Qui Mica

rea Industria y Ambiente INSTITUCIN CERVANTES Qumica General y Orgnica

INSTITUCIN CERVANTES 1

Fundamentacin La presente propuesta pretende dar una visin actualizada de la Qumica, que permita

una revisin y profundizacin de los conceptos que el alumno ha adquirido en el nivel medio.

La vinculacin de la qumica con una sociedad que consume tecnologa y ciencia,

ayudar a los alumnos en la toma de decisiones en su vida profesional, Como por ejemplo comprender el comportamiento de los diferentes materiales, y de esa manera buscar soluciones a los problemas que aquejan a la sociedad, tales como contaminacin y proliferacin de enfermedades. Se busca entender la importancia de los fenmenos qumicos, el estudio de la composicin de la materia y las transformaciones que en ella se producen, como as tambin relacionar la qumica a los procesos industriales, cuidado de la salud y proteccin del medio ambiente.

En el ambiente laboral, existen agentes qumicos capaces de modificar las condiciones

del medio ambiente del lugar del trabajo, que por sus propiedades, concentracin, nivel y tiempo de exposicin o accin pueden alterar la salud de los trabajadores o causar daos materiales.

Una sustancia qumica se considera peligrosa cuando al ser manejadas, transportadas,

almacenadas o procesados, presentan la posibilidad de ser: Inflamables Explosivos Txicos Reactivos Radioactivos Corrosivos Accin biolgica perjudicial. En la actualidad se emplean numerosos compuestos, cuyas propiedades han sido

descubiertas recientemente, para la erradicacin de diferentes patologas y la puesta en marcha del funcionamiento de numerosos mtodos de diagnstico.

La presente asignatura pretende ser una herramienta en el anlisis y la reflexin para la

construccin colectiva de una mirada unificadora en los tratamientos interdisciplinares, que conduzcan a una formacin integral de los ciudadanos. La ciencia, acompaada por valores ticos, conduce a la utilizacin de la misma en beneficioso de la sociedad, asumiendo un rol importante en el mejoramiento de las condiciones de vida del hombre.

INSTITUCIN CERVANTES

2 INSTITUCIN CERVANTES

Objetivos Proveer a los estudiantes con las herramientas de lenguaje bsicas de la nomenclatura

y formulismo qumico, tanto para compuestos orgnicos como inorgnicos. Establecer y demostrar los principios qumicos bsicos que subyacen a procesos de

reaccin y combinacin qumica en sistemas homogneos y heterogneos, utilizando para ello, nociones de unin qumica y enlace.

Establecer lazos conceptuales entre los mtodos qumicos estudiados y su significacin fsica y qumica, en relacin a procesos de fabricacin y su control o monitoreo activo por parte del Tcnico, con especial nfasis en sistemas acuosos.

Aprender a realizar, interpretar e integrar clculos aplicados a la formulacin qumica de compuestos, sus propiedades y usos, incluyendo soluciones y anlisis de composiciones bsicas.

Adquirir los rudimentos de la identificacin de grupos funcionales orgnicos y los mtodos que se utilizan para su obtencin a escala industrial.

Generar una conciencia tica en el Tcnico respecto de su responsabilidad en relacin con la higiene y el medio ambiente, tanto en la empresa como en su medio socioeconmico regional, y desde su rol de ciudadano.

Contenidos Unidad I: Los Fundamentos de la Qumica

Unidades de medida. Notacin cientfica. Reglas de asignacin e interconversin de unidades. Usos y aplicaciones en qumica. Clasificacin de la materia. Estados de agregacin de la materia. Propiedades de la materia: intensivas y extensivas; fsicas y qumicas. Densidad. Masa y volumen. Escalas de temperaturas. Cambios fsicos y qumicos. Sistemas materiales: fases, componentes y mezclas. Mtodos de separacin y fraccionamiento

Unidad II: tomos, molculas y frmulas qumicas

Partculas fundamentales. Estructura electrnica de los tomos. Leyes de Dalton. Descripcin del tomo segn la mecnica cuntica: el tomo de Bohr. Modelo atmico actual. La tabla peridica.



Unidad III: Reacciones qumicas, nomenclatura y formulismo

Nmeros de oxidacin. Valencias. Formulismo y nomenclatura inorgnica segn IUPAC. Reacciones con el hidrgeno. Reacciones con el oxgeno. Reacciones con el agua. Formacin de hidrxidos y cidos. Formacin de sales: binarias y ternarias.

Unidad IV: Relaciones de masas en las reacciones qumicas

Frmulas qumicas: emprica y molecular. Pesos atmicos: absoluto, relativo, molecular. El mol y el n de Avogadro. Composicin porcentual y frmulas de compuestos. Estequiometria: Cantidad

de reactivos y productos. Reactivo limitante.

Rendimiento de una reaccin. Unidad V: Uniones qumicas

Definicin de electronegatidad. Esquema de Lewis. Compuestos inicos. Compuestos moleculares. Propiedades. Formulas moleculares y formula emprica.

Unidad VI: El estado gaseoso

Introduccin. Conceptos de volumen, presin y temperatura. Relacin entre presin y volumen. La ley de Boyle. Relacin entre temperatura y volumen. Ley de Charles Gay Lussac. Ecuacin de los gases ideales. Ley de Avogadro.

Unidad VII: Soluciones

Soluto y solvente. Unidades de concentraci6n de las soluciones: molaridad, normalidad y

molalidad. Porcentajes peso en peso, peso en volumen y volumen en volumen. Clculos para la preparacin de soluciones. Dilucin de soluciones. Problemas de aplicacin.



Unidad VIII: Nociones de qumica orgnica

Grupos funcionales: definicin y principales familias. Nomenclatura orgnica: alcanos, alquenos y alquinos. Halogenuros. Alcoholes y teres. Alcxidos. Arenos. Fenoles. Aldehdos y cetonas. cidos carboxlicos y sus derivados. Aminas y amidas. Heterociclos. Caracterizacin de grupos funcionales. Ensayos. Reacciones elementales de los principales grupos funcionales.

Bibliografa Obligatoria para el alumno: Chang, R. - Qumica - Editorial Interamericana - Mxico (1995) Burns, Ralph - Fundamentos de qumica - Editorial Prentice-Hill Degremont - Manual tcnico del agua Editorial Artes Grficas Grijalmo Espafla

(1979) Milone. J.O. - Qumica IV General e Inorgnica - Editorial Estrada (1987) Dal Favaro, M.- Ferr, S.- Moreno, P. Olazar, L. Steinman, M. Qumica

Activa Editorial Puerto de Palos

Complementaria para el alumno: Macy, Rudolph Qumica orgnica simplificada - Editorial Reverte (2005) Mautino, Jos Qumica - Editorial Stella Brown, William H. Introduccin a la Qumica Orgnica - Editorial C.E.C.S.A.

(2002)



Unidad I

Los fundamentos de la qumica

Objetivos Familiarizacin con el lenguaje especfico de la materia. Reconocimiento de las unidades de medida de cada magnitud. Familiarizacin con el manejo de nmeros muy pequeos y muy grandes. Revisar conceptos bsicos sobre materia, sustancia, molcula y tomo. Aplicar la teora cintica molecular a los estados de agregacin de la materia. Identificar y clasificar los sistemas materiales. Reconocer, los elementos qumicos.



Introduccin La qumica es el estudio de la materia y de los cambios que experimenta. Es muy fre-

cuente que a la qumica se le considere la ciencia central, ya que para los estudiantes de biologa, fsica, geologa, ecologa y otras disciplinas, es esencial tener un conocimiento bsico de la qumica. En efecto, la qumica es fundamental para nuestro estilo de vida; sin ella, tendramos una vida ms efmera en el sentido de vivir en condiciones primiti-vas: sin automviles, electricidad, computadoras, discos compactos (CD) y muchos otros satisfactores cotidianos.

Aunque la qumica es una ciencia ancestral, sus fundamentos modernos se instituyeron

en el siglo XIX, cuando los avances tecnolgicos e intelectuales permitieron a los cientficos separar sustancias en componentes aun ms pequeos y, por consiguiente, explicar muchas de sus caractersticas fsicas y qumicas. El rpido desarrollo de una tecnologa cada vez ms sofisticada a lo largo del siglo XX, ha proporcionado incluso ms medios para estudiar cosas que no pueden verse a simple vista. Mediante el uso de computadoras y microscopios electrnico, los qumicos pueden analizar, por ejemplo, la estructura de los tomos y las molculas, unidades fundamentales en las que se basa el estudio de la qumica, as como disear nuevas sustancias con propiedades especficas, como frmacos y productos que hagan ms agradable el ambiente del consumidor

A medida que avanza el siglo XXI, es conveniente preguntarse qu parte de ciencia

fundamental tendr la qumica en este siglo. Es casi seguro que conservar una funcin fundamental en todas las reas de la ciencia y la tecnologa.

Mediciones Las mediciones que hacen los qumicos se utilizan a menudo en clculos para obtener

otras cantidades relacionadas. Exigen diferentes instrumentos que permiten medir las propiedades de una sustancia, con la cinta mtrica se miden longitudes, mientras, que con la bureta, la pipeta, la probeta, el matraz volumtrico se miden volmenes; con la balanza se mide la masa. y con el termmetro la temperatura, Estos instrumentos permiten hacer mediciones de propiedades macroscpicas, es decir. que pueden ser determinadas directamente. Las propiedades microscpicas a escala atmica o molecular se determinan indirectamente.

Una cantidad medida suele escribirse como un nmero con una unidad apropiada. As

decir que la distancia en automvil entre Nueva York y San Francisco por cierta carretera es 5 166 no tiene significado. Se debe especificar que la distancia es de 5 166 kilmetros. Lo mismo es vlido en la qumica; las unidades son indispensables para expresar en forma correcta las mediciones.



Unidades del SI Durante muchos aos los cientficos expresaron las mediciones en unidades mtricas,

relacionadas entre s decimalmente; es decir, en potencias de 10. Sin embargo, en 1960, la Conferencia General de Pesas y Medidas, que es la autoridad internacional del sistema de unidades, propuso un sistema mtrico revisado y actualizado, al que denomin Sistema Internacional de Unidades (abreviado SI, del francs Sysime Iniermnionale d'Unites). En la tabla 1.1 se muestran las siete unidades SI fundamentales; las dems unidades de medicin se pueden derivar de estas unidades. Como las unidades mtricas, las unidades SI cambian en forma decimal por medio de una serie de prefijos, como se muestra en la tabla 1.2. En este texto se utilizarn tanto las unidades mtricas como las unidades SI.

