Quimica Ipla Montt

Ing. Jaime Lagos B Qumica Inorgnica & Orgnica Nutricin y Diettica

Qumica Inorgnica & Orgnica


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1) 29 de Abril 2) 03 de Junio 3) 15 de Julio Prueba Especial : 22 de julio


Programa del Curso


Qumica Orgnica y Nutricin


Qumica Orgnica es la rama de la qumica en la que se

estudian los compuestos del carbono y sus reacciones.

Existe una amplia gama de sustancias (medicamentos,

vitaminas, plsticos, fibras sintticas y naturales,

hidratos de carbono, protenas y grasas) formadas por

molculas orgnicas.

Introduccin


7

Actualidad:

Nmero de compuestos:

Inorgnicos: unos 100.000

Orgnicos: unos 7.000.000 (plsticos, insecticidas, jabones, medicamentos, gasolinas, fibras textiles...)


8

Qumica orgnica en la actualidad:

La Qumica de los Compuestos del Carbono.

Tambin tienen hidrgeno.

Se exceptan CO, CO2, carbonatos,

bicarbonatos, cianuros...

Pueden tener otros elementos: O, N, S, P, halgenos...


9

Grupos funcionales. Series homlogas.

Grupo funcional: Es un tomo o grupo de tomos unidos de manera caracterstica y que determinan, preferentemente, las propiedades del compuesto en que estn presentes.

Serie homloga: Es un grupo de compuestos en los que la nica diferencia formal entre sus miembros se encuentra en el nmero de grupos metileno, -CH2-, que contiene


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Principales grupos funcionales (por orden de prioridad) (1)

cido carboxlico RCOOH

ster RCOOR

Amida RCONRR

Nitrilo RCN

Aldehdo RCH=O

Cetona RCOR

Alcohol ROH

Fenol OH


11


Amina (primaria) RNH2 (secundaria) RNHR (terciaria) RNRR

ter ROR

Doble enlace RCH=CHR

Triple enlace R CCR

Nitro RNO2 Halgeno RX

Radical R


12

Propiedades del Carbono

Estructura de los compuestos orgnicos

Electronegatividad intermedia Enlace covalente con metales como con no metales

Posibilidad de unirse a s mismo formando cadenas.

Tamao pequeo lo que le posibilita formar enlaces dobles y triples

Tetravalencia: s2p2 s px py pz 400 kJ/mol

hibridacin


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Tipos de enlace

Enlace simple: Los cuatro pares de electrones se comparten con cuatro tomos distintos. Ejemplo: CH4, CH3CH3

Enlace doble: Hay dos pares electrnicos compartidos con el mismo tomo. Ejemplo: H2C=CH2, H2C=O

Enlace triple: Hay tres pares electrnicos compartidos con el mismo tomo. Ejemplo: HCCH, CH3 CN


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Representacin de molculas orgnicas. Tipos de frmulas.

Emprica. Ej. CH2O Molecular Ej. C3H6O3 Semidesarrollada (Es la ms utilizada en la

qumica orgnica) Ej. CH3CHOHCOOH Desarrollada Ej. H OH

(no se usa demasiado) HCCC=O

H H OH

Con distribucin espacial (utilizadas en estereoisomera)

No sirven para identificar compuestos


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Cadenas carbonadas

Ttulo del diagrama

LINEALES RAMIFICADAS

ABIERTAS

(alifaticas)

ALICICLICAS AROMATICAS

CERRADAS

TIPOS DE CADENAS


Grupos funcionales. Series homlogas.

Grupo funcional: Es un tomo o grupo de tomos unidos de manera caracterstica y que determinan, preferentemente, las propiedades del compuesto en que estn presentes.

