QUIMICA 1

Antología de Química I

INTRODUCCIÓN "Los estudiantes que triunfan cometen errores, pero no se rinden, aprenden de ellos". Ralph A. Burns. Bienvenido a una emocionante aventura en el mundo de los átomos y las moléculas que componen todo lo que se puede tocar, ver y oler. El conocimiento de las características e interacciones de estos materiales ocupan el corazón de la química. La química puede ser divertida y muy emocionante, pero también es una ciencia útil y práctica. Estamos convencidos del papel que desempeña en nuestras vidas y sabemos que ustedes llegarán a apreciarla y aprenderán a aplicar muchos de sus fundamentos, si están dispuestos a trabajar con nosotros que somos sus guías de esta aventura. Recuerda que no basta con desear tener éxito en química, sólo el trabajo constante produce buenos resultados. Es preciso tomar una decisión consciente del ÉXITO, estableciendo tiempos de estudio definido todos los días. Hay que iniciar fijándonos metas específicas pequeñas y alcanzarlas una a una. Las estrategias que habrán de aprenderse para resolver problemas, pueden ser utilizadas para solucionar situaciones de la vida cotidiana. Esta es una de las razones por la que estudiamos la química. El pensamiento activo y creativo, es fundamental para un estudio provechoso; por ejemplo, ver programas de T.V. no exige mucho pensamiento activo. Apenas se vuelve activo, cuando se lee y uno mismo se plantea preguntas, cuando uno escucha, cuando se comenta lo que se ha leído o escuchado y cuando se resuelven problemas. No es posible aprender química observando a alguien más "hacer química", el aprendizaje sucede cuando tú “haces química" Esperamos en verdad que disfrutes tu aventura en el mundo de la química, sabemos que será de gran utilidad ¡la química está en todas partes ! ¡Inicia

tu aventura!

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Antología de Química I

QUÍMICA 1

Del medio ambiente que te rodea, observa e identifica por lo menos 10 formas diferentes de materia que mas llame tu atención y contesta lo siguiente: a).- ¿ Como crees que esta conformada? b).- ¿ En que estado físico se encuentran? c).- ¿ Que propiedades químicas presentan? d).- ¿Aproximadamente que volumen y peso tendrán? ¿ Has cocinado alguna vez ? ¿ Usas jabón al lavar tu cuerpo? ¿ Has hecho algún dibujo ? ¿ Utilizas diariamente objetos de plástico ? ¿ Has usado algún medicamento, desodorante o cosmético ? En efecto todos los días entramos en contacto con el ambiente químico. Ello nos ocurre fuera del laboratorio químico o de una fábrica porque sencillamente la química está en todas partes. Hay química fuera y dentro de nuestro cuerpo. Ahora mismo, que estás leyendo, debes saber que la tinta es un producto químico y que el papel se obtiene también por procedimientos químicos. Al respirar, moverse, comer o dormir, nuestro cuerpo funciona como una extraordinaria y compleja fábrica química. A partir de oxígeno y alimentos producimos sangre, células y tejidos, y almacenamos energía. Todo eso que identificamos como propio de los humanos, leer, reír, correr, pensar, no es más que una multitud de reacciones químicas ordenadas. La ropa que vistes, la silla donde te sientas, el techo de tu casa, la tierra donde crecen los cultivos; todo eso es materia, y es objeto de estudio de la química. El sol, el fuego, la electricidad, las diversas formas de energía están relacionadas con la química, ya que ésta estudia también la energía. La fotosíntesis, la corrosión, la contaminación, todo aquello que implica un cambio de la materia también forma parte del dominio de la química. Iniciemos, pues, el camino de la química, una ciencia que nos ha llevado a conocer, interpretar y transformar nuestro ambiente. El conjunto de los seres y hechos que nos rodean, forman lo que llamamos Naturaleza; estos hechos que observamos a nuestro alrededor no se han aislado y constituyen el campo de estudio de las Ciencias Naturales, principalmente la biología, la física, la química y la astronomía .