Las mediciones que se utilizan con frecuencia en el estudio de la qumica son tiempo,

masa, volumen, densidad y temperatura.

Masa y peso Los trminos ''masa*' y "peso" a menudo se usan en forma equivalente, sin embargo,

estrictamente hablando, son cantidades distintas. La masa es una medida de la cantidad de materia en un objeto, mientras que el peso, desde el punto de vista tcnico, es la fuerza que ejerce la gravedad sobre el objeto. Una manzana que cae de un rbol es atrada por la gravedad de la Tierra. La masa de la manzana es constante y no depende de su posicin, lo que s sucede con su peso. Por ejemplo, en la superficie- de la luna la manzana pesara slo una sexta parle de lo que pesa en la Tierra; esto se debe a que la gravedad en la Luna es slo un sexta parte de la gravedad de la Tierra. La menor gravedad de la Luna permite que los astronautas salten sin dificultad en su superficie a pesar de su voluminoso traje y equipo. Los qumicos estn interesados principalmente en la masa que puede determinarse con una balanza; extraamente, al proceso de medicin de la masa se le denomina pesada.

La unidad SI fundamental de masa es el kilogramo kg, pero en la qumica, es ms

conveniente usar una unidad ms pequea, el gramo ):

1kg. = I000g

Volumen La unidad SI de longitud es el metro (m) y la unidad de volumen derivada del Si metro

cubico (m3). Sin embargo, es comn que los qumicos trabajen con volmenes mucho menores, como son el centmetro cbico (cm3) y el decmetro cubico (drn3):

1m3 = 1003 cm3 = Otra unidad comn de volumen os el litro (L). Un litro se define como el volumen que

ocupa un decmetro cubico. El volumen de un litro es igual a I 000 mililitros (mL) o 1000 dm3

I L = 1000 mL



y un mililitro es igual a un centmetro cbico:

1mL = 1 cm3

Tabla 1.1: Unidades SI bsicas

Cantidad fundamental Nombre de la unidad Smbolo Longitud metro m Masa kilogramo kg Tiempo segundo s Corriente elctrica ampere A Temperatura kelvin K Cantidad de sustancia mol mol Intensidad candela cd

Tabla 1.2: Prefijos utilizados con unidades SI Prefijo Smbolo Significado Ejemplo

Tera- T 1000000000000, o 1 012 1 termetro (Tm) - 1 x 10" m

Giga- G 1 000 000 000, o 109 1 gigmetro (Gm) * 1 x 109 m

Mega- M 1 000 000, o 10* 1 megmetro (Mm) = 1 x 106 m

Kilo- k 1 000, o 1Q3 1 kilmetro (km) - 1 x 103 m

Deci- d 1/10, o 10-1 1 decmetro (dm) - 0.1 m

Centi- c 1/100, o 10~2 1 centmetro (cm) - 0.01 m

Mili- m 1/1 000, o 10~J 1 milfmetro (mm) = 0.001 m

Micro- (i 1/1000000,010'* 1 micrmetro ^im) - 1 x 10"* m

Nano- n 1/1000000000. o1 0"9 1 nanmetro (nm) 1 x 10~9 m

Pico- P 1/1 000 000 000 000,0 10- 12 1 picmetro (pm) = 1 x 10'12 m

El manejo de los nmeros Una vez que se han estudiado algunas de las unidades utilizadas en qumica, se

analizarn las tcnicas para el manejo de los nmeros asociados con las mediciones: la notacin cientfica y el anlisis de las cifras significativas.

Notacin cientfica Es frecuente que los qumicos trabajen con nmeros que son demasiado grandes o ex-

tremadamente pequeos. Por ejemplo, en 1 g del elemento hidrgeno hay aproximada-mente

602 200 000 000 000 000 000 000



tomos de hidrgeno. Cada tomo de hidrgeno tiene una masa de apenas

0.00000000000000000000000166 g El manejo de estos nmeros es engorroso y es fcil que se cometan errores cuando se

utilizan en los clculos. Considere la siguiente multiplicacin,

0,0000000056 X 0.00000000048 = 0.000000000000000002688 Sera fcil olvidar un cero o agregar uno ms despus de punto decimal. Por esa razn

para manejar cantidades muy grandes o muy pequeas. se utiliza la llamada notacin cientfica. Sin importar su magnitud, todos los nmeros se pueden expresar en la forma

N x 10n

donde N es un nmero entre 1 y 10 y n es el exponente, puedo ser un numero entero positivo o negativo. Se dice que cualquier nmero expresado en esa forma est escrito en notacin cientfica

Suponga que se le pide expresar un determinado nmero en notacin cientfica

bsicamente la tarea es encontrar el valor de n. Se cuenta el nmero de lugares que se debe mover el punto decimal para tener el nmero N (que est entre 1 y 10). Si el punto decimal se mueve hacia la izquierda, entonces n es un entero positivo, si se mueve a la derecha, n es un entero negativo. Los siguientes ejemplos ilustran el empleo de la nota-cin cientfica:

a) Exprese 568.762 en notacin cientfica:

568,762 - 5,68762 X 102 Observe que el punto decimal se ha movido dos lugares hacia la izquierda, por lo que n = 2,

b) Exprese 0.00000772 en notacin cientfica:

0.00000772 = 7.72 X 10 -6 Aqu, el punto decimal se ha movido seis lugares hacia la derecha, entonces

n = -6. Es importante tener en cuenta los siguientes dos hechos. Primero, n = O se utiliza para

los nmeros que no se expresan en notacin cientfica: por ejemplo, 74.6 x 100(n = 0) equivale a 74.6, Segundo, en la prctica se omite el exponente cuando n = 1 Por tanto, la notacin cientfica para 74.6 es 7.46 x 10 y no 7.46 x 101.

Cifras significativas Excepto cuando todos los nmeros de una operacin son enteros por ejemplo el

nmero de estudiantes en una clase es imposible obtener el valor exacto de la cantidad buscada. Por esta razn es importante indicar el margen de error en las mediciones sealando claramente el nmero de cifras significativas, que son los dgitos significativos en una cantidad medida o calculada. Cuando se utilizan cifras significativas se sobreentiende que el ltimo dgito es incierto. Por ejemplo, se mide el volumen de una cantidad determinada de un lquido utilizando una probeta graduada con una escala que



da incertidumbre de 1 mL en la medicin. Si se encuentra que el volumen es de 6 mL, el volumen real estar en un intervalo de 5 a 7 mL. El volumen del lquido se reprsenla como (6 1) mL. En este caso slo hay una cifra significativa (el dgito 6, que tiene una incertidumbre de ms o menos 1 mL). Para medir con mayor exactitud se podra utilizar una probeta con divisiones ms finas, de tal manera que la incertidumbre fuera de slo 0.1 mL. Si se encuentra que el volumen del lquido es de 6.0 mL. la cantidad se puede expresar como (6.0 0.1) mL.y el valor real estar entre 5.9 y 6.1 mL. Es posible mejorar el instrumento para la medicin y obtener ms cifras significativas, pero en todo caso el ltimo dgito siempre es incierto; el valor de esta incertidumbre depender del instrumento utilizado en la medicin,

Hay balanzas que se encuentran en muchos laboratorios de qumica general; con ellas

se mide fcilmente la masa de los objetos hasta con cuatro cifras decimales, esto significa que la masa medida tendr cuatro cifras significativas (por ejemplo, 0.8642 g) o ms (por ejemplo 3.9745 g). Tener presente el nmero de cifras significativas en una medicin como la de masa, asegura que los clculos realizados con los datos reflejarn la precisin de esa medicin.

En el trabajo cientfico siempre debe tenerse cuidado el anotar el nmero adecuado de

cifras significativas. En general, es muy fcil determinar cuntas cifras significativas hay en un nmero si se siguen las siguientes reglas:

Cualquier dgito diferente de cero es significativo. As, 845 cm tiene tres cifras

significativas, 1.234 kg tiene cuatro cifras significativas y as sucesivamente Los ceros ubicados entre dgitos distintos de cero son significativos. As 606 m

contiene tres cifras significativas, 40 501 kg contiene cinco cifras .significativas y as sucesivamente.

Los ceros a la izquierda del primer dgito distinto de cero no son significativos. Estos ceros se utilizan para indicar el lugar del punto decimal. Por ejemplo, 0.08 L contiene una cifra significativa, 0.0000349 g contiene tres cifras significativas, y as sucesivamente.

Si un nmero es mayor que 1, todos los ceros escritos a la derecha del punto decimal cuentan como cifras significativas. Entonces. 2.0 mg tiene dos cifras significativas 40,062 mL tiene cinco cifras significativas y 3.040 dm tiene cuatro cifras significa-tivas. Si un nmero es menor que 1 solamente son significativos los ceros que estn al final del nmero 0 entre dgitos distintos de cero. Esto significa que 0.090 kg tiene dos cifras significativas, 0.3005 L tiene cuatro cifras significativas. 0.00420 min tiene tres cifras significativas, y as sucesivamente.

Para nmeros que no tienen punto decimal, los ceros ubicados despus del ltimo dgito distinto de cero pueden ser o no cifras significativas. As. 400 cm puede tener una cifra significativa (el dgito 4), dos (40) o tres cifras significativas (400). No es posible saber cul es la cantidad correcta si no se tiene ms informacin. Sin embargo, utilizando la notacin cientfica se evita esta ambigedad. En este caso particular, puede expresarse el nmero 400 como 4 X 102 para una cifra significativa, 4.0 x 102 para dos cifras significativas, o 4.00 x 102 para tres cifras significativas.



Clasificacin de la materia Al principio del captulo se defini la qumica como el estudio de la materia y los

cambios que experimenta. La materia es cualquier cosa que ocupa un espacio y que tiene masa. La materia es cualquier cosa que se puede ver y tocar (como agua, tierra y rboles) o no (como el aire). As, cada cosa del universo tiene una relacin "qumica".

Los qumicos distinguen varios subtipos de materia segn su composicin y

propiedades. La clasificacin de la materia comprende las sustancias, las mezclas, los elementos y los compuestos, as como los tomos y las molculas, que se estudiarn en la unidad 2.

Sustancias y mezclas Una sustancia es una forma de materia que tiene una composicin definida (constante)

y propiedades caractersticas. Algunos ejemplos son el agua, ej. Amoniaco, el azcar (sacarosa), el oro y el oxgeno. Las sustancias difieren entre s en su composicin y pueden identificarse por su apariencia, olor, sabor y otras propiedades.