Serie homloga: Es un grupo de compuestos en los que la nica diferencia formal entre sus miembros se encuentra en el nmero de grupos metileno, -CH2-, que contiene



cido carboxlico RCOOH

ster RCOOR

Amida RCONRR

Nitrilo RCN

Aldehdo RCH=O

Cetona RCOR

Alcohol ROH

Fenol OH



Amina (primaria) RNH2 (secundaria) RNHR (terciaria) RNRR

ter ROR

Doble enlace RCH=CHR

Triple enlace R CCR

Nitro RNO2 Halgeno RX

Radical R


Los compuestos de Carbono El estudio de los compuestos del carbono constituye una parte fundamental y muy extensa de la qumica, que se denomina qumica orgnica o qumica del carbono. Este hecho se debe a diversos motivos:

La gran cantidad de compuestos del carbono que se conocen. Este elemento forma ms compuestos que todos los otros juntos, los cuales constituyen otra parte de la qumica llamada qumica inorgnica.

Las propiedades especiales de los compuestos del carbono.

La importancia de estos compuestos. Adems de formar parte de la materia viva, hay muchos que son de uso comn, como combustibles, alimentos y plsticos, fibras sintticas, medicamentos, colorantes, etc.


De acuerdo con la gran diversidad de compuestos orgnicos que

puede formar el carbono es necesario estudiar su clasificacin y la

definicin de ciertos conceptos.

Los hidrocarburos son los derivados del carbono ms sencillos.

Resultan nicamente de la unin de tomos de carbono con

tomos de hidrgeno y de tomos de carbono entre s formando

cadenas que pueden ser abiertas o cerradas y cuyos eslabones

pueden estar unidos por enlaces simples o por enlaces mltiples.

Hidrocarburos


Estructura Atmica, Orbitales y Enlace Qumico


Estructura atmica actual


Qu es el tomo?

Es la mnima porcin

representativa de un

elemento qumico. Se define

como un sistema energtico

dinmico en equilibrio

electroesttico. Antiguamente

se pensaba que era

indivisible, pero hoy en da se

sabe que es divisible en

diversos procesos. Consta de

2 partes: ncleo atmico y

zona extranuclear.

Ncleo atmico Zona extranuclear

Protones (p+) Neutrones (n0)

Electrones (e-)


Modelo Mecnico Cuntico

El modelo mecnico cuntico es la explicacin que existe hoy en da sobre

comportamiento del tomo. Fue Louis de Broglie, quien intuyo que los electrones

deberan tener el comportamiento de una onda. Esta particular conducta de los

electrones implica la IMPOSIBILIDAD de determinar simultneamente y con igual

exactitud la posicin y la velocidad de estos, pues para conocerlos se debe interactuar

con esta partcula. PRINCIPIO INCERTIDUMBRE


Observaciones importantes

El ncleo concentra casi toda la masa del tomo y es de carga positiva debido a la presencia de los protones.

Al protn y neutrn se les denomina nucleones fundamentales.

Se le llama tomo neutro cuando la carga elctrica total o neta es cero y se cumple que:

El neutrn no tiene carga elctrica, por lo tanto se le denomina partcula neutra.

Al protn, neutrn y electrn se les denomina partculas subatmicas fundamentales.

Todas las partculas subatmicas son iguales para cualquier elemento qumico.

La zona extranuclear determina el volumen del tomo pero es casi vacia

# p+ = # e- = Z


Caractersticas de las prticulas subtmicas fundamentales

Partcula Smbolo Carga

Absoluta (C)

Masa

Absoluta (Kg)

Descubridor

Electrn e- -1.60 x10-19 9.11 x 10-31 Thomson ( 1897)

Protn p+ +1.60 x10-19 1.673x10-27 Rutherford(1919)

Neutrn n0 0 1.675x10-27 Chadwick (1932)

Del cuadro se deduce:

Orden de masas: mn > mp > me mp = 1836 me

Carga : p+ = e-


Notacin de un nclido

Smbolo

del

elemento

Nmero de masa

Nmero atmico

NMERO ATMICO (Z)

Llamado tambin carga nuclear. Es aquel parmetro que nos indica la cantidad de protones que posee el ncleo de un tomo.