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Antología de Química I

Después de haber contestado las preguntas anteriores, haz una descripción detallada de lo que consideras mas importante. Lee cuidadosamente el contenido de tu antología sobre el tema “Estructura atómica”. Investiga en Internet, en Encarta o en cualquier libro de Química inorgánica, el contenido sobre el tema “Estructura atómica” y determina lo que creas mas importan En base a tus percepciones iniciales sobre estructura y propiedades de la materia y a lo que leíste e investigaste, elabora un escrito comparativo donde detectes similitudes y diferencias. Elabora un cuadro sinóptico de cómo se clasifica la materia de acuerdo a la información que obtuviste en la investigación realizada.

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Antología de Química I

GENERALIDADES Es costumbre situar los inicios de la química en el descubrimiento del fuego por el hombre y en el dominio de diversos materiales utilizados en sus actividades. Puesto que los objetos hallados por los arqueólogos son de cerámica, metal y vidrio. Así como los perfumes y cosméticos para embalsamar a los muertos. Los sucesivos conocimientos en el campo de la metalurgia dieron lugar a las edades de oro, de plata, del bronce y el hierro. Los objetos metálicos más antiguos son de oro y pueden datarse más de 5000 años a.C.; con posterioridad a la Edad de oro y de plata se descubrió el cobre, metal que pronto adquirió gran importancia por su facilidad para formar aleaciones con otros metales (bronces). La edad de bronce se sitúa hacia el año 4000 a.C. La Era del hierro hacia el 1200 a C. Así surge en Grecia un importante movimiento filosófico que se planteó muchas interrogantes sobre la naturaleza de la materia originándose la teoría de los cuatro elementos (Tierra, Agua, Aire y Fuego). La química es por lo tanto, una ciencia natural. Podemos definir a la ciencia como un conjunto de conocimientos sistematizados ordenados lógicamente; que se refieren a hechos relacionados entre sí y que se pueden comprobar mediante la experimentación. Concepto de Química La química es la ciencia que estudia como está formada la materia y sus transformaciones; ahora bien, si está constituido de materia todo lo que nos rodea, resulta que todo el universo es objeto de estudio de esta ciencia. El hombre resume un cierto número de hechos en un enunciado conciso llamado LEY (o ley de la Naturaleza), generalmente el investigador se interesa en explicar racionalmente los hechos por medio de una Hipótesis o Teoría para sugerir explicaciones de cómo o porqué ocurre algo. No es posible separar los hechos, leyes y teorías de la química de las correspondientes a otras ciencias. La química toma muchas ideas útiles de otras ciencias y contribuye también a ellas en otros aspectos.

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Antología de Química I

Ramas de la química El campo de estudio de la química es muy amplio, esta razón determina que la química se divida en varias: QUÍMICA GENERAL. Estudia los principios básicos que se refieren a la materia y a su estructura íntima. QUÍMICA INORGÁNICA. Su campo de estudio se refiere a las sustancias que forman el reino mineral. QUÍMICA ORGÁNICA. Estudia los compuestos del carbono. RAMAS

QUÍMICA ANALÍTICA. Comprende métodos de reconocimiento y determinación de los constituyentes de los compuestos, tanto en calidad (análisis cualitativo) como en cantidad (análisis cuantitativo). FISICO-QUÍMICA. Se encarga del estudio de las leyes básicas de la química, así como las hipótesis y teorías que se emplean para explicarlas. BIOQUÍMICA. Su campo se refiere a los procesos químicos que ocurren en los seres vivos.

Ciencias que se relacionan con la química La química se relaciona con todas las ciencias debido a que su objeto de estudio es la materia, la energía y las transformaciones que en ella se efectúan. En nuestro medio ambiente y en todo el universo actúan las ciencias que se interrelacionan entre sí, como la Física, las Matemáticas y la Química. Los campos de estudio relacionados estrechamente con la Química son: La Bioquímica, Ecología, Geoquímica, Electroquímica, Meteorología, Matemáticas, Física, Astroquímica. a) La Bioquímica. Estudia la estructura y función de los compuestos químicos que forman parte de los seres vivos. b) La Geoquímica. Estudia la distribución, proporción y relación de los elementos químicos de la corteza terrestre y de las leyes que lo rigen. 16

Antología de Química I

c) La Ecología. Estudia las relaciones que tienen los seres vivos con su medio ambiente. d) La Electroquímica. Estudia las transformaciones químicas que se producen en las substancias al ser atravesadas por una corriente eléctrica. e) La Astroquímica. Estudia la naturaleza química de los cuerpos celestes f) Meteorología. Estudia el tiempo, el clima, las propiedades físicas químicas de la atmósfera terrestre así como las leyes que la rigen. g) Matemáticas. Ciencia que estudia por razonamiento lógico los números, las figuras y sus relaciones entre ellos.