Una mezcla es una combinacin de dos o ms sustancias en la cual las sustancias

conservan sus propiedades caractersticas. Algunos ejemplos familiares son el aire, las bebidas gaseosas, la leche y el cemento. Las mezclas no tienen una composicin constante, por tanto, las muestras de aire recolectadas de varias ciudades probablemente tendrn una composicin distinta debido a sus diferencias en altitud y contaminacin, entre otros factores.

Las mezclas pueden ser homogneas o heterogneas. Cuando una cucharada de

azcar, se disuelve en agua, obtenemos una mezcla homognea es decir, la composicin de la mezcla es la misma en toda la disolucin. Sin embargo, si se juntan arena y virutas de hierro permanecern como tales. Este tipo de mezcla se conoce como mezcla heterognea debido a que su composicin no es uniforme.

Cualquier mezcla, ya sea homognea o heterognea, se puede formar y volver a

separaren sus componentes puros por medios fsicos, sin cambiar la identidad de dichos componentes. As, el azcar se puede separar de la disolucin acuosa al calentar y evaporar la disolucin hasta que se seque. Si se condensa el vapor de agua liberado, es posible obtener el componente agua. Para separar los componentes de la mezcla de hierro y arena, se puede utilizar un imn para recuperar las virutas de hierro, ya que el imn no atrae a la arena, despus de la separacin, no habr ocurrido cambio alguno en las propiedades de los componentes de la mezcla.



Elementos y compuestos Las sustancias pueden ser elementos o compuestos. Un elemento es una sustancia que no

se puede separar en sustancias ms simples por medios qumicos. Hasta la fecha, se han identificado 115 elementos, de los cuales 83 se encuentran en forma natural en la Tierra. Los dems se han obtenido por medios cientficos.

Por conveniencia, los qumicos representan a los elementos mediante smbolos de una

o dos letras. La primera letra siempre es mayscula, pero la siguiente siempre es minscula. Por ejemplo. Co es el smbolo del elemento cobalto, mientras que CO es la frmula de la molcula de monxido de carbono. En la tabla 1.3 se muestran los nombres y smbolos de algunos de los elementos ms comunes Los smbolos de algunos elementos derivan de sus nombres en latn, por ejemplo, Au de aurum (oro). Fe de ferrum (hierro) y Na de natrium (sodio), pero la mayora derivan de su nombres en ingls.

Los tomos de la mayora de los elementos pueden interactuar con otros para formar

compuestos. Por ejemplo, el agua se forma por la combustin del hidrgeno gaseoso en presencia de oxgeno gaseoso. El agua tiene propiedades muy diferentes de aquellas de los elementos que le dieron origen; est formada por dos partes de hidrgeno y una parte de oxgeno. Esta composicin no cambia, sin importar si el agua proviene de un grifo de Estados Unidos de Amrica, de un lago de Mongolia o de las capas de hielo de Marte. En consecuencia, el agua es un compuesto, una sustancia formada por tomos de dos o ms elementos unidos qumicamente en proporciones definidas. A diferencia de las mezclas, los compuestos slo pueden separarse en sus componentes puros por medios qumicos.

Tabla 1.3 Algunos elementos comunes y sus smbolos

Nombre Smbolo Nombre Smbolo Nombre Smbolo

Aluminio AI Cromo Cr Oro Au

Arsnico As Estao Sn Oxigeno O

Azufre S Flor F Plata Ag

Bario Ba Fsforo F Platino Pt

Bismuto Bi Hidrgeno H Plomo Pe

Bromo Br Hierro Fe Potasio K

Calcio Ca Magnesio Mg Silicio Si

Carbono c Manganeso Mn Sodio Na

Cloro Cl Mercurio Hg Tungsteno W

Cobalto Co Nquel Ni Yodo 1

Cobre Cu Nitrgeno N Zinc 2n



Los tres estados de la materia Todas las sustancia pueden existir, al menos en principio, en los tres estados: slido,

lquido y gaseoso Como muestra la figura los gases difieren de los slidos y los lquidos en !a distancia de separacin entre las molculas En un slido, las molculas se mantienen unidas en forma organizada, con poca libertad de movimiento. Las molculas en un lquido estn unidas, pero no en una posicin tan rgida, y se pueden mover libremente entre ellas. En un gas, las molculas estn separadas por distancias que son grandes en comparacin con el tamao de las molculas,

Los tres estados de la materia pueden ser convertibles entre ellos .sin que cambie la

composicin de la sustancia. Un slido (por ejemplo el hielo) se fundir por calentamiento y formar un liquido (agua). la temperatura a la cual sucede esta transicin se produce se la denomina punto de fusin. El calentamiento ulterior convertir el lquido en gas, (esta conversin se lleva a cabo en el punto de ebullicin del lquido.) Por otro lado, el enfriamiento de un gas lo condensar para formar un lquido Cuando el lquido se enfra an ms. se congelar y se formar un slido. La figura muestra los tres estados del agua.



Propiedades fsicas y qumicas de la materia

Las sustancias se caracterizan por sus propiedades y por su composicin. El color, punto de fusin y punto de ebullicin son propiedades fsicas. Una propiedad fsica se puede medir u observar sin que cambie su composicin o identidad de la sustancia. Por ejem-plo, es posible determinar el punto de fusin del hielo calentando un trozo de l y regis-trando la temperatura a la cual se transforma en agua. El agua difiere del hielo slo en apariencia, no en su composicin, por lo que ese cambio es fsico; es posible congelar el agua para recuperar el hielo original, Por tanto, el punto de fusin de una sustancia es una propiedad fsica. De igual maneta. Cuando se dice que el helio gaseoso es ms ligero que el aire, se hace referencia a una propiedad fsica.

Por otro lado, el enunciado "el hidrgeno gaseoso se quema en presencia de oxigeno

gaseoso para formar agua" describe una propiedad qumica del hidrgeno, ya que para observar esta propiedad se debe efectuar un cambio qumico, en este caso la combustin. Despus del cambio, los gases originales, hidrgeno y oxgeno, habrn desaparecido y quedar una sustancia qumica distinta, el agua. No es posible recuperar el hidrgeno del agua por medio de un cambio fsico como la ebullicin o la congelacin.

Cada vez que se prepara un huevo cocido se produce un cambio qumico. Al ser

sometido a una temperatura de aproximadamente 100C, tanto la clara como la yema experimentan cambios que modifican no slo su aspecto fsico, sino tambin su compo-sicin. Al comerse, cambia otra vez, la composicin del huevo por efecto de las sustancias presentes en el organismo, denominadas enzimas. Esta accin digestiva es otro ejemplo de un cambio qumico. Lo que sucede durante la digestin depende de las propiedades qumicas tanto de los alimentos como de las enzimas implicadas.

'Todas las propiedades de la materia que se pueden medir, pertenecen a una de las

categoras: propiedades extensivas y propiedades intensivas. El valor medido de una propiedad extensiva depende de la cantidad de materia considerada, La masa que es la cantidad de materia en una cierta muestra de una sustancia es una propiedad extensiva. Ms materia significa ms masa. Los valores de una misma propiedad extensiva se pueden sumar, Por ejemplo, dos monedas de cobre tendrn la masa resultante de la suma de las masas individuales de cada moneda, as como la longitud de dos canchas de tenis es la suma de la longitud de cada una de ellas (el volumen, definido como longitud elevada al cubo, es una propiedad extensiva. El valor de una cantidad extensiva depende de la cantidad de materia.

El valor medido de una propiedad intensiva no depende de cuanta materia se considere

La densidad, definida como la masa de un objeta dividida entre su volumen es una propiedad intensiva. La temperatura es tambin una propiedad intensiva. Suponga que tienen dos recipientes con agua a la misma temperatura: si se mezclan en un recipiente grande, la temperatura de esa cantidad mayor de agua ser la misma que la de cada uno del recipiente separado A diferencia de la masa. la longitud y el volumen, la temperatura y otras propiedades intensivas no son aditivas.



Densidad La ecuacin para la densidad es:

d = m / v Donde d significa densidad. m masa y v volumen. Como la densidad es una propiedad intensiva y no depende

de la cantidad de masa presente para un material dado, la relacin de masa volumen siempre es la misma; en otras palabras. V aumenta conforme aumenta m..

La unidad derivada del SI para la densidad es kilogramo por

metro cbico (kg/m3). Esta unidad es demasiado grande para la mayora de las aplicaciones en qumica; por lo que la unidad gramos por centmetro cbico (g/cm'3l y su equivalente g/mL), se utilizan ms a menudo para expresar la densidad de slidos y lquidos Como las densidades, de los gases son muy bajas, para ello se emplea la unidad de gramos por litro (g/L)

1 g/cm3 = 1 g/ mL = 1000 kg / m3

1 g/ L = 0.001 g / ml

Los ejemplos 1.1 y 1.2 muestran calculos de densidad.Una observacin importante es

que para la resolucin de problemas, es de utilidad hacerse las siguientes preguntas con respecto a la interpretacin de la respuesta de un problema numerico:

1. Son correctas las unidades? 2. El resultado tiene el nmero de cifras significativas adecuado? 3. Es razonable el resultado? Por lo general se subestima la pregunta 3 , pero es

muy importante. La quimica es una ciencia experimental y las respuestas deben tener sentido en

terminos de especies reales en el mundo real. Si se ha abordado el problema de manera icorrecta, o se tiene un error de calculo con frecuencia resulta obvio cuando se obverva que el resultado es demasiado grande o demasiasdo pequeo para la cantidad que se uso de materia prima.

Ejemplo 1.1 El oro es un metal precioso qumicamente inerte. Se utiliza

principalmente en joyera, para piezas dentales y en apararos electrnicos. Un lingote de oro con una masa de 301 g tiene un volumen de 15.6 cm1. Calcule la densidad del oro.

Resolucin: Se tiene la masa y el volumen y se pide que se clculo la densidad. Por lo

tanto, a partir de la ecuacin

d= m / v se escribe:

d = 301g / 15,6 cm3 = 19, 3 g/ cm3



Ejemplo 1.2 La densidad del etanol, un liquido incoloro conocido comnmente como alcohol de grano, es 0.798 g/ml. Calcule la masa de 17.4 mL del lquido.