Permite identificar a un elemento qumico.

Z = # protones = # p+

En un tomo neutro: # p+ = # e-

EAZ


Nmero de masa (A)

Llamado tambin nmero de nucleones fundamentales. Nos indica el nmero total de protones y neutrones que estn presentes en el ncleo del tomo.

A = # protones + # neutrones

Ejemplo: Completar el siguiente cuadro

A = Z + N

N = A - Z

Nclido A Z N p+ e-

23 Na

11

Fe 56

26

80

35 Br

235

92 U

23 11 12 11 11


Tipos de nclidos

Tambin llamados hlidos, son tomos de un mismo elemento qumico, por tanto poseen igual numero de protones, diferente numero de neutrones y diferente numero de masa. Los isotopos poseen propiedades qumicas iguales y propiedades fsicas diferentes. El nombre de isotopos se debe a que ocupan el mismo lugar en la tabla peridica porque pertenecen al mismo elemento (iso= igual ; topo = lugar)

1. ISTOPOS

Ejemplo:

H 1

1 H

2

1 H

3

1


2. ISBAROS

Son nclidos que pertenecen a elementos diferentes, poseen igual

numero de masa, diferente numero atmico y diferente numero de

neutrones, es decir igual numero de nucleones fundamentales.

iso = igual ; baro = masa

Son nclidos con propiedades fsicas y qumicas diferentes.

Ejemplo:

40

Ar 18

40

Ca 20

ISBAROS

18 protones

22 neutrones

40 nucleones

20 protones

20 neutrones

40 nucleones 40 40


3. ISTONOS

Son nclidos pertenecientes a elementos diferentes. Poseen

diferente numero de protones e igual numero de neutrones; por lo

tanto tienen diferentes nmeros de masa: Tambin son nclidos

con propiedades fsicas y qumicas diferentes.

Ejemplo:

23

Na 11

24

Mg 12

ISTONOS

11 protones

12 neutrones

23 nucleones

12 protones

12 neutrones

24 nucleones

12 12


IONES

Los iones pueden ser tomos individuales (in monoatmico) o

grupo de tomos (iones poliatmicos) que poseen carga elctrica

neta diferente de cero debido a la prdida o ganancia de electrones.

Pueden ser: cationes y aniones.

Un catin es un ion (sea tomo o molcula) con carga elctrica

positiva, debido a la prdida de electrones. Los cationes se

describen con un estado de oxidacin positivo.

1. CATIN

Ejemplo: 27

Al 13

27 +3

Al 13

pierde 3 e-

tomo neutro Catin trivalente

#p+ = 13

#e- = 10

#n0 = 14


Un anin es un ion (sea tomo o molcula) con carga elctrica

negativa, esto es, con exceso de electrones. Los aniones se

describen con un estado de oxidacin negativo.

2. ANIN

Ejemplo: 16

O 8

16 -2

O 8

gana 2 e-

tomo neutro Anin divalente

#p+ = 8

#e- = 10

#n0 = 8


Enlace Qumico.

La teora del enlace qumico explica el origen de los enlaces

entre dos o ms tomos y permite calcular las energas

involucradas en la formacin de esos enlaces. Para simplificar,

puedes reconocer que hay bsicamente tres modelos de

enlace: inico, covalente y metlico.

El enlace qumico es el resultado de las interacciones atractivas entre los ncleos atmicos y los electrones, que superan energticamente a las

interacciones de repulsin de los electrones entre s y tambin entre los ncleos.


Enlace Inico

Supone que los iones se comportan como cargas puntuales y que interaccionan

de acuerdo con la ley de Coulomb. En la prctica, sin embargo, resulta que

ningn enlace es 100% inico y que siempre hay una contribucin covalente.

El enlace inico involucra la formacin de un slido cristalino ordenado, en el

que se distribuyen espacialmente los cationes y los aniones siguiendo un patrn

similar al de un papel mural, pero dispuestos de manera tridimensional.