Importancia y aplicaciones de la química. Gracias a la aplicación científica de la química se han obtenido millares de substancias que el hombre ha creado para su bienestar; ayuda poderosamente a nuestro sustento, al fabricar abonos artificiales, productos químicos que incrementan la cantidad y calidad de los alimentos, así como su conservación y utilización; contribuye a nuestro vestido, al proporcionar fibras artificiales que sustituyen la demanda de fibras vegetales y animales a las que, como el algodón, la seda, casi han sido desplazados; favorece nuestra salud al suministrar drogas, medicamentos que, como las vitaminas, las hormonas, quinina, sulfamidas, penicilina, anestésicos, desinfectantes, salvan y prolongan la vida humana al combatir y alejar la enfermedad, aliviar el dolor, los sufrimientos de los infortunados; por último, hace más fácil y agradable la vida, al facilitarnos materiales de construcción, comunicación, transporte y la fabricación de numerosos productos que diariamente utilizamos.

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Antología de Química I

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE I. Contesta las siguientes preguntas: 1. Define con tus propias palabras el concepto de química.

2. Menciona 5 ejemplos de sustancias químicas.

3. Investiga y describe los pasos del método científico.

4. Menciona tres ciencias que se relacionen con la química.

5. De los ejemplos que se mencionan a continuación, ¿Cuáles se consideran que están elaborados de compuestos químicos? Vitaminas , algodón, frutas, vidrio, nylon, pintura.

6. Nombra dos sustancias químicas que ayuden a salvar vidas y dos que provoquen la muerte.

7. Analiza y escribe en forma breve lo que para ti significa la expresión “sin sustancias químicas, la vida misma no sería posible”.

8. En que forma contribuyen los químicos y las sustancias químicas, rendimiento de los cultivos agrícolas.

a aumentar el

9. Nombra tres productos químicos que se utilicen en la tecnología moderna. 10. Expresa una conclusión personal sobre los beneficios de la química en la vida cotidiana. 18

Antología de Química I

ACTIVIDAD DE EVALUACIÓN 1. Subraya la respuesta correcta. 1. Descripción detallada y exacta de los hechos e ideas relativas a los mismos. a) Ciencia b) Universo c) Materia 2. Son las cosas que suceden a) Ideas b) Hechos

c) Materia

3. Son Las ciencias basadas en los hechos naturales. a) Ciencias formales. b) Ciencias naturales c) Ciencias humanas 4. Son las cosas que suceden sin la presencia de los humanos. a) Fenómeno social b) Fenómeno natural c) Fenómeno humano 5. Clasificación de los fenómenos naturales. a) Físicos y químicos b) Biológicos y sociales

c) Psicológicos y económicos

6. Es la transformación de los cuerpos la cual vuelve a su estado original por si sola. a) Fenómeno biológico b) Fenómeno físico c) Fenómeno químico. 7. Ejemplo de fenómeno físico a) Combustión b) Condensación

c) Descomposición

8. Transformación de los cuerpos en la cual no vuelve a su estado original por si sola. a) Fenómeno químico b) Fenómeno físico c) Fenómeno social 9. Ejemplo de fenómeno químico a) Crecimiento b) Ebullición

c) Estiramiento

10. Es la ciencia que estudia la constitución íntima de la materia, sus transformaciones y las leyes que la rigen. a) Física b) Química c) Biología

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Antología de Química I

Concepto de materia y sus manifestaciones La materia se puede describir simplemente como de lo que están hechas todas las cosas del universo. El agua, la sal, el azúcar, las estrellas e incluso los gases presentes en el aire, todos se componen de materia. Una silla, el lápiz, la mesa, el cuaderno, el salón de clases, tú mismo, son ejemplos de materia. MATERIA. Es todo lo que ocupa un lugar en el espacio. Haz una lista de ejemplos de materia, que no se hayan mencionado. ______________________

______________________

______________________

______________________

______________________

______________________

______________________

______________________

______________________

______________________

Los ejemplos que describiste anteriormente, puedes reconocerlos o distinguirlos mediante sus propiedades. Las propiedades de la materia se definen por las características que la identifican. Estas pueden ser: Generales.