Resolucin: en este caso se cuenta con la densidad y el volumen de un liquido y se pide

el calculo de la masa del lquido. Al reorganizar la ecuacin se tiene

m = d x v

= 0.798 g / mL x17,4 mL

m=13.9 g

Escalas de temperatura Actualmente se utilizan tres escalas de temperaturas Sus unidades son F (grados

Fahrenheit). C (grados Celsius) y K (Kelvin) En la escala Fahrenheit que es la mas utilizada en Estados Unidos fuera del laboratorio, se definen los puntos de congelacin y de ebullicin normales del agua en 32 y 212F, respectivamente. La escala Celsius divide en 100 grados el intervalo comprendido entre el punto de congelacin (0C) y el punto de ebullicin del agua (100C). El kelvin es la unidad fundamental SI de la temperatura; es la escala de temperatura absoluta. El trmino temperatura absoluta significa que el cero en la escala Kelvin, denotado por O K, es la temperatura terica ms baja que puede obtenerse. Por otro lado. 0C y 0GF se basan en el comportamiento de una sustancia elegida de manera arbitraria, el agua. En la figura se comparan las tres escalas de temperatura.

El tamao de un grado en la escala Fahrenheit es de slo 100/180, o sea. 5/9 de un

grado en la escala Celsius, Para convertir grados Fahrenheit a grados Celsius, se escribe

TC = (0F - 32F) x 5C/ 9F (1-2) Para convenir grados Celsius a grados Fahrenheit se utiliza la siguiente ecuacin:

T F = 9F / 5C x C + 32 F (1-3) Tanto la escala Celsius como !a Kelvin tienen unidades de igual magnitud; es decir, un

grado Celsius equivale u un grado kelvin. Los datos experimentales han demostrado que el cero absoluto en la escala Kelvin equivale a -273.15C en la escala Celsius. Entonces, para convertir grados Celsius a grados kelvin se utiliza la siguiente ecuacin:

TK*= tC + 273.I5C (1.4)



Ejemplo 1.3 a) La soldadura es una aleacin formada por estao y plomo que se

utiliza en los circuitos electrnicos. Una cierta soldadura tiene un puni de fusin de 224QC Cual es el punto de fusin en grados Fahrenheit? 6} El helio tiene el punto de ebullicin ms bajo de todos los elementos, -452e'F. Convierta esta temperatura a grados Celsus, c) El mercurio es el nico metal que existe en forma lquida a temperatura ambiente y se funde a -33.9'C Convierta este punto de fusin a kelvinn,

Resolucin: Estos tres incisos requieren conversiones de temperatura, por lo que son

necesarias estas ecuaciones (1.2), (1.3) y (1,4), Debe recordarse que la menor temperatura en la escala Kelvin es cero (O K); por tanto, nunca puede ser negativa.

a) Esta conversin se hace de la forma siguiente:

0 F / 5 C x 224 C + 32 = 435 F

b) Para este caso se escribe (-452vF-32sF:)x 5C/9F = -269*C

c) El punto de fusin del mercurio en kelvin est dado por

(-38.9"C + 273 .15eC)x 1K/ 1C = 234.3 K



Unidad II

Estructura atmica

Objetivos Identificar las caractersticas fundamentales de la estructura atmica. Reconocer las diversas partculas subatmicas Describir los principales modelos atmicos Interpretar el modelo atmico actualmente aceptado. Conocer la tabla peridica de los elementos.



Los modelos atmicos Desde hace ms de un siglo los cientficos tratan de explorar en la aparente

impenetrabilidad del tomo. Muchsimas experiencias fueron analizadas en profundidad tratando de descubrir la estructura de la materia. As, se formularon diversas hiptesis y cada una de ellas fue ensayada para su aceptacin o rechazo. Por el sendero del intercambio tolerante de ideas y la visin integral de los problemas y situaciones, se fueron proponiendo diferentes modelos atmicos que pretendan interpretar la constitucin de los tomos.

As, en un largo y complicado proceso se fue descubriendo que la materia es de

naturaleza elctrica, que los tomos son divisibles y que estn formados por partculas ms pequeas: los electrones, los protones y los neutrones. Desde hace muchos aos, ms precisamente desde que Rutherford, en 1911, realiz su famosa experiencia aplicando la radiactividad, se sostiene que los tomos tienen un ncleo central con carga elctrica, a cuyo alrededor giran los electrones. Para poder explicar ciertos aspectos del comportamiento de los tomos, Bohr recurri a la teora cuntica de Planck. Ms adelante, Heisenberg enunci el principio de incertidumbre que llev al concepto de orbital. La resolucin de la ecuacin de onda de Schrodinger introdujo los llamados nmeros cunticos que describen la ubicacin y las propiedades de los electrones. En la actualidad, el modelo mecnico cuntico, complementado con la teora denominada "Modelo estn dar de las partculas e interacciones fundamentales", constituye para los investigadores una explicacin aceptable de la estructura y de la estabilidad de la materia.

El tomo est constituido por partculas materiales

El tomo es divisible En 1808, el investigador ingls John Dalton, en base a hechos experimenta1es, retorn

la idea que varios siglos antes haba propuesto el filsofo griego Demcrito y sostuvo que la materia constituida por tomos y que stos no podan dividirse, crearse o destruirse.

Aunque en la segunda mitad del siglo XIX ya exista una sospecha generalizada de que

los tomos eran divisib1es, este hecho slo pudo ser confirmado por las experiencias efectuadas en 1897 por Joseph Thomson (1856-1940) con tubos de descarga. stos, tambin llamados tubos de Crookes o de rayos catdicos, estn constituidos por cilindro de vidrio, cerrado, en cuyo interior se encuentran dos placas metlicas, llamadas electrodos, ubicadas en los extremos. Esos electrodos se conectan con los polos positivo y negativo de una fuente de alta tensin (el electrodo positivo se llama nodo y el negativo ctodo). El aire del interior del tubo se extrae por medio de una bomba de vaco



Rayos Catdicos: los electrones Si el tubo de descarga est lleno de aire a presin normal (1. 013 hPa) y se aplica a los

electrodos una tensin elevada -hasta de 10.000 V- no se observa ningn cambio. Pero, si se va extrayendo el aire con una bomba de vaco, la electricidad comienza a circular a travs del gas y el escaso e que queda en el tubo se pone luminoso. Cuando la presin interior reduce al orden de 0,01 mm de mercurio, cerca del nodo se observa a luminosidad azul verdosa. Los cientficos creyeron que esa luminosidad era causada por rayos provenientes del ctodo y por eso los llamaron rayos catdicos.

El estudio de estos rayos permiti deducir que son radiaciones que se propagan en

lnea recta, constituidas por partculas materiales dotadas carga elctrica negativa. A esas partculas J. Stoney (1826-1911) les dio el nombre de electrones. Thomson realiz diversas experiencias con los tubos de rayos catdicos y comprob

que cualquiera sea el gas que llene el tubo y el material del que est hecho el ctodo, se emiten partculas idnticas con carga elctrica negativa. Entonces, se dedujo que los electrones son constituyentes de toda clase de materia.

J.J.Thomson (1897) y R.A. Millikan (1909) determinaron la masa y la carga elctrica de

estos corpsculos, estableciendo que:

El electrn tiene una masa igual a 9,1.10-28 gramos (0,00055.u.m.a.) y una carga elctrica de 1,6.10-19 coulomb.

La carga elctrica del electrn es muy pequea, se denomina unidad elemental de carga

elctrica negativa (u.e.c.) y se le asigna el valor de -1. El tubo del televisor tiene su origen en el tubo de rayos catdicos.

Cmo es el modelo atmico de Thomson?

Para explicar la estructura del tomo, los investigadores fueron proponiendo diferentes modelos a medida que se realizaban e interpretaban las diversas experiencias. As, en 1898 Thomson expuso lo que se considera el primer modelo atmico.

El tomo es una esfera slida cargada uniformemente de electricidad positiva, dentro

de la cual estn incrustados los electrones negativos. El nmero de stos es suficiente para neutralizar las cargas positivas de la esfera de modo que el tomo es elctricamente neutro.

Este modelo se ha comparado con un budn de pan, donde las pasas de uva representan

los electrones.



El modelo de Thomson era esttico porque en l no haba ninguna partcula en

movimiento.

El protn tiene una masa de 1,67.10-24 gramos (1,00732 u.m.a.) y una carga elctrica de 1,6.10-19 coulomb).

Para mayor sencillez la carga del protn se expresa como unidad elemental de carga

elctrica positiva (u.e.c.), asignndole un valor de + 1. El hecho de haberse comprobado que en los tomos existen dos clases de

partculas materiales, electrones, con carga elctrica negativa, y protones, con carga positiva, confirm la divisibilidad de los tomos y la naturaleza elctrica de la materia

Notas En Ciencias Naturales, las explicaciones que se proponen de los hechos o fenmenos que no se pueden observar directamente, se denominan modelos. Los experimentos con cargas elctricas en gases a baja presin demostraron que los tomos estn formados por partculas materiales. La masa del protn es 1.840 veces superior a la del electrn.

El tomo tiene un ncleo positivo La experiencia de Rutherford El descubrimiento de la radiactividad permiti seguir avanzando en la interpretacin

de la estructura del tomo. En 1911, el cientfico neozelands Ernest Rutherford (1871-1937) investig la

dispersin que experimentan las partculas alfa al atravesar una lmina muy delgada de oro.

Hizo incidir el haz de partculas alfa (positivas) que emita una sustancia radiactiva,

colocada en un bloque de plomo, sobre una hoja de oro de muy pequeo espesor (10.4 mm). Detrs de la lmina de oro ubic una pantalla recubierta de sulfuro de cinc (fluorescente) que permite detectar el choque de cada partcula en los diferentes puntos de dicha pantalla:



Notas La radiactividad natural es la propiedad que presentan ciertos elementos qumicos de emitir radiaciones en forma espontnea.

Los resultados de esta experiencia y su interpretacin fueron los siguientes:

a) La mayora de las partculas alfa atravesaron la lmina sin sufrir in desviacin alguna. Esto permiti deducir que los tomos tienen grandes espacios vacos, por lo cua11as partculas a1fa no encuentran ningn obstculo en su camino.

b) Algunas partculas alfa (aproximadamente una por cada 10.000) experimentaron pequeas desviaciones, de menos de 90. Estas desviaciones hicieron suponer que en el tomo hay una pequea zona con carga elctrica positiva que repele a las partculas tambin positivas (cargas de igual signo se repelen).

c) Muy escasas partculas a1fa (una por cada 125.000) rebotaron sobre la lmina de oro y retrocedieron en su trayectoria.

