UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL

PERÚ

INGENIERÍAS

QUIMICA I

TEMA: MATERIA Y ESTRUCTURA ATÓMICA

LIC. QUÍMICO

ERIKA CATHERINE SALAS ARIAS1

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CAMBIO FÍSICO Y QUÍMICO

Cambio Físico: es un proceso físico, no hubo reacción química. Ejm: cambio de

estado.

Cambio Químico: ocurre cuando existe una reacción química involucrada. Ejm:

combustión.

EJERCICIOS

1. Fenómeno físico o químico:

El hierro tiende a oxidarse

El agua de lluvia en las Zonas industrializadas suele ser acida

El agua de un vaso que se deja al sol se evapora

EL Azúcar de caña se fermenta para dar alcohol

El azúcar que se disuelve en un vaso de agua

El gas Helio contenido en un globo que se escapa después de unas horas

El jugo de naranja que se reconstituye añadiéndole agua.

EL crecimiento de las plantas en el proceso de fotosíntesis

La combustión del carbón

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Se forman bajo temperaturas y presiones extremadamente altas,

haciendo que los impactos entre los electrones sean muy

violentos, separándose del núcleo y dejando sólo átomos

dispersos.

El plasma, es así, una mezcla de núcleos positivos y electrones

libres, que tiene la capacidad de conducir electricidad.

Ejemplo:

- Sol.

- Los rayos durante una tormenta.

- El fuego.

- El magma.

- La lava.

- La ionosfera.

- La aurora boreal.

- Las estrellas

- Los vientos solares.

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EJERCICIOS

1. Completa las siguientes frases:

El paso de sólido a gas se llama:

El paso de líquido a gas se llama:

El paso de líquido a sólido se llama:

El paso de sólido a líquido se llama:

2. La sublimación es una propiedad que caracteriza a pocas sustancias orgánicas.

¿Cuál de las siguientes sustancias la poseen?

a) Acetona b) Alcohol c) Naftalina d) Kerosene

3. Término con que se conoce el cambio que sufre una sustancia sólida cuando se

aumenta su temperatura.

a) Solidificación b) Fusión c) Sublimación d) Evaporación

CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA.

MATERIA

SUSTANCIAS PURAS MEZCLAS

ELEMENTO

Au, H, Cl ,O

COMPUESTO

H20, NaCl, azúcar

HOMOGÉNEA(Solución)Agua-sal

Aire

HETEROGÉNEAAgua-aceite

Concreto

PROCESO

QUIMICO

PROCESO FISICO

Unión de dos o mas sustancias.

Cantidades variables.

Propiedades idénticas Constituidas por una sola especie química (elemento o compuesto)

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MEZCLA

Asociación de dos o más sustancias distintas. Se

distinguen dos tipos:

Mezcla homogénea o solución: mezcla uniforme, cuando

las partes que la componen no se pueden distinguir a

simple vista.

Lic. Erika Catherine Salas Arias

Lic. Erika Catherine Salas Arias

Mezcla heterogénea: mezcla no uniforme , cuando

las partes que la componen pueden ser distinguidas.

No presentan las mismas características en toda su

extensión.

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EJERCICIOS

1. De las siguientes sustancias señale cuales son sustancias puras ( elemento),

sustancia puras (compuesto), mezcla homogénea o heterogénea.

a) SO2

b) Cl2

c) CH4

d) P4

e) Agua de mar

f) Acero

g) Arena de playa

h) Arroz con leche

i) Magnesio

j) Gasolina

k) Aire

l) Bronce

m) Calcio

n) Óxido de Bario

MÉTODOS DE

SEPARACIÓN DE MEZCLAS

MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE MEZCLAS

Los Métodos de Separación se basan en

diferencias entre las propiedades físicas de los

componentes de una mezcla, tales como: estado

físico, Punto de Ebullición, Densidad, Presión de

Vapor, Punto de Fusión , Solubilidad, etc.

Se clasifican en:

1.Métodos mecánicos

2.Métodos físicos

3.Métodos químicos

MÉTODOS MECANICOS

Estos métodos son aquellos en los cuales la mano del

hombre no interviene para que estos se produzcan.