Son aquellas que posee toda la materia.

Específicas.

Las que son específicos de la materia

Físicas.

Las que describen a la materia tal y como se encuentra en la naturaleza.

Químicas.

Son aquellas propiedades que modifican a la materia, como la combustión, la oxidación, etc.

Organolépticas.

Son aquellas que podemos identificar a través de los sentidos.

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Antología de Química I

Estados de agregación de la materia La materia se encuentra en diferentes estados de agregación: sólido, líquido y gaseoso, y algunos estados intermedios o temporales como son: vapor y plasma.

FUSIÓN

SÓLIDO

EVAPORACIÓN

LÍQUIDO

SOLIDIFICACIÓN

GASEOSO

CONDENSACIÓN

SUBLIMACIÓN

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Antología de Química I

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE. 1. Identifica el estado físico de los siguientes materiales a temperatura ambiente:  Oxígeno_____________________  Vapor de agua________________  Cera de vela_________________  Alcohol______________________  Nieve_______________________  Mercurio_____________________  Helio________________________ 2. Basándote en el diagrama de cambio de estado de la materia, escribe una definición de: Solidificación:________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ Fusión:______________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ Condensación:________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ Evaporación._________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ Sublimación:_________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ Licuefacción:_________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________

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Antología de Química I

Clasificación de las propiedades de la materia:

PROPIEDADES:

GENERALES_ ESPECÍFICOS:

FÍSICAS:

QUÍMICAS:

ORGANOLÉPTICAS

EJEMPLOS: Masa, peso, volumen, inercia, porosidad. impenetrabilidad, divisibilidad. P. de fusión, P. de ebullición, densidad, peso específico y dureza. Cambios de estado, elasticidad, maleabilidad, ductibilidad, fragilidad, tenacidad, dilatación, conductibilidad. Oxidación, combustión, su comportamiento con otro tipo de materia Olor, color, sabor, dureza.

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE I.- Consulta en alguna enciclopedia, o libros de química general, la definición de cada una de las propiedades que se mencionan en el cuadro anterior, anótalas en tu cuaderno, analízalas en clase con tus compañeros y maestro. Cambios químicos y fenómenos físicos y químicos Los cambios que la materia sufre, se definen como fenómenos.

FENÓMENO

EJEMPLO

FÍSICO: Es el cambio que la materia sufre sin dañar la estructura química de la materia QUÍMICO: Es aquel que al producirse cambia la estructura química de la materia.

Dilatación, lluvia, color, viento, crecimiento de un árbol, en general todos los cambios de estado de la materia. Oxidación, combustión, digestión, fotosíntesis, el revelado de una fotografía, la muerte.

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Antología de Química I

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE. I. Contesta lo que se te pide: 1. ¿Cuál es la diferencia entre fenómeno físico y fenómeno químico? ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________ 2. Escribe a la derecha de cada enunciado, si se trata de un fenómeno físico o químico. •

La oxidación de un clavo_________________________________

•

La evaporación del agua_________________________________

•

El revelado de una fotografía______________________________

•

La formación de las nubes________________________________

•

Una vela quemándose___________________________________

•

El empañamiento de la plata______________________________

•

La respiración__________________________________________

•

La fotosíntesis__________________________________________

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Antología de Química I

Elementos, compuestos y mezclas.

MATERIA

HOMOGÉNEA HETEROGÉNEA SUBSTANCIAS

SOLUCIÓN MEZCLA

ELEMENTOS

COMPUESTOS

MOLÉCULAS

MOLÉCULAS

ÁTOMOS DE UNA CLASE

ÁTOMOS DE DIFERENTES CLASES

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Antología de Química I

Diferentes tipos de materia

CONCEPTO

Substancias

DEFINICIÓN Es aquella en que sus partículas (componentes) no se distinguen a simple vista. Es aquella en que sus partículas (componentes) se distinguen con facilidad. Mezcla homogénea Tipo de materia que presenta ciertas características que la identifican.

Elemento

Materia que tiene átomos de la Elementos de la tabla misma clase. periódica.

