Conceptos FundamentalestomoQumica General y Orgnica

Estructura AtmicaCerca de 100 aos de experimentacin nos han provisto de una enorme cantidad de evidencia indirecta, en el sentido que el tomo tiene una estructura interna. El desarrollar una teora til de la estructura del tomo ha sido uno de los problemas ms importantes y fascinantes de la fsica y la qumica de este siglo. La tarea no est completa y la teora de la estructura atmica est en continuo desarrollo y mejoramiento.

Partculas Fundamentales: Electrones, Protones y NeutronesEl nmero de electrones, protones y neutrones que contenga un tomo determina las propiedades fsicas y qumicas del elemento. Este es un modelo crudo, ya que el ncleo puede contener o formar una cantidad de otras partculas fundamentales, las que no nos preocuparn en este nivel introductorio.

Tamao del tomoEl dimetro de un tomo promedio est entre uno y varios cientos de millonsima de centmetro,esto es, cerca de 0,00000001 (10-8) cm. El dimetro de un ncleo tpico es cerca de 0,0000000000001 (10-13) cm. As, el ncleo es cerca de 100.000 veces ms pequeo que el tomo total. Como la masa del tomo est concentrada en su ncleo, la mayor parte del tomo es espacio vaco.Estos nmeros nos dicen poco acerca de la increble pequeez de los tomos. Si pudiramos inflar un ncleo al porte de una nuez y lo colocramos en el centro del campo del estadio nacional, los electrones apareceran como pequeos mosquitos volando en torno al estadio.

tomo: Carga y MasaCarga Atmica: La carga atmica es neutra, es decir 0. Por lo tanto, el nmero de protones cargados positivamente en el ncleo sea igual al nmero de electrones cargados negativamente fuera del ncleo.Nmero atmico (Z): Indica el nmero de protones presentes en un tomo y se presenta por la letra Z. Como todo tomo elemental es neutro, Z tambin indica el nmero de electrones.Por ejemplo:Z = 17 CloroZ = 11 Sodio

tomo: Carga y MasaIones: Un tomo neutro puede ganar o perder uno oms electrones cargados negativamente, para formar un ion. Si un tomo pierde electrones, la carga neta del ionresultante es positiva (Catin), porque el nmero de protones cargados positivamente en el ncleo es ahora mayor que el nmero de electrones cargados negativamente. Adicionar uno o ms electrones genera un ion cargado negativamente (Anin).Ejemplos:Li+ (Catin Litio)Hg+2 (Catin Mercurio)F- (Anin Fluoruro)S-2 (Anin Sulfuro)

tomo: Carga y MasaNmero de Masa o nmero msico (A): Es una medida de la masa atmica aproximada, en uam, de un tomo y se define como el nmero de protones ms neutrones en el ncleo de un tomo. Como la masa relativa aproximada del protn, neutrn y electrn es 1 uam, 1 uam y 0 uam respectivamente, entonces, el nmero de neutrones ms protones (n + p) da la masa aproximada de un tomo.ZXAN MsicoN AtmicoSmbolo del Elemento8O16Ejemplo:92U235

tomo: IstoposIstopos: La razn por la cual los qumicos usualmente no especifican el nmero atmico es que todos los tomos de un mismo elemento tienen el mismo nmero atmico (nmero de protones). Experimentos han mostrado, sin embargo, que la mayora de los elementos pueden tener ms de un nmero de masa (n + p). Diferentes tomos del mismo elemento pueden tener diferentes nmeros de neutrones en sus ncleos. tomos de un mismo elemento que tienen el mismo nmero atmico (Z) y diferente nmero de masa (A) se conocen como istopos.

tomo: IstoposPor ejemplo, se encuentra que una mezcla natural de tomos de hidrgeno contiene tres diferentes istopos. H-1, H-2 y H-3, cada istopo sucesivo teniendo un neutrn adicional en su ncleo. El Carbono por su parte tambin posee 3 istopos C-12, C-13 y C-14.

tomo: IstoposEl nmero de neutrones en el ncleo de un istopo dado se puede determinar sustrayendo el nmero atmicodel nmero de masa. Por ejemplo, consideremos dos istopos de uranio, U-235 y U-238. El ncleo de un tomo de U-235 contiene 235 - 92 = 143 neutrones. Cuntos neutrones hay en el ncleo de U-238?La mayora de los elementos que se encuentran en la naturaleza tienen dos o ms istopos en relacionesdefinidas. Por ejemplo, el cloro (Cl) natural se encuentra como 75 % de sus tomos con nmero de masa 35 y 25 % con nmero de masa 37. El hecho que un elemento dado se encuentre en la naturaleza como una mezcla de istopos de masa variadas, causa alguna complicacin en la obtencin de su masa promedio.

