estos subíndices no son la relación de números

enteros más baja, divídalos entre el factor común más grande.


Átomos,moléculas

y ionesCationes comunes


Átomos,moléculas

y ionesAniones comunes


Átomos,moléculas

y ionesNomenclatura inorgánica

• Escriba el nombre del catión.• Si el anión es un elemento, cambie su

terminación a -uro; si el anión es un ión poliatómico, simplemente escriba el nombre del ión poliatómico.

• Si el catión puede tener más de una carga posible, escriba la carga como un número romano entre paréntesis.


Átomos,moléculas

y ionesNomenclatura de los patrones

en oxianiones

• Cuando se tienen dos oxianiones que involucran el mismo elemento:– El que tiene menos oxígenos termina

en -ito.• NO2

− : nitrito; SO32− : sulfito

– El que tiene más oxígenos terminaen -ato.

• NO3− : nitrato; SO4

2− : sulfato


Átomos,moléculas


en oxianiones

• El que tiene el segundo número menor de oxígenos termina en -ito.

– ClO2− : clorito

• El que tiene el segundo número mayor de oxígenos termina en -ato.

– ClO3− : clorato


Átomos,moléculas


en oxianiones

• El que tiene menos oxígenos tiene el prefijohipo- y termina en -ito.

– ClO− : hipoclorito

• El que tiene más oxígenos tiene el prefijoper- y termina en -ato.

– ClO4− : perclorato


Átomos,moléculas

y ionesNomenclatura de ácidos

• Si el anión en el ácido termina en -uro, cambiará a ácido –ico y el prefijo a hídr- .– HCl: ácido clorhídrico– HBr: ácido

bromhídrico– HI: ácido yodhídrico


Átomos,moléculas


• Si el anión en el ácido termina en -ito, cambiará a ácido -oso.– HClO: ácido

hipocloroso

– HClO2: ácido cloroso


Átomos,moléculas


• Si el anión en el ácido termina en -ato, cambiará a –ácido -ico.– HClO3: ácido clórico

– HClO4: ácido perclórico


Átomos,moléculas

y ionesNomenclatura de compuestos

binarios

• Por lo regular el átomo menos electronegativo se lista primero.

• Se utiliza un prefijo para denotar el número de átomos de cada elemento en el compuesto (sin embargo, no se utiliza mono- en el primer elemento listado).


Átomos,moléculas

y ionesNomenclatura de compuestos

binarios

• La terminación en el elemento más electronegativo se cambia a –uro (y para el oxígeno a -ido).

• CO2: dióxido de carbono CCl4: tetracloruro de carbono


• Si el prefijo termina ena u o y el nombre del elemento comienza con una vocal, con frecuencia se omite una vocal.

N2O5: pentóxido de dinitrógeno

Átomos,moléculas

y iones

Nomenclatura de compuestos binarios


• La química orgánica es el estudio del carbono.

• La química orgánica tiene su propio sistema de nomenclatura.

Átomos,moléculas

y iones

Nomenclatura de compuestos orgánicos


Los hidrocarburos más sencillos (compuestos que únicamente contienen carbono e hidrógeno) son los alcanos.

Átomos,moléculas

y iones



La primera parte de los nombres en la parte superior corresponde al número de carbonos (met- = 1, et- = 2, prop- = 3, etc.).

Átomos,moléculas

y iones



• Cuando se reemplaza un hidrógeno en un alcano con algo más (un grupo funcional, como el -OH en los compuestos en la parte superior), el nombre se deriva del nombre del alcano.

• La terminación denota el tipo de compuesto.– Un alcohol termina en -ol.

Átomos,moléculas

y iones


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