Este hecho llev a Rutherford a sugerir que la masa del tomo est concentrada en el

centro del tomo donde rebotan esas partculas. As surgi la idea de que el tomo cuenta con un ncleo central, donde estn agrupadas las cargas positivas y la mayor parte de la masa.

Esta experiencia de Rutherford permiti deducir cmo estn distribuidas las

cargas elctricas y la masa en el tomo, constituyendo un importante avance en el conocimiento de la estructura atmica.



El modelo atmico de Rutherford La interpretacin de los resultados obtenidos en la experiencia antes descripta llev a

Rutherford a proponer el siguiente modelo: El tomo est formado por un ncleo central, con carga elctrica positiva, rodeado

por los electrones negativos. El ncleo es muy pequeo con relacin al dimetro total del tomo, pero contiene la

mayor parte de la masa atmica. Esto indica que el tomo tiene grandes espacios vacos, sin partculas materiales.

Los electrones giran alrededor del ncleo sin chocar con l, a distancias variables pero sin exceder un cierto dimetro.

El nmero de electrones es el suficiente para compensar la carga positiva del ncleo, de manera que el tomo, en conjunto, resulta neutro.

Los electrones tienen una masa despreciable con relacin a la masa total del tomo. Este modelo se suele comparar con el sistema solar, de modo que el ncleo

representa al Sol y los electrones a los planetas. Relacin entre el dimetro del ncleo y el del tomo Rutherford, sobre la base de clculos matemticos, pudo establecer que el ncleo del

tomo tiene un dimetro promedio de 10-13 cm (10-5 ). Esto significa que el dimetro del ncleo es 10.000 veces menor que el dimetro total

del tomo. Para tratar de comprender la pequeez del ncleo con relacin a todo el tomo, puede pensarse que si el ncleo fuese una esfera de 1 cm de dimetro, el tomo sera una esfera con un dimetro igual a 10.000 cm, o sea, 100 metros (aproximadamente la longitud de una cuadra).

Angstrom (): Unidad de longitud equivalente a 10-10m

Si el tomo fuese una esfera cuyo dimetro midiera el largo de una cancha de ftbol, el

ncleo sera una pelotita de 1 cm de dimetro ubicada en el centro.

Cules son los problemas del modelo de Rutherford?

La deduccin de que el tomo posee un ncleo positivo y que a su alrededor estn los electrones, plantea un problema: si los electrones estuvieran en reposo, seran atrados por el ncleo por tener cargas - y caeran en l. Para superar esta dificultad, Rutherford supuso que los electrones giraban alrededor del ncleo para contrarrestar la atraccin nuclear, de modo similar a como la Tierra gira alrededor del sol



Esta suposicin presenta una nueva dificultad: toda carga elctrica en movimiento irradia energa en forma de ondas electromagnticas. Esta prdida de energa producira una reduccin en la velocidad del electrn, le restara capacidad para resistir la atraccin del ncleo. De esta forma el electrn se acercara al ncleo hasta caer en l, al cabo de un cierto tiempo.

La solucin a este problema se encontr al estudiar los espectros pticos que originan

las luces emitidas por las sustancias sometidas a la accin del calor como se ver ms adelante.

Los electrones estn en niveles de energa El modelo atmico de Bohr

Como resultado de sus investigaciones, Niels Bohr estableci una serie postulados en los que se sustenta su modelo atmico:

Los electrones no poseen cualquier cantidad de energa sino valores determinados

(cierto nmero de cuantos). Los electrones slo pueden girar alrededor del ncleo positivo en determinadas

rbitas circulares, denominadas niveles de energa. En esas rbitas, los electrones se mueven sin perder energa.

Cuando el electrn gira en la rbita ms prxima al ncleo se encuentra en su estado ms estable (estado fundamental).

Cuando un electrn salta de un nivel a otro inferior pierde un cuanto de energa, emitiendo una radiacin luminosa caracterstica. En cambio cuando salta a un nivel superior absorbe un cuanto de energa que recibe del exterior (calor, luz, electricidad).

Los niveles de energa se identifican con nmeros naturales, denominados nmeros cunticos principales (n). Al nivel de menor energa (ms prximo al ncleo) se le asigna el nmero 1, continuando con el 2 para el siguiente y as sucesivamente hasta llegar al 7. La expresin niveles de energa es sinnimo de rbita o de capa, que son las denominaciones utilizadas en los primeros modelos atmicos.

Las rbitas o capas tambin se identifican con las letras K, L, M, N, O, P Y Q.

El nmero de electrones para cada nivel energtico no puede ser superior a 2.n2. As, para el primer nivel (n = 1) resulta 2.12 = 2; para el segundo nivel (n = 2), 2.22 = 8; para el tercero (n = 3), 2.32 = 18; etctera.



La diferencia de energa entre los niveles va siendo cada vez menor a medida que se alejan del ncleo. Por lo tanto, los niveles estn ms prximos entre s a medida que aumenta el valor de n.

Cuanto Cantidad elemental de energa que una partcula puede emitir o absorber en forma de radiacin electromagntica.

El descubrimiento del neutrn En 1920, Rutherford supuso que en el ncleo atmico, adems de protones, exista otra

partcula sin carga elctrica que por esta causa era difcil de descubrir. Esto fue confirmado por James Chadwick, en 1932, al comprobar la existencia de una

partcula elctricamente neutra y con una masa aproximadamente igual a la del protn, que fue denominada neutrn.

Experimentalmente se ha establecido que:

El neutrn tiene una masa de 1,6748.10-24 gramos (1,00866 u.ma.) y no manifiesta carga elctrica.

El modelo de Rutherford-Bohr Sobre la base de las investigaciones de Rutherford y Bohr, la estructura del tomo se

puede resumir del siguiente modo: El tomo consta de un ncleo central formado por protones y neutrones. Estas

partculas son las responsables de la masa del tomo. El ncleo tiene carga elctrica positiva porque los protones son positivos y los

neutrones carecen de carga. En la zona extranuclear, tambin llamada corteza, se encuentran los electrones cuya

masa es casi despreciable. Esta zona presenta grandes espacios vacos. Los electrones giran a altas velocidades, describiendo rbitas circulares a diferentes

distancias del ncleo en determinados niveles de energa. Cada uno de estos niveles slo admite un cierto nmero de electrones. (El nmero mximo de electrones de cada nivel se calcula aplicando la frmula 2.n2.)

La cantidad de protones positivos es igual a la cantidad de electrones negativos, de modo que el tomo en su conjunto es elctricamente neutro.



Nmeros importantes La estructura de los tomos se puede reconocer a travs de los nmeros atmico y

msico.

El nmero atmico Todos los tomos de hidrgeno (H) tienen un protn en su ncleo; los de helio (He),

dos; los de litio (Li), tres; los de oxgeno (O), ocho; los de sodio (Na), once; los de cloro (C1), diecisiete; los de hierro (Fe), veintisis; los de plata (Ag), cuarenta y siete; los de oro (Au), setenta y nueve; los de uranio (U), noventa y dos.

Cada elemento qumico (H, He, Li, O, Na, Cl, Fe, Ag, Au, U) tiene un determinado

nmero de protones en el ncleo de sus tomos que le es propio y caracterstico. Ese nmero se denomina nmero atmico y se representa con la letra Z.

En consecuencia:

Nmero atmico (Z) es la cantidad de protones (p) que tiene un tomo en su ncleo.

En el caso del hidrgeno, su Z = 1 porque sus tomos tienen 1 protn en el ncleo; en

el he1io, Z = 2; en el litio, Z = 3; en el oxgeno, Z = 8; etctera. Como los tomos neutros tienen igual nmero de protones que de electrones, el Z

tambin indica el nmero de electrones que los tomos tienen en su corteza. As, los tomos de hidrgeno tienen un electrn; los de helio, dos; los de litio, tres, los de oxgeno, ocho, etctera.

En suma, el nmero atmico indica el nmero de protones del ncleo o de electrones

de la corteza y permite identificar los elementos qumicos.

El nmero de masa La masa de un tomo est concentrada en el ncleo formado por protones y neutrones,

porque la masa de los electrones es tan pequea que no puede tenerse en cuenta. Por esta razn, se ha establecido que la suma de protones y neutrones de un tomo se denomine nmero de masa o nmero msico y se representa con la letra A.

En consecuencia:

Nmero de masa o nmero msico es igual a la suma del nmero de protones y de neutrones que tiene un tomo en su ncleo.



Entonces, conociendo el nmero atmico y el nmero de masa de un tomo, se puede

establecer cuntos protones, electrones y neutrones lo constituyen.

Representacin de los tomos La representacin de la estructura de los tomos de un elemento cualquiera (X), en

forma simplificada, se suele realizar del siguiente modo:

AZX donde: X = Smbolo del elemento qumico. A = Nmero de masa. Z =

nmero atmico As, por ejemplo, 126C indica que el tomo de carbono tiene A = 12 y Z = 6, es decir,

protones = 6, electrones = 6 y neutrones = 12 - 6 = 6.

2311Na significa que un tomo de sodio est constituido por protones = 11, electrones =

11 y neutrones = 23 - 11 = 12.

Semejantes pero no iguales: los istopos

Al estudiar los tomos del hidrgeno (H) se encontraron estas tres clases: Protio Z = 1 A = 1 Deuterio Z = 1 A = 2 Tritio Z = 1 A = 3 Los tres tomos corresponden al elemento hidrgeno (H) porque tienen un solo protn

en su ncleo (Z = 1). Sin embargo, tienen diferente nmero de neutrones por lo cual su nmero msico es distinto (A = 1; A = 2; A = 3). A estos tomos que tienen igual nmero de protones pero diferente nmero de neutrones se los denomina istopos.

En consecuencia:

Istopos son tomos que tienen igual nmero atmico pero distinto nmero de masa.

Estos tomos pertenecen a un mismo elemento qumico pero presentan distinta masa. Todos los elementos qumicos tienen istopos y algunos de ellos son radiactivos. Estos

ltimos son muy importantes por sus aplicaciones en arqueologa, en diagnsticos y tratamientos mdicos, en la agricultura, en la produccin de electricidad, en la esterilizacin de material quirrgico, en la radiopreservacin de alimentos, etctera.



Qu es masa atmica promedio? En la Naturaleza, cada elemento qumico se encuentra como una mezcla de istopos

en diferentes proporciones. As por ejemplo: Elemento Nmero

atmico Nmero msico

Abundancia en la Naturaleza (%)

Hidrgeno 1 1 1

1 2 3

99,20 0,79

0,000000001 Oxgeno 8

8 8

16 17 15

99,76 0,04 0,20

Cloro 17 17

35 37

75,40 24,60

Plomo 82 82 82 82

208 207 206 204

55,00 22,00 24,00 2,00

Entonces, la masa atmica que se le adjudica a cada uno de los elementos (Hidrgeno

= 1,0078; Oxgeno = 15,999; Cloro = 35,453; Plomo = 207,19) resulta ser el promedio de la mezcla de sus istopos.