Sedimentación: si se depositas una piedra o arena en

un liquido el sólido rápidamente se sumergiría por el

efecto de la gravedad.

Decantación. se aplica para

separar una mezcla de

líquidos insolubles o un sólido

insoluble de un liquido, Esta

técnica se basa en la

diferencia de densidades entre

los dos componentes, que

hace que dejándolos en

reposo se separen en fases.

MÉTODOS FÍSICOS

Filtración : es aplicable

para separar un sólido

insoluble de un liquido y se

emplea un filtro, la mezcla

se vierte sobre el filtro

quedando atrapado el

sólido y en el otro recipiente

se depositara el liquido, de

ese modo quedan

separados los dos

componentes.

Destilación: se basa en la diferencia del punto de

ebullición, sirve para separar sólidos de líquidos o

dos líquidos miscibles, consiste en la evaporación y

condensación sucesiva.

Cromatografía: se basan en la separación de los componentes

(soluto) de una mezcla homogénea basada en las interacciones

entre la fase móvil (líquido) y la fase estacionaria (absorbente)

Cristalización : este procedimiento se basa en la

separación de un sólido soluble de la solución que lo

contiene mediante los puntos de solidificación. la

solución se enfría hasta que uno de sus

componentes se solidifique .

MÉTODOS QUIMICOS

• Procesos de separación de compuestos en sus elementos más

sencillos.

• Necesidad de una reacción química previa a la separación.

• Los más importantes son por:

Electrólisis Gravimetría.

Electrólisis: del cloruro de sodio fundido

Cl- 1/2 Cl2 + 1 e-

Na+ + 1 e- Na

ánodo (+) (Oxidacion)

cátodo (-) (Reduccion)

• Transforma la energía eléctrica en

energía química

• Fuente externa

• Reacción redox no espontánea

• Cuba electrolítica

Gravimetría:

• El producto de la reacción es un sólido de composición

química conocida.

• Se usan en los métodos de análisis y en las titulaciones por

precipitación.

Pb (NO3)2 (aq) + 2 KI (aq) 2 KNO3 (aq) + PbI2 (s)

CONCLUSIONES

Existen variados métodos de separación de mezclas,

pero se tiene que tener en cuenta lo siguiente:

• Si la mezcla es homogénea o heterogénea

•Cuales son los componentes y estado en que se

encuentran.

• Las propiedades físicas de los componentes.

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EJERCICIOS

1. Método de separación de mezclas que permite eliminar un sólido finamente

suspendido en un líquido utilizando una membrana porosa.

A) Destilación B) Evaporación C) Filtración D) Decantación

2. Método que se permite separar 2 líquidos no miscibles debido a su diferencia

de densidades.

A) Destilación B) Evaporación C) Filtración D) Decantación

3. Sugiera un método para separar cada una de estas mezclas en sus dos

componentes:

(a)azúcar con arena

(b)hierro con azufre

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EJERCICIOS

1. Indica a qué propiedad de la materia se refieren las siguientes afirmaciones:

El cloro es un gas de color verde:

El vidrio se corta con un diamante:

1 cm3 de etanol cuya masa es 0,798 g:

El alcohol hierve a los 78,4 °C:

2. Diga propiedad extensiva o intensiva:

El agua ebulle por debajo de 100 °C en la cima de una montaña

El plomo es más denso que el aluminio

El gas Helio contenido en un globo

El aceite es más viscoso que el agua

ESTRUCTURA DEL ÁTOMO

ÁTOMO:

Unidad básica de un elemento que puede entrar en combinación química.

Partícula más pequeña e indivisible de la materia.

Investigaciones sobre la Estructura de la materia: Platón y Aristóteles,

Demócrito (470-370AC): Dalton (~ 1800) y sobre la Estructura del átomo

Thomson (1856-1940): electrón (1897) Millikan (1860 – 1953): carga del

electrón , Thomson, Rutherford (1919): protón. Chadwick (1932): neutrón

demostraron que los átomos poseen estructura interna, es decir están

formados por partículas aun mas pequeñas, llamadas partículas

subatómicas:

• Electrones

• Protones

• Neutrones

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SUBATOMIC PARTICLES

Particle Charge Mass (g) Location

Electron

(e-) -1 9.11 x 10-28 Electron

cloud

Proton

(p+) +1 1.67 x 10-24 Nucleus

Neutron

(no) 0 1.67 x 10-24 Nucleus

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RELACIONES DE MASA DE LOS ATOMOS

Las partículas sub atómicas son útiles para entender las propiedades

de los átomos; se pueden identificar por el número de protones y

neutrones que contienen.