Se forma entre un metal y un no metal. Los metales pierden electrones y el no

metal capta electrones. Se forman iones cargados positivamente y

negativamente, lo que hace que el compuesto inico en su totalidad sea neutro.

Caractersticas de los enlaces inicos


Enlace Covalente

El enlace covalente, en molculas diatmicas X2, se forma por

interaccin de electrones desapareados de la capa de valencia

de dos tomos X. El caso ms simple es la interaccin entre dos

tomos de H. Cada uno de ellos posee un electrn de valencia y

la interaccin de ambos electrones desapareados para formar la

molcula H2 puede ser representada mediante la estructura:


Nmeros cunticos- orbitales atmicos- Configuracin electrnica


La naturaleza dual de las partculas tiene como consecuencia que: Lo planteado por Bohr no era correcto, pues el electrn no viaja

en una trayectoria definida. SI ASI FUERA SE PODRIA DETERMINAR LA TRAYECTORIA DEL MISMO.. Imposible

Erwin Schrdinger, permiti a travs de su ecuacin relacionar a la partcula con masa y el ondulatorio (funcin de Onda, descriptor matemtico), con la ecuacin se describe el comportamiento y posicin de las partculas sub atmicas.

a travs de lo anterior se concluye que los electrones no giran en orbitas alrededor del ncleo, si no que en ORBITALES (REGION DEL ESPACIO) en torno al ncleo donde hay una gran PROBABILIDAD de encontrar al electrn


Un orbital se puede pensar como la funcin de onda de un electrn () y el

cuadrado de la funcin de onda ( 2) como la zona de mayor probabilidad de

encontrar al electrn alrededor del ncleo atmico.

Los estados de energa, asociados a los electrones, y las funciones de onda se caracterizan por un conjunto de nmeros cunticos. El modelo mecano-cuntico describe cuatro nmeros cunticos para describir la distribucin de los electrones en el tomo.


1. Nmero Cuntico Principal (n): Describe los estados de energa en donde se encuentra un electrn, dando el valor entero n. Este nmero, tambin se relaciona con la distancia promedio del electrn al ncleo en un orbital en particular. A valor mayor de n, mayor es la distancia promedio de un electrn en el orbital con respecto al ncleo.

2. Nmero Cuntico secundario o de momento angular (l): indica la forma de los orbitales. Los valores de el dependen del numero cuntico principal n. para un valor dado de n, l tiene todos los valores enteros posibles de 0 a (n-1):

El valor de l se asocia con las letras s, p, d, f, etc, para diferenciar los tipos de orbitales o zonas de mayor probabilidad.


Valor

Orbital tipo

0 s

1 p

2 d

3 f

4 g

5 h

6 i

Los orbitales se dan conocer por letras


Orbital tipo Valor

N e

s 0 2

p 1 6

d 2 10

f 3 14

g 4 18

h 5 22

i 6 26

La forma de los orbitales no es real se trata de una forma practica de representarlos.


Valor N Orbitales

0 1

1 3

2 5

3 7

4 9

5 11

6 13

Es decir, habr un solo orbital "s", 3 orbitales tipo "p", 5 orbitales tipo "d", 7 orbitales tipo f, etc.


3. Nmero Cuntico Magntico (ml): describe la orientacin del orbital en el espacio. Los valores de ml son enteros y van desde l a +l, incluyendo el cero, es decir (2l+1) valores enteros de ml, como sigue:


4. Numero Cuntico de espn-electrnico (ms o s): indica el sentido de giro del electrn sobre su propio eje, el cual tiene valores de +1/2 0 -1/2. Estos valores corresponden a los dos posibles movimientos del giro del electrn.

Para explicar las propiedades magnticas del electrn, se introdujo este nmero. Si se piensa que el electrn gira en su propio eje. Para que se entienda mejor tomamos como ejemplo nuestro planeta, su movimiento sobre su propio eje genera un campo magntico, que nos protege de los rayos ultravioletas. ii. Mientras el electrn est girando en su nivel, no emitir ni absorber energa.