Por lo tanto, cuando se conoce el nmero msico de los istopos de un elemento y el

porcentaje en que se encuentran cada uno de ellos, es posible calcular la masa atmica promedio. As, en el caso del hidrgeno, se tiene:

11H = 99,20 %;

21H = 0,79 %;

31H = 0,000000001 %.

Nota El istopo carbono 14 es utilizado para calcular la antigedad de los restos fsiles.

Entonces masa atmica promedio A es igual a:

A = 100

3) x 001 000 (0,000 2) x (0,79 x1)(99,2 ++= 1,007800003

En general, la masa atmica de cualquier elemento se calcula aplicando la siguiente

frmula:

A = 100

An) x %(Xn ........ A2) x % (X2 Al) x % (X1 +++

La existencia de los istopos explica por qu los valores de las masas atmicas que se

encuentran en las tablas no son nmeros enteros.



tomos con carga elctrica: los iones Entre los elementos qumicos se encuentran los metales y los no metales. Los tomos de los metales tienen menos de cuatro electrones en su rbita externa y

tienden a perderlos. As, por ejemplo, el tomo de litio (Li), cuyo Z = 3 y su A = 7, presenta la siguiente estructura:

Este tomo trata de perder el electrn de su ltima rbita. Cuando ello sucede queda

con 3 protones y 2 electrones y, por lo tanto, ya no es elctricamente neutro sino que manifiesta una carga positiva:

En general, se puede sealar que:

Los tomos de los metales que tienen en su rbita externa 1, 2 3 electrones tienden a perderlos, transformndose en cationes.

Los tomos de los no metales tienen ms de cuatro y menos de ocho electrones en su

ltima rbita y procuran ganar electrones para tener ocho electrones en dicha rbita. As, por ejemplo, el tomo de flor (F), cuyo Z = 9 y A = 19, presenta la siguiente

estructura:



En consecuencia, se puede establecer que:

Los tomos de los no metales que tienen en su rbita externa 5, 6 7 electrones tratan de ganarlos hasta llegar al nmero de ocho, convirtindose en aniones.

Las molculas de ciertas sustancias, como las sales, los cidos y las bases, cuando se

disuelven en agua, se dividen (se disocian) en cationes y aniones. A pesar de esto, la solucin permanece elctricamente neutra porque a partir de cada molcula se forman igual cantidad de cargas positivas y negativas. As, por ejemplo, el cloruro de sodio (NaCl) genera un catin sodio (Na+) con una carga positiva y un anin cloruro (Cl-) con una carga negativa.

Los iones que se forman en las soluciones son tomos o grupos de tomos con carga

elctrica que transportan la electricidad. Esta es la causa por la cual el agua destilada no conduce la corriente elctrica, pero s lo hace el agua que contiene sales en disolucin.

Las sustancias que se ionizan al disolverse en agua, como los cidos, las bases y las

sales, se denominan electrolitos.

Hacia el modelo mecnico cuntico Los subniveles energticos

Bohr supona que todos los electrones de una misma rbita o nivel tienen igual cantidad de energa. Sin embargo, el estudio de los espectros de diferentes elementos demostr que, a excepcin del primer nivel de energa, los otros estn formados por varios subniveles ntimamente agrupados entre s.

Se ha establecido que el nmero de subniveles de cada nivel energtico es igual al

nmero cuntico principal (n) de ese nivel. As, la rbita K (n = 1) consta de un solo nivel; la rbita L (n = 2) de dos subnive1es; la rbita M (n = 3) de tres subniveles y as sucesivamente.

Entonces, los dos electrones de la rbita K poseen la misma energa, pero en las otras

rbitas o niveles no todos los electrones tienen exactamente la misma cantidad de energa. En la rbita L (n = 2) los ocho electrones que pueden existir se encuentran separados en dos grupos con diferente contenido energtico; en la rbita M (n = 3) hay tres grupos; en la rbita N (n = 4) hay cuatro; etctera.

Los subniveles se designan con las letras s, p, d y f, que corresponden a las iniciales de

las palabras del ingls relacionadas con los espectros atmicos: sharp, permanent, diffuse y fundamental.

El nivel energtico 1 (K) presenta el subnivel s; el nivel 2 (L), los subniveles 2s y 2p; el

nivel 3 (M), los subniveles 3s, 3p y 3d; el nivel 4 (N), los subniveles 4s, 4p, 4d y 4f, etctera.



As como cada nivel admite un mximo de electrones, cada subnivel tiene limitado el

nmero de electrones que puede contener: los subniveles s hasta dos electrones, los subniveles p hasta seis, los subniveles d hasta diez y los f hasta catorce.

Nota Sharp = agudo. Permanent = permanente. Diffuse = difuso. Fundamental = fundamental.

Lo antes expuesto, puede esquematizarse del siguiente modo:

En el anlisis de este diagrama llama la atencin el entrecruzamiento de los subniveles

4s y 3d. Como ya fue expresado, la diferencia de energa entre los niveles es cada vez menor a medida que se alejan del ncleo, es decir, que el nivel 1 est ms separado del 2 que ste del 3 y as sucesivamente.

Entonces, a medida que aumenta el valor de n, los niveles de energa estn ms

prximos entre s. Adems, al aumentar n tambin crece el nmero de subniveles de cada nivel. Esto determina que en los niveles superiores las energas de los subniveles cercanos difieran muy poco entre s, llegando a su entrecruzamiento. ste es an mayor si se consideran los niveles 5, 6 y 7.



Qu es la configuracin electrnica? La distribucin de los electrones de un tomo en sus niveles y subnive1es se puede

representar en forma abreviada del siguiente modo:

Na (Z = 11) ls2 2s2 2p6 3s1 Esto ejemplo muestra que la configuracin electrnica se representa por medio de:

a) Un coeficiente que indica el nmero del nivel de energa (n). b) Una letra que corresponde al subnivel. c) Un suprandice que seala el nmero de electrones que hay en el subnivel.

A medida que se eleva el nmero de los niveles se produce el entrecruzamiento de los

subniveles. A modo de ejemplo: Sc (Z = 21) ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1 En razn del entrecruzamiento de subniveles, el orden en que se van completando los

subniveles por energa creciente es el siguiente: 1 s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p. Entonces, se puede establecer que la configuracin electrnica es un modo para

representar en forma abreviada la distribucin de los electrones en niveles y subniveles energticos.

Regla de las diagonales que permite realizar la configuracin electrnica.



El modelo mecnico-cuntico

Orbital atmico

Esta esfera es de contornos difusos porque existe alguna probabilidad, aunque muy

pequea, de que el electrn est fuera de la zona de mayor densidad. En consecuencia, se puede imaginar al ncleo positivo del tomo rodeado por una

nube de carga elctrica negativa, producida por el electrn en movimiento. Dicha nube es ms densa en la regin en que existe mayor probabilidad de encontrar al electrn.

Es conveniente aclarar que en la actualidad se habla del electrn no tanto como una

partcula sino como una onda o nube de carga negativa que ocupa un espacio alrededor del ncleo.

A partir de esta interpretacin se estableci el concepto de orbital atmico, que puede

expresarse as:

Orbital atmico es la zona alrededor del ncleo donde existe la mayor probabilidad de encontrar al electrn.

La nocin de orbital difiere sustancia1mente de la idea de rbitas definidas que los

electrones describen en su movimiento giratorio alrededor del ncleo, segn sostena Bohr.

Cul es la forma y el nmero de orbitales de cada nivel?

El concepto de orbital es abstracto, es una funcin de ondas de la cual deriva una ecuacin de probabilidades. Sin embargo, es til lograr una representacin fsica que sea lo ms fiel posible al modelo matemtico.

La forma de los orbitales depende del subnivel que ocupa el electrn.



Los orbitales de los subniveles s tienen forma esfrica. Esto implica que la probabilidad de encontrar al electrn es igual en todas las direcciones a partir del ncleo y slo depende de la distancia al mismo.

Los orbitales de los subniveles p no presentan simetra esfrica. La probabilidad de

encontrar al electrn no slo depende de la distancia al ncleo, sino tambin de la direccin que se sigue. De acuerdo con el clculo de probabilidades, se considera que un orbital p est formado por dos esferas difusas a ambos lados del ncleo. En cada subnivel p hay tres orbitales p que suelen llamarse px, py y pz, los cuales son perpendiculares entre s y se hallan orientados hacia los tres ejes x, y, z de un sistema cuyo origen est en el ncleo.

Los subniveles d constan de cinco orbitales y los subniveles f de siete. Sus formas aumentan en complejidad.

Qu es el spin del electrn? Los electrones, adems del movimiento de traslacin alrededor del ncleo, presentan la

facultad de girar sobre s mismos (algo similar a lo que sucede con la Tierra que gira simultneamente alrededor del Sol y sobre su propio eje).

Ese movimiento de rotacin del electrn en torno a su eje se realiza en una misma

direccin pero en dos sentidos posibles, ya que pueden girar en el sentido de las agujas del reloj o en sentido contrario.

Entonces se puede establecer que: Spin es la facultad que tiene el electrn de girar sobre s mismo en una misma

direccin y dos sentidos posibles. El electrn, al ser una carga negativa giratoria, como sucede con cualquier carga en

estas condiciones, crea un campo magntico. Por lo tanto, el electrn se comporta como un pequeo imn.

Los dos sentidos posibles del spin corresponden a dos imanes de signo contrario (norte

y sur), lo cual determina que dos electrones de spin opuesto se atraigan de modo semejante a como lo hacen los imanes. Sin embargo, no pueden unirse porque entre ellos se manifiesta la repulsin elctrica debida a sus cargas negativas.

Cuando hay varios electrones en un mismo subnivel, cada uno de ellos es atrado por

otro de spin opuesto. Esto determina que en un orbital slo pueden coexistir dos electrones.