REPRESENTACION DE UN ELEMENTO

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NÚMERO ATÓMICO

(Z) = nro. Protones en el núcleo cada átomo

• En un átomo neutro el nro protones = nro electrones

De modo que el nro atómico indica el nro electrones presentes en un átomo.

33

• En una especie con carga + o - , se denominan

especies isoelectrónicas. (presentan carga electrica

positiva o negativa)

Calcular:

34

Element # of protons Atomic # (Z)

Carbon 6 6

Phosphorus 15 15

Gold 79 79

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NÚMERO MASA.

A = nro total protones + neutrones en el núcleo de un átomo ó

A = nro atómico + nro neutrons = Z + n

Número de neutrones en un átomo es:

Nro neutrones= nro masa (A) – nro atómico (Z)

Ejm: número masa del fluor es 19 y número atómico es 9 , entonces el

número de neutrones es 19-9 = 10

Todos deben ser enteros positivos.

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EJERCICIOS

1. Indique el nro de protones, neutrones y electrones de

cada una de las siguientes especies:

a)115B

b) 19980Hg

c) 7031Ga

d)20983Bi

e)8035Br

f)11248Cd

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g) 9642Mo+4

h) 3216S

-4

i) 13355Cs+1

j) 3115P

-3

k) 73Li+1

l) 7934Se-2

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2. Si un elemento tiene un número atómico de 34 y

número de masa de 78, calcular:

a) Número de protones

b) Número de neutrones

c) Número de electrones

d) Complete el símbolo

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ISÓTOPOS

• Atomos pertenecen a un mismo elemento

• Tienen el mismo número atómico (Z) pero diferentes

números de masa (A) (diferente nro neutrones)

Los isótopos se nombran poniendo el número de masa

despues del nombre del elemento. Ejm:

Carbono – 12, Carbono – 14, Uranio - 235 40

ISÓTONOS

• Atomos que tienen el mismo numero de neutrones pero distinto

numero atomico.

ISÓBAROS

• Atomos que tienen el mismo numero de masa pero distinto

numero atomico

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EJERCICIOS

1. Cuál es la diferencia entre los siguientes isótopos?

C-12, C-13 y C-14

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43

2. Si la suma del A de 3 isótopos es 39 y el promedio aritmético de su

número de neutrones es 7. A qué elemento pertenecen los isótopos?

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MASAS ATÓMICAS

•La masa atómica es la suma de la cantidad de protones y neutrones

de un solo átomo cuando no tiene movimiento.

• Por acuerdo internacional el átomo del isótopo de Carbono – 12

sirve como patrón y presenta una masa de 12 unidades de masa

atómica ( uma)

masa de un átomo de carbono 12 = 12 uma

1 uma = (masa de un átomo de carbono 12)/ 12

• Cuando se mide la masa atómica de un elemento se debe

calcular la masa atómica promedio debido a que la mayoria de

los elementos naturales tiene mas de un isótopo.46

Para calcular la masa atómica promedio de un elemento, se debeconocer:

• La masa atómica individual del isótopo y,• El % de abundancia de cada isótopo ( expresada como decimal).

Ejm: la abundancia natural del C-12 y C-13 es 98.89% y 1.11%respectivamente, la masa atómica del C-12 es 12.00000 uma y la masaatómica del C-13 es 13.00335 uma. Calcular la masa atómicapromedio.

Masa atómica C natural= (0.9889)(12.00000uma)+( 0.0111)(13.00335uma)= 12.0 uma

47

Ejercicio:

1. Las masas atómicas de 2 isótopos estables del Cu son :

6329Cu ( 69.09%) =62.93 uma

6529Cu ( 30.91%) =64.9278 uma

Calcular la masa atómica promedio.