Mezcla Homogénea

Mezcla Heterogénea Solución

Mezcla

Compuesto

Molécula

Átomo

Es un todo en el cual las sustancias participantes conservan sus propiedades físicas y químicas. Unión química de dos o más elementos en cantidades exactas y constantes. Parte más pequeña en que se puede dividir una sustancia que conserva sus propiedades. Parte más pequeña de la materia capaz de reaccionar químicamente.

EJEMPLO Aire

Una ensalada Suavitel, pinol Gasolina, alcohol

Limonada. Sal, azúcar.

Acetona, alcohol. Existen tantas clases de átomos como elementos.

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 1. ¿Qué diferencia existe entre compuesto y mezcla? 2. Haga un listado de 5 elementos, 5 compuestos y 5 mezclas comunes.

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Antología de Química I

ACTIVIDAD DE EVALUACIÓN I. Escribe “F” (falso) ó “V” (Verdadero) 1. (

) La química se clasifica en general e inorgánica.

2. (

) La química aplicada estudia la materia bajo un punto de vista teórico y las propiedades comunes en todos los cuerpos.

3. (

) La química general estudia a los enlaces químicos.

4. (

) La química orgánica estudia a la materia que proviene del reino mineral.

5. (

) Los gases son sustancias que estudia la química inorgánica.

6. (

) Energía es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio, tiene masa y puede impresionar nuestros sentidos.

7. (

) La materia es una característica que sirve para identificar.

8. (

) Las propiedades se clasifican en generales y específicas.

9. (

) La masa, el peso y la inercia son propiedades específicas.

10. (

) La inercia es el resultado de la acción de la gravedad sobre la masa.

II. Completa las siguientes cuestiones 1. ___________________________ son características que hacen diferentes a los cuerpos entre sí. 2. ___________________________ son características que al ser observadas no cambia la naturaleza física de la sustancia. 3. La combustión es un ejemplo de propiedad ___________________________. 4. El fierro, el cobre y el aluminio son ejemplos de _______________________. 5. ___________________________ tipo de materia que se compone de moléculas iguales. 6. ___________________________ es una sustancia formada por dos o más elementos combinados químicamente. 7. El HCl, NaOH, KBr, AgNO3, son ejemplos de ___________________________. 8. ___________________________ es un cuerpo formado por dos o más sustancias combinadas físicamente. 9. ___________________________ es un cuerpo en el que se pueden distinguir a simple vista sus componentes. 10. El aire, el agua potable y los refrescos son ejemplos de ____________________ 27

Antología de Química I

Métodos de separación de mezclas:

MÉTODO

SEPARACIÓN

Decantación

a) Sólido - líquido b) Líquido - líquido

Filtración

a) Sólido - líquido

Centrifugación

a) Sólido – líquido

Magnetismo

Sólido – sólido Sólido-líquido

Destilación Líquido-líquido Sólido-líquido Líquido-líquido

Evaporación

INMISCIBLES

Inmiscibles Partículas sólidas de mayor dimensión que el poro del papel filtro Partículas en suspensión separadas por movimiento rotacional. Uno de los sólidos tiene que ser metálico con propiedades magnéticas. Miscibles Con diferentes puntos de ebullición Miscibles Con diferentes puntos de ebullición

La energía en su entorno Bases fundamentales de la química. La Química estudia todo lo que hay en el universo, donde la materia y la energía son manifestaciones de una misma cosa por la cual la materia se puede convertir en energía y la energía en materia, pero afortunadamente la naturaleza está hecha de tal manera que de una rosa no se tenga una explosión atómica que puede acabar en nuestros sueños de obtener la perfección. Cualquier cambio físico o químico implica manifestación de energía. En la vida cotidiana podemos adquirir y emitir energía de diferentes formas, por ejemplo: al asolearnos absorbemos la luz solar; al caminar; los automóviles en movimiento; las aves al volar. Todo esto tiene algo en común, ese algo que nos hace capaces de ejecutar un trabajo, es la energía. Energía proviene de dos raíces griegas En = dentro ;

Ergos

= trabajo 28

Antología de Química I

Clasificación de la energía

ENERGÍA POTENCIAL

TIPO Química

Es aquella energía que poseen los cuerpos en virtud de su posición Nuclear

DEFINICIÓN

CONTENIDO EN:

Energía almacenada en Gasolina, alimentos y la estructura molecular. fertilizantes Energía desprendida por la fisión nuclear Núcleo atómico Energía almacenada en la estructura atómica.