A modo de resumen:

Nivel Subnivel Nmero de electrones Nmero de orbitales 1 s 2 1 2 s

p 2 6

1 3

3 s p d

2 6 10

1 3 5

4 s p d f

2 6 10 14

1 3 5 7

La representacin de los electrones en orbitales Para visua1izar los electrones en orbitales, se puede representar cada orbital por un

pequeo cuadrado, dividido por una diagonal Y cada electrn mediante una flecha: Entonces el orbital puede estar:

En el caso del orbital completo las flechas tienen sentido contrario para indicar que los

electrones presentan spin contrario. E1 llenado de los orbitales por los electrones se realiza a partir de los niveles y

subnive1es en orden creciente de energa. Cada nuevo electrn se incorpora a un orbital vaco.

De ese modo los elementos quedan representados as:

Regla de Hund En el caso de los subniveles p, d, y f, que tienen varios orbitales, su llenado sigue la

Regla de Hund que expresa: No se completa un orbital hasta que haya un electrn en todos los orbitales de su

subnivel.



La Tabla Peridica Grupos en la tabla peridica Todos los elementos de un mismo grupo presentan igual configuracin electrnica

externa. As, los elementos del Grupo 1 tienen su electrn externo en el subnivel s (s1); los del Grupo 2 tambin en el s (s2); etctera.

Los elementos ubicados en un mismo grupo tienen propiedades qumicas similares y sus propiedades fsicas estn relacionadas.

Los elementos del Grupo 1 tambin son denominados metales alcalinos, con excepcin del hidrgeno que es no metal.

A los elementos del Grupo 2 se los suele denominar metales alcalino-trreos. Los elementos del Grupo 17, menos el astato, reciben la denominacin de

halgenos. (Del griego: Ralos = sal; Gennan = engendrar.) En el Grupo 18 se encuentran los gases inertes (He, Ne, Ar, Kr, Xe y Rn), tambin

conocidos como gases raros o nobles, que se caracterizan por su inactividad qumica. Observaciones generales Al hidrgeno no se le ha encontrado una ubicacin satisfactoria, porque por su

estructura electrnica le corresponde el Grupo 1, pero por sus propiedades se asemeja ms al Grupo 17. Por eso se lo suele representar en el Grupo 1, pero un poco separado de los dems para indicar las diferencias sealadas.

Todos los perodos comienzan con un metal (excepto el nmero 1) y terminan con un gas inerte (salvo el nmero 7).

Los metales se encuentran a la izquierda de la tabla. El carcter metlico disminuye a medida que se avanza horizontalmente hacia la derecha, mientras empiezan a manifestarse las propiedades de los no metales. Los elementos del grupo 17 son francamente no metales.

Una lnea quebrada que pasa entre el boro y el aluminio, y sigue descendiendo hasta el polonia y el astato marca la separacin entre metales y no metales. Esta separacin no debe interpretarse como un lmite absoluto entre metales y no metales.

Los catorce elementos denominados lantnidos se disponen en el grupo 3 y perodo 6. Al ser imposible representarlos en un solo casillero, se los coloca fuera de la tabla, ms abajo. Lo mismo acontece con los actnidos que ocupan el grupo 3 y perodo 7.

Los elementos situados despus del uranio, reciben el nombre de transurnidos. Estos elementos no existen en la Naturaleza y han sido obtenidos artificialmente por reacciones nucleares.

A partir de su ubicacin en la Tabla Peridica se puede deducir la estructura atmica de un elemento.



La capa de valencia Los gases inertes se caracterizan por su casi total inactividad qumica, es decir, por no

combinarse con otros elementos para formar sustancias, compuestas. Esta estabilidad se atribuye a que tienen su ltima rbita electrnica completa con ocho electrones, a excepcin del helio que tiene dos. En cambio, los otros elementos, cuya ltima rbita est incompleta, reaccionan entre s para formar compuestos. En consecuencia, los qumicos han encontrado una relacin entre la estructura electrnica y las posibilidades de reaccionar qumicamente.

Asimismo, se ha visto que los tomos que poseen 1, 2 3 electrones en su rbita externa

tienen tendencia a perderlos; en este caso, los tomos se transforman en iones positivos (cationes). Esta propiedad es caracterstica de los elementos denominados metales, tales como el sodio (Na), potasio (K), calcio (Ca), magnesio (Mg), cinc (Zn), cobre (Cu), plata (Ag), oro (Au), hierro (Fe), etctera.

Por otra parte, los tomos que presentan 5, 6 7 electrones en su ltima orbita tienen

tendencia a recibir otros electrones para completar dicha orbita. En ese caso se convierten en iones negativos (aniones) con tantas cargas negativas como electrones ganan. Esta caracterstica se observa en los no metales, como hidrgeno, oxgeno, nitrgeno, flor, cloro, etc.

En suma, se puede afirmar que:

Los electrones de la rbita externa son los principales responsables de las caractersticas qumicas de los tomos

Por este motivo, a la rbita externa de cualquier tomo se la denomina capa de valencia

y a los electrones que se encuentra en ella, electrones de valencia. As, por ejemplo, el sodio tiene un electrn de valencia, mientras que el cloro presenta siete.

Clasificacin de los elementos segn su configuracin electrnica

Sobre la base de su configuracin electrnica, los elementos qumicos se pueden clasificar en cuatro grupos:

a) Gases inertes: presentan su rbita electrnica externa completa con ocho

electrones, con excepcin del He que tiene dos. En ellos, la estructura electrnica externa es s2 p6, salvo en el He que es s2 por tener un solo nivel de energa. Ocupan el Grupo 18 de la Tabla Peridica.

b) Elementos representativos: son aquellos que tienen su rbita externa incompleta. El electrn diferencial se encuentra en los silbniveles s o p. Comprende a los elementos que ocupan los Grupos 1,2,13,14, 15. 16 Y 17 de la Tabla Peridica.



Elementos de transicin: se caracterizan por presentar sus dos ultimas rbitas incompletas. El electrn diferencial se encuentra en los subniveles d. Esto significa que el electrn que se agrega lo hace en su anteltima rbita. Corresponden a esta clase los elementos de los Grupos 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10,11 y 12 de la Tabla.

c) Elementos de transicin interna: son los que presentan sus tres ltimas rbitas incompletas. El electrn diferencial se halla en el subnivel f, es decir, que se incorpora a la antepenltima rbita. Constituyen las denominadas tierras raras (lantnidos y actnidos) ubicadas generalmente al pie de la Tabla.

En base a esta clasificacin, en la Tabla Peridica encontramos cuatro bloques

fundamentales: s, p, d y f:

La electronegatividad La electronegatividad es una propiedad peridica que mide la tendencia que tiene un

tomo, dentro de una molcula, para atraer a los electrones. Los elementos ms electronegativos de la Tabla Peridica son los halgenos, siendo el

flor (F) el que presenta el valor ms elevado.



Unidad III

Frmulas qumicas

Objetivos Clasificar los compuestos qumicos inorgnicos. Reconocer la estructura de los compuestos binarios y ternarios Saber nombrar a los compuestos qumicos inorgnicos.



Nomenclatura qumica Los qumicos denominaban a los compuestos qumicos con nombres arbitrarios o

triviales, tales como: amonaco, cal viva, cido muritico, cido actico, soda custica, potasa custica, leche de magnesia, etctera. Sin embargo, la enorme cantidad de compuestos qumicos existentes haca muy difcil recordar tantos nombres y lograr que se utilizaran los mismos en todas partes, por lo que fue necesaria la adopcin de un conjunto de reglas que permitan designar a un mismo compuesto de igual manera en todo el mundo cientfico.

Esas reglas constituyen lo que se denomina nomenclatura qumica y son determinadas

por una organizacin internacional denominada IUPAC (abreviatura del ingls que significa Unin Internacional de Qumica Pura y Aplicada).

La tendencia actual es la de adoptar un sistema de nombres que permita reconocer la

funcin qumica (xido, hidruro, hidrxido, cido, sal) a la cual pertenece cada sustancia y de ese modo poder caracterizar sus propiedades.

Para dar el nombre de los compuestos qumicos, actualmente, se emplean tres sistemas

de nomenclatura: la tradicional, por atomicidad y por numerales de Stock. La IUPAC recomienda utilizar una de las dos formas siguientes:

a) Atomicidad: tiene en cuenta el nmero de tomos de cada elemento que forman la molcula. As, por ejemplo, el compuesto cuya frmula molecular es N2O3, se denomina trixido de dinitrgeno porque est formado por tres tomos de oxgeno y dos de nitrgeno.

b) Numerales de Stock (denominacin dada en homenaje al qumico alemn Alfred E. Stock): consiste en el nombre genrico de la funcin a la que pertenece (xido, hidruro, hidrxido, etctera), seguido del nombre del elemento y un nmero romano entre parntesis que indica el nmero de oxidacin. Entonces, el caso anterior (N2O3) se denomina xido de nitrgeno (III).

Conviene aclarar que los nombres tradicionales (en el ejemplo anterior: anhdrido

nitroso) siguen siendo aceptados por la IUPAC como necesarios en el proceso de adaptacin a los nuevos sistemas de nomenclatura.



Los compuestos inorgnicos Los compuestos inorgnicos son todos aquellos que no contienen al elemento carbono,

con excepcin de los xidos del carbono y los carbonatos. Estos compuestos pueden ser binarios, ternarios, cuaternarios, etctera, segn el

nmero de elementos qumicos que los componen.

Cules son los compuestos binarios?

Los compuestos binarios son aquellos que estn formados por dos elementos qumicos. Entre ellos se encuentran: a) xidos. b) Hidruros. c) Sales de hidrcidos.

Los xidos Los xidos son compuestos binarios formados por oxgeno y otro elemento qumico. Si

este elemento es un no metal resulta ser un xido cido; por el contrario, si es un metal constituye un xido bsico.

Como el oxgeno es un elemento muy abundante y reactivo, en la Naturaleza existe un

elevado nmero de xidos. Algunos son muy comunes, tales como el dixido de carbono (CO2), el xido de hierro (II) (FeO), el dixido de silicio (SiO2), el xido de calcio (CaO), etctera.

La valencia que se le asigna al oxgeno en los xidos es 2. En condiciones especiales se forman los perxidos, como el perxido de hidrgeno

(H2O2), conocido con el nombre de agua oxigenada, en los cuales el oxgeno presenta la valencia 1.

Los xidos cidos Son compuestos binarios que resultan de la combinacin del oxgeno con un no metal. Entre estos compuestos se encuentra el gas dixido de carbono, muy conocido por

liberarse durante la respiracin de los seres vivos y por ser uno de los productos que se desprende en la mayora de las combustiones. Otro xido cido es el dixido de azufre que se forma durante la combustin del azufre. Es un gas blanquecino, de olor sofocante y desagradable.