48

Ejercicio:

1. Las masas atómicas de 2 isótopos estables del Cl son :

3517Cl ( 75.53%) =34.968 uma

3717Cl ( 24.47%) =36.956 uma

Calcular la masa atómica promedio.

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MECÁNICA CUÁNTICA

Es una teoría que trata de explicar el comportamiento de

las unidades subatómicas en particular la de los

electrones, para ello se emplea los llamados números

cuánticos.

NÚMEROS CUÁNTICOS

El modelo atómico de Bohr introdujo un sólo número

cuántico (n) para describir una órbita. Sin embargo, la

mecánica cuántica, requiere de 4 números cuánticos para

describir la distribución de los e- en el hidrógeno y en otros

átomos.50

Estos derivan de la ecuación de Schrodinger para el

átomo de hidrógeno y son:

Número cuántico principal (n)

Número cuántico de momento angular (l)

Número cuántico magnético (ml)

Número cuántico de spín electrónico (ms)

Se usan para describir orbitales atómicos e identificar los

electrones que se ubican en ellos.51

NÚMERO CUÁNTICO PRINCIPAL (n):

Describe el nivel de energía que ocupa el electrón y para el

orbital define su tamaño o volumen efectivo.

Puede tener cualquier valor entero positivo n = 1,2,3,4 etc.

Ejemplo:

Cuando n = 1, el electrón se encuentra en la órbita 1

Cuando n = 2, el electrón se encuentra en la órbita 2

52

NÚMERO CUÁNTICO DE MOMENTO ANGULAR (SECUNDARIO

O AZIMUTAL) (l)

Identifica al subnivel de energía del electrón y se le asocia a la

forma del orbital. (s, p,d,f)

53

Sus valores dependen del número cuántico principal (n), es decir, sus

valores son todos los enteros entre 0 y (n – 1), incluyendo al 0.

Ejemplo:

Así, para n=1...l =0 ( "s" )

para n=2 .........l = 0, 1 ( "s", "p" )

para n=3 .........l = 0, 1, 2 ( "s", "p", "d" )

para n=4 .........l = 0, 1, 2, 3 ("s", "p", "d", "f" )

54

NÚMERO CUÁNTICO MAGNÉTICO (mL)

Describe las orientaciones espaciales de los orbitales.

Sus valores son todos los enteros entre –l y +l, incluyendo al 0.

Ejemplo: n = 4

l = 0, 1, 2, 3

m = -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3.

55

NÚMERO CUÁNTICO DE SPÍN ELECTRÓNICO (ms)

• Describe el giro del electrón en torno a su propio eje.

• Los valores que puede tomar el número cuántico de spin

son -1/2 y +1/2.

• Indica si el orbital donde ingreso el último electrón está

completo o incompleto.

56

RESUMEN

57

En una configuración electrónica, un electrón puede ser representado

simbólicamente por:

Los números cuánticos para el último electrón en este ejemplo

serían: n = 3, l = 1, m = -1 , s = +1/2

Representar simbólicamente los siguientes números cuánticos.

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EJERCICIOS

1. Calcular los números cuánticos de:

1. 3s2

2. 3s1

3. 3p1

4. 4d9

5. 3p4

6. 4s1

7. 4d5

8. 3p5

9. 4d3

10.6f7

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2. Justifica si es posible o no que existan electrones con los

siguientes números cuánticos, realizar la representación

simbólica de los que existen.

a) (3,-1,1,-1/2)

b) (3,2,0,+1/2)

c) (2,1,2, +1/2)

d) (1,1,0,-1/2)

e) (2,-1,1, +1/2)

f) (3,1,2, +1/2)

g) (2,1,-1, +1/2)

h) (1,1,0,-2)

i) (4,2,0,-1)

j) (3,3,-3, +1/2)

k) (2,0,+1,-1/2)

l) (4,3,0, +1/2)

ll) (1,0,0, +1/2)

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CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA

•Configuración electrónica de un átomo informa como

estan distribuidos los electrones entre los diversos

orbitales atómicos.

•El átomo de hidrógeno es un sistema particularmente

sencillo porque solo tiene un electrón.