Peso AtmicoPara efectuar este clculo, debemos introducir el concepto de peso atmico. El peso atmico de un elemento se define como la masa promedio ponderada, en unidades de masa atmica de una mezcla natural de istopos de ese elemento. Para fijar esta escala relativa, la masa del istopo de carbono, C-12 se toma exactamente como 12,0000...uam. Las masas de los istopos de todos los otros elementos son relativas a esta masa standard.

En la actualidadLos qumicos han clasificado tradicionalmente los diversos tomos conocidos en funcin de sus propiedades qumicas conocidas, en lo que se conoce como el Sistema o la Tabla Peridica de los Elementos. En ella, los distintos elementos se ordenan en orden de nmero atmico creciente, en columnas, en funcin de sus propiedades qumicas parecidas, y en filas, en que las propiedades van variando peridicamente. (Tabla Peridica)

Qu es una Reaccin Qumica?Si agregamos vinagre a polvos para hornear, stos burbujean. Al prender el gas, se produce llama y luz. Si mezclamos soluciones de cido sulfrico e hidrxido de sodio (soda custica), en un vaso, se produce tanto calor que no lo podemos tocar. Agreguemos unas gotas de un determinado producto qumico al agua y podremos congelar instantneamente una lata de cerveza debido al brusco descenso de la temperatura.En cada uno de estos casos, la evidencia nos indica que se ha producido un cambio qumico. Se forman burbujas de un gas. Se produce un cambio de color. La solucin se vuelve opaca y precipita un material slido. En fin, un testeo indica un cambio en alguna propiedad.Un cambio qumico o una reaccin qumica, consiste, como lo explica la teora atmica de Dalton, de un reordenamiento de tomos o iones, de modo que se forman otros iones o molculas, las cuales tienen propiedades fsicas y qumicas caractersticas. Si le preguntamos a un qumico qu es lo que l hace, su respuesta ms simple sera que ellos reordenan tomos, iones y molculas, rompiendo enlaces existentes y formando nuevos.

El molEl mol. Cualquier trozo de materia visible al ojo humano contiene una cantidad increblemente grande de tomos o molculas. Para hacer la transicin desde el micro mundo al macro mundo, los qumicos han escogido una cantidad estndar de partculas (tomos, molculas, iones) que pueden usar para fines comparativos. Esta cantidad estndar, se llama un mol, y por definicin, contiene 6,023 por 1023 unidades (602.200.000.000.000.000.000.000). Este inmenso nmero, se llama el nmero de Avogadro y se le da el smbolo N.Usando siempre el mismo nmero de partculas para comparaciones (sean tomos o molculas), preservamos las propiedades relativas del micro mundo en el nivel macro. Por ejemplo, un tomo de oxgeno tiene una masa 16 veces la de un tomo de hidrgeno. Si tomamos 100 tomos de cada elemento y comparamos sus masas, la relacin ser 1600 a 100 o lo que es lo mismo, 16 a 1. Si tomamos 6,023 por 1023 tomos de cada elemento, la relacin de masas ser nuevamente 16 a 1.

Peso AtmicoComo no podemos pesar un tomo o una molcula, podemos comparar sus masas relativas, pesando el mismonmero de molculas o tomos, como un mol. Esta es la base de las escalas de pesos atmicos y moleculares. La escala de pesos atmicos se basa en asignar al istopo de carbono-12 una masa exacta de 12 uma, y en comparar el peso atmico de otros tomos con l. El ideal es poder trabajar con el peso atmico expresado en gramos. Podemos calcular el nmero de tomos que hay en 12,00 g de C (un peso atmico de C-12 expresado en gramos).Los 12,00 g de C van a ser igual a la masa de un tomo de C-12, 12 uma, multiplicado por el nmero de tomos en 12 g.

Peso AtmicoComo una unidad atmica de masa (u.m.a) se ha determinado un peso de 1,66 por 10-24 gramos, el nmero de tomos de C en 12 g de C ser igual a:

N de tomos = 12 g = 6,023 x 1023

12 uma x 1,66x10-24 g/uma

As, en 12 g de C-12 (un peso atmico de C-12 expresado en gramos), hay 6,023 por 1023 tomos, o un mol de tomos de C-12. Como esta es la base para la escala de pesos atmicos, en un mol de cualquier elemento hay 6,023 por 1023 tomos del elemento. Al peso de un mol de tomos de un elemento en gramos se le conoce como el peso atmico gramo del elemento.

Peso MolecularEl peso molecular gramo de una sustancia es el peso en gramos de un mol (o 6,023 por 1023 molculas) de la sustancia. Ntese que un mol de molculas de oxgeno (O2) contiene 6,023 por 1023 molculas de O2 y 2 moles de tomos de oxgeno, ya que cada molcula de oxgeno contiene 2 tomos del elemento. El peso molecular gramo de una sustancia es igual a la suma de los pesos atmicos gramos de todos los tomos que contiene. El mol, entonces, nos permite trasladar las propiedades del micro mundo de los tomos y molculas al nivel del macro mundo. El mol como unidad, se puede comparar con la unidad docena que se utiliza todos los das.