El dixido de silicio es uno de los xidos cidos ms comunes, siendo el principal

componente de la arena. Puro, constituye el mineral cuarzo. Los xidos del nitrgeno, que se eliminan durante la marcha de los automotores,

provocan smog y causan afecciones respiratorias, tambin son xidos cidos.



Para formar estos xidos se cruzan las valencias del oxgeno y del no metal. Para comprender la estructura molecular de estos compuestos, analizaremos los siguientes casos:

CO2 frmula molecular. Para formarlo la valencia del carbono (4) y la del

oxgeno (2) se intercambiaron y posteriormente se simplificaron. Esto significa que para formar este compuesto se deben unir dos tomos de oxgeno con uno de carbono.

N2O3 frmula molecular. Para formarlo la valencia del nitrgeno (3) y la del oxgeno (2) se intercambiaron. Esto significa que para formar este compuesto se deben unir tres tomos de oxgeno con dos de carbono.

N2O5 frmula molecular. Para formarlo la valencia del nitrgeno (5) y la del oxgeno (2) se intercambiaron. Esto significa que para formar este compuesto se deben unir cinco tomos de oxgeno con dos de carbono. Ecuacin de formacin:

C + O2 CO2

2N2 + 3O2 2N2O3

Nomenclatura de los xidos cidos:

Antiguamente los xidos cidos se denominaban anhdridos y para designar a cada uno de ellos se empleaba la palabra anhdrido seguida por el nombre del no metal terminado en oso o ico, segn correspondiera a la menor o mayor valencia. As, los xidos del nitrgeno que vimos anteriormente se llamaban anhdrido nitroso y ntrico, respectivamente.

Actualmente, uno de los sistemas de nomenclatura ms utilizado es el que se basa en el

nmero de tomos de los elementos que forman la molcula, es decir, por atomicidad. Dicho nmero de tomos se expresa por medio de los prefijos griegos mono, di, tri, tetra, penta, hexa, hepta, etctera, que corresponden a uno, dos, tres, cuatro, cinco, seis, siete, etctera. As, el xido cido cuya frmula es CO2 se denomina dixido de carbono porque la molcula est formada por dos tomos de oxgeno y uno de carbono; el compuesto N2O5 se llama pentxido de dinitrgeno por estar constituido por cinco tomos de oxgeno y dos de nitrgeno.

Los xidos bsicos Son compuestos binarios que resultan de la combinacin del oxgeno con un metal. Estos compuestos se encuentran en abundancia. As, el producto comercial

denominado cal viva, utilizado como material de construccin, es un xido bsico: el xido de calcio. La herrumbre que se forma en el hierro y que es causa de grandes perjuicios econmicos, tambin es un xido bsico: el xido de hierro (III) hidratado. El principal ingrediente de las pinturas anticorrosivas, usadas para evitar la corrosin del hierro, es un xido de plomo, conocido con el nombre de minio.



El pigmento blanco utilizado para fabricar pinturas y goma blanca es el xido de cinc. El xido de cobre, llamado cuprita, es uno de los minerales empleados para obtener cobre. El xido de aluminio, con impurezas que le comunican colores caractersticos, constituye las piedras preciosas llamadas rub, zafiro, esmeralda cristal y turquesa.

Para comprender cmo estn constituidos los xidos bsicos, analizaremos los

siguientes ejemplos: CaO frmula molecular. Para formarlo la valencia del calcio (2) y la del oxgeno

(2) se intercambiaron y posteriormente se simplificaron. Esto significa que para formar este compuesto se deben unir un tomo de oxgeno con uno de calcio.

FeO frmula molecular. Para formarlo la valencia del hierro (2) y la del oxgeno (2) se intercambiaron y posteriormente se simplificaron. Esto significa que para formar este compuesto se deben unir un tomo de oxgeno con uno de hierro.

Fe2O3 frmula molecular. Para formarlo la valencia del hierro (3) y la del oxgeno (2) se intercambiaron. Esto significa que para formar este compuesto se deben unir tres tomos de oxgeno con dos de hierro.

Ecuacin de formacin: 2Ca + O2 2 CaO 4Fe + 3O2 2 Fe2O3

Nomenclatura de los xidos bsicos

La IUPAC recomienda para los xidos bsicos la nomenclatura por numerales de Stock. Consiste en denominar al xido con el nombre del metal correspondiente, seguido por la valencia entre parntesis y en nmeros romanos. As, al CaO se lo llama xido de calcio (II), porque en este compuesto el calcio tiene valencia 2. De un modo similar, teniendo en cuenta los nmeros de oxidacin, al FeO se le da el nombre de xido de hierro (II) y al Fe2O3, xido de hierro (III).

A pesar de esta recomendacin an se usa la nomenclatura antigua que estableca:

a) Si el metal que constituye al xido tiene un solo nmero de oxidacin, se antepone al nombre del metal la palabra xido. Por ejemplo: xido de sodio, xido de potasio, xido de calcio, etctera.

b) Cuando el metal que forma al xido tiene nmeros de oxidacin diferentes, se aade al nombre del metal el sufijo oso para el nmero menor e ico para el mayor. As, el FeO se llama xido ferroso y el Fe2O3 xido frrico.



Los hidruros Son compuestos binarios que resultan de la combinacin del hidrgeno con otro

elemento qumico. El hidrgeno es el elemento qumico que presenta los tomos ms livianos y que se

combina con casi todos los elementos de la Tabla Peridica.

Los hidruros no metlicos Son compuestos formados por hidrgeno y un no metal. Generalmente se encuentran en estado gaseoso a la temperatura ambiente. Algunos

manifiestan propiedades cidas, tales como los hidruros de flor, cloro, bromo, yodo y azufre. Otros no son cidos, como el agua, amonaco, metano, silanos, etctera.

A modo de ejemplo:

a) Fluoruro de hidrgeno: HF b) Yoduro de hidrgeno: HI c) Cloruro de hidrgeno: HCl d) Sulfuro de hidrgeno: H2S

El no metal siempre acta con su valencia ms bajo, por lo cual cada uno de ellos

forma un solo hidruro no metlico.

Nomenclatura de los hidruros no metlicos

Para designar los hidruros no metlicos se agrega el sufijo uro a la raz del nombre del no metal (fluoruro, cloruro, etctera) y se aade de hidrgeno (fluoruro de hidrgeno, cloruro de hidrgeno, etctera). Algunos tienen nombres especiales como agua (H2O), amonaco (H3N), metano (CH4), etctera.

Los hidruros metlicos Son compuestos binarios constituidos por hidrgeno y un metal. As, podemos

mencionar:

a) Hidruro de sodio: NaH b) Hidruro de calcio: CaH2

En los hidruros metlicos, el metal acta con la valencia menor y, por lo tanto, cada

metal forma un solo hidruro. En estos compuestos, la valencia del hidrgeno adquiere el valor 1.



Nomenclatura de los hidruros metlicos

Estos hidruros se denominan hidruro de y se agrega el nombre del metal correspondiente (hidruro de sodio, hidruro de potasio, hidruro de platino, etctera.

Las sales de hidrcidos Son compuestos binarios formados por un metal y un no metal (menos oxgeno e

hidrgeno). Estas sales son muy comunes y abundantes en la Naturaleza, como ser el cloruro de

sodio (sal de mesa), el fluoruro de calcio (espato flor), los bromuros de sodio, de potasio y de amonio que se emplean como sedantes en medicina, el yoduro de plata usado en fotografa, el sulfuro de hierro (pirita) empleado para la obtencin del hierro, el cloruro frrico utilizado como mordiente en tintorera, etctera.

A modo de ejemplo:

a) Cloruro de sodio: Cl Na b) Cloruro de aluminio: AlCl3

Nomenclatura de las sales de hidrcidos

Es similar a la de los hidruros no metlicos. Tambin se agrega el sufijo uro al nombre del no metal y luego se aade el nombre del metal (cloruro de sodio, bromuro de potasio, etctera).

Cuando el metal presenta ms de una valencia se utilizan los numerales de Stock

(sulfuro de hierro (II), cloruro de hierro (III), etctera). (Este tema se ampliar cuando se estudien las sales.)



Los compuestos ternarios Los compuestos ternarios son aquellos que estn constituidos por tres elementos

qumicos diferentes. Entre ellos se destacan:

a) Hidrxidos b) Oxocidos c) Oxosales

Los hidrxidos o bases Hay una clase muy importante de compuestos ternarios que se conocen con el nombre

de hidrxidos o bases. Antiguamente se los denominaba lcalis, palabra derivada del rabe = "al kali" que significa "la base".

En la actualidad, esta denominacin forma parte de expresiones tales como: sabor

alcalino (amargo), sustancia alcalina, medio alcalino, solucin alcalina, etctera. Algunas bases, tales como el hidrxido de sodio y el hidrxido de amonio, son

utilizados en limpieza, especialmente para eliminar las acumulaciones de grasas y de jabones. Muchos agentes de limpieza comunes, que se venden con distintos nombres comerciales, contienen estos productos en su composicin.

Posiblemente, los hidrxidos de sodio y de potasio sean los ms conocidos. El

hidrxido de sodio, muy utilizado corno reactivo de laboratorio, es conocido comercialmente con el nombre de "soda custica" y es un producto de gran aplicacin industrial: se lo usa en la fabricacin de papeles, jabones, detergentes, colorantes, pinturas, barnices, fibras textiles, plsticos, en la refinacin de derivados del petrleo y para neutralizar los cidos. El hidrxido de potasio se emplea corno reactivo de laboratorio, en la sntesis de colorantes, en la fabricacin de jabones y en la industria farmacutica.

Los hidrxidos de sodio y de potasio tienen la cualidad de absorber el vapor de agua del

aire y disolverse en el mismo. Esta propiedad se llama delicuescencia. Los hidrxidos de aluminio y de magnesio se usan como anticidos estomacales, en el

tratamiento de gastritis y de lceras producidas por exceso de produccin de jugo gstrico. Su accin radica en la neutralizacin del cido clorhdrico presente en el jugo gstrico.

El hidrxido de calcio, comnmente denominado "cal apagada", es muy empleado en

la industria de la construccin mezclado con arena y agua, formando la argamasa que une los ladrillos de las paredes. Tambin es usado corno neutralizante de la acidez en diversos procesos industriales tales como la extraccin del azcar de caa, etctera. Asimismo, se utiliza corno desinfectante en los establos y granjas, para combatir parsitos de los rboles y para blanquear muros y paredes.



El amonaco (NH3) es un gas incoloro de olor

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