• La situación es diferente para átomos polielectrónicos

• Para entender el comportamiento electrónico de

átomos polielectrónicos , se debe conocer primero la

Configuración electrónica.

65

La figura muestra que el electrón en el estado

fundamental del átomo de H debe estar en el orbital 1s,

por lo que su configuración electrónica es 1s1

La configuración electrónica también se puede

representar por un diagrama de orbital que muestra

el spin del electrón.

66

PRINCIPIO DE EXCLUSIÓN DE PAULI

• Dos electrones de un átomo no pueden tener los 4

números cuáticos iguales ( n,l,m,s), es decir, si dos

electrones en un átomo están en el mismo orbital

atómico estos deben tener espines opuestos (ms).

Ejm: el átomo de Helio tiene 2 e- tiene la siguiente

configuración.

He

Primer electrón n= 1 l= 0 m= 0 s= +1/2

Segundo electrón n= 1 l= 0 m= 0 s= -1/2 67

PRINCIPIO DE MÁXIMA MULTIPLICIDAD

REGLA DE HUND

Establece que para orbitales de igual energía ( subniveles), la

distribución más estable de los electrones, es aquella que tenga

electrones desapareados.

Esto significa que los electrones se ubican uno en uno (con el mismo

espin) en cada subnivel y luego se completan con el segundo electrón

con espin opuesto.

Ejm: configuración electrónica del carbono.

68

ESCRIBIR CONFIGURACIONES ELECTRÓNICAS

• Conocer el número de electrones del átomo (Z = p = e-).

• Los electrones ocupan los orbitales de energía

disponibles más bajos.

• Cada orbital puede contener sólo dos electrones, los

cuales deben ser de espín opuesto

•Si dos o más orbitales tienen la misma energía, cada

orbital consigue un electrón antes que cualquier orbital

consiga dos.

69

• Respetar la capacidad máxima de cada subnivel

(orbital s = 2e-, p =6e-, d = 10e- y f = 14e-).

• Verificar que la suma de los superíndices sea igual al

número de electrones del átomo.

• Para los átomos grandes es muy útil usar una forma

abreviada de configuraciones de gas noble..

24 Cr : [Ar]4s1 3d5 70

Realizar el esquema de

llenado de los orbitales

atómicos.

• Seguir la flecha del

esquema comenzando 1S

• Siguiendo la flecha se

completaran los orbitales de

manera correcta

REGLA DEL SERRUCHO

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11

73

ATOMO ANTISERRUCHO: átomos en los que no se cumple la C.E , se les

reconoce porque sus C.E de átomo neutro termina en d4 y d9 , sus verdaderas

configuraciones terminan en d5 y d10 porque el último subnivel S le cede un

e- y es mas estable.

Grupo 6 (Cr, Mo, W, Sg) y 11 ( Cu, Ag, Au, Rg)

24 Cr : [Ar]4s1 3d5

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EJERCICIOS

Realizar las configuraciones electrónicas de:

a) O ( Z=8 )

b) F ( Z=9 )

c) Ne ( Z=10 )

d) Ça ( Z=20 )

e) Ar( Z=18 )

f) Fe ( Z=26 )

g) Cu (Z=29)75

DEFINICIONES BÁSICAS

ATOMO PARAMAGNÉTICO: átomos que son atraídos por campos

magnéticos, en su C.E sus electrones se encuentran desapareados.

ATOMO DIAMAGNÉTICO: átomos que son repelidos por campos

magnéticos, en su C.E sus electrones se encuentran apareados

Ne 1s2 2s2 2p6

ESPECIES ISOELECTRONICAS: son aquellos átomos o iones que poseen

el mismo número de electrones.

CONFIGURACIÓN SIMPLIFICADA: se trata de sustituir una parte del

C.E por el símbolo de un gas noble.

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NÚMERO DE ELECTRONES DE VALENCIA :Son los electrones del ultimo nivel o capa. Ejm: C tiene 4 e- de valencia.

Un símbolo atómico con puntos colocados alrededor de él es para indicar elnúmero de electrones de valencia, es igual al número del grupo al quepertenecen.

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