Los cuatros nmeros cunticos, n, l, m y s, son suficientes para identificar por

completo un electrn en cualquier orbital de cualquier tomo. En cierto modo, se

considera al conjunto de los cuatro nmeros como el domicilio de un electrn en un

tomo, de la misma forma en que la calle, la ciudad, el estado y el cdigo postal

especifican el domicilio de una persona. Para entender esto haremos la siguiente

analoga:


Cmo son las formas de los orbitales atmicos?

Por lo tanto podemos representar un orbital dibujando un diagrama de contorno, que considere una alta probabilidad de encontrar al electrn dentro de este. As, tendremos las siguientes formas orbitales:


Para comprender el comportamiento electrnico de los tomos polielectrnicos, se

debe conocer su configuracin electrnica, ya que informa como estn distribuidos

los electrones entre los distintos orbitales atmicos. Por ejemplo, para el caso del

tomo de hidrogeno monoelectrnico en el estado fundamental, su electrn debe

estar en el orbital s del primer nivel energtico, por lo que su configuracin

electrnica ser 1s:


Configuracin electrnica Es la distribucin de los electrones dentro del tomo, segn principios que la regulan: 1. Principio de exclusin de Pauli. 2. Principio de Constitucin. 3. Principio de mxima multiplicidad de Hund.


1. Principio de exclusin de Pauli " No pude haber dos electrones

con los mismos nmeros cunticos"

2. Principio de Constitucin:" Los electrones irn ocupando los

noveles de mas baja energa en forma creciente."

3. Principio de Mxima multiplicidad: " debern existir el mayor

numero de electrones desapareados posibles."


3. Principio de Mxima multiplicidad: " debern existir el mayor numero de electrones desapareados posibles."

Representacin de la configuracin electrnica:

Se puede representar con dos diferentes notaciones:

1)Notacin global: Se indica los niveles energticos principales,(1,2,3.,),el o los subniveles energticos (s,p,d,f) ocupados en cada nivel principal y el nmero de electrones en cada orbital (x)

1s2 2s2 2p6 3s1 11Na:


11Na Configuracin

electrnica para el elemento Sodio con 11 electrones.

2p6 3s1 2s2 1s2

Nmeros cunticos

n = 3 = 0 ml = 0 ms = +1/2


Representacin de la configuracin electrnica:

2)Notacin global externa: En esta notacin, que es ms compacta que la primera, se reemplaza parte de la configuracin electrnica por el smbolo del gas noble de Z inmediatamente anterior al elemento.

[10Ne] 3s1

11Na


Ejercicio

La configuracin electrnica global externa para el elemento 16S

2- puede representarse por:

A) [10Ne] 3s2 3p4

B) [10Ne] 3s1 3p7

C) [10Ne] 3s2 3p2

D) [18Ar] 4s2

E) [18Ar]


Escriba la configuracin electrnica global y los nmeros cunticos del Fsforo con Z= 15

Respuesta

15P : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3

n= 3 l= p o 1 ml= +1 ms= +1/2


Escriba la configuracin electrnica global externa del Fsforo con Z= 15

15P: 10[Ne] 3s2 3p3

n= 3 l= p o 1 ml= +1 ms= +1/2


Escriba la configuracin global y los nmeros cunticos

para los siguientes elementos:

20[Ca] :

38[Sr]:

16[S]:

1s2 2s22p63s23p6

1s2 2s22p63s23p64s23d104p65s2

1s2 2s22p63s23p4


Escriba la configuracin global externa y los nmeros cunticos para los siguiente s elementos:

17[Cl]:

29[cu]:

49[In]:

10[Ne]3s23p5

18[Ar]3d104s1

36[Kr]4d105s25p1


Escriba la configuracin electrnica global y global externa y sus nmeros cunticos respectivos para los siguientes iones:

Li+

F-

Mg2+

Al3+

S2-

Ca2+


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