Atómica CINÉTICA Es la energía que adquiere un cuerpo al estar en movimiento

Núcleo atómico

Calorífica

Debido al movimiento Vapor, gas interno de las moléculas.

Radiante

Energía proveniente de Rayos X, rayos solares un alambre conductor.

Eléctrica

Es el paso de electrones a través de un alambre Luz conductor. Energía que proviene del sol.

Solar

Fotosíntesis

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Antología de Química I

Interrelación de la materia y la energía En 1905 Albert Einsten estableció que la materia y la energía no eran separadas, sino, manifestaciones de un mismo origen y por lo tanto, la materia se podía transformar en energía estableciéndose la ley de la conservación de la materia y la energía: “La materia y la energía no se crean ni se destruyen, solo se transforman”

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE. 1. Define el concepto de energía. _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ 2. ¿Escribe la clasificación de la energía? _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ 3. Define con tus propias palabras la Ley de la Conservación de la Materia y Energía. _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ 4. En los siguientes procesos energéticos, indica el tipo de energía que se tenía al inicio y la que se tiene al final de la reacción. EJEMPLO

INICIO

FINAL

Colisión de dos automóviles

_________________ ____________________

Incendio forestal

_________________ ____________________

Tormenta tropical

_________________ ____________________

Proyección de una película

_________________ ____________________

Desgaste de una suela

_________________ ____________________ 30

Antología de Química I

ACTIVIDAD DE EVALUACIÓN I. Subraya la respuesta correcta. 1.

Es aquello que hace capaz a un cuerpo de realizar un trabajo: a) Materia b) Energía c) Propiedades

2. La luz, el calor y la electricidad son ejemplos de: a) Formas de materia b) Formas de energía c) Formas de cuerpos. 3. Es la energía que tiene un cuerpo por la posición que ocupa: a) Energía calorífica b) Energía cinética

c) Energía potencial

4. Es la energía que tiene un cuerpo debido al movimiento interno de sus componentes: a) Energía calorífica b) Energía cinética c) Energía potencial 5. Es la energía debido al flujo de electrones a través de un conductor: a) Energía química b) Energía eléctrica c) Energía calorífica 6. Científico que predijo que la materia se podría transformar en energía y la energía en materia : a) Jhon Dalton b) Ernest Rutherford c) Albert Einsten 7. Esta ley dice “La materia y la energía no se crean ni se destruyen, solo se transforman”: a) Ley de la materia b) Ley de la energía c) Ley de la materia y energía 8. Es la energía que tiene un cuerpo debido a su estructura molecular: a) Energía eléctrica b) Energía química c) Energía nuclear.

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Antología de Química I

1. ESTRUCTURA ATÓMICA A través de los tiempos el hombre ha tratado de explicarse cómo realmente esta conformada la materia en su interior Para poder entender y comprender las propiedades tanto físicas como químicas de la materia en la actualidad es importante analizar el nuevo modelo atómico. 1.1 ATOMO Es la parte más pequeña de la materia capaz de reaccionar químicamente y que conserva sus propiedades, te invitamos a que conozcas como se inicia su descubrimiento. 1.1.1 Modelos y teorías atómicas Los filósofos griegos Demócrito, Epicuro y Leucipo en el siglo V a.C., fueron los primeros en introducir la palabra átomo, que se refería a una porción de materia y que era indivisible; todas las cosas se componían de átomos. Esta idea prevaleció hasta fines del siglo XVIII en que John Dalton, de Inglaterra, propuso la primera TEORÍA ATÓMICA, realmente útil en su tiempo. Su teoría proponía que los átomos eran partículas indestructibles, muy pequeñas y de forma esférica, sólidas y de peso fijo. Aún cuando en la actualidad conocemos ciertas inexactitudes de la teoría atómica de Dalton, su importancia es indiscutible e influyó de manera extraordinaria en la forma de pensar de los químicos durante más de un siglo.

Representación del Átomo de Dalton. Se caracteriza por su masa

Más adelante, experimentos con tubos de descarga eléctrica demostraron que la materia es de naturaleza eléctrica y por primera vez se sospechaba su divisibilidad. A fines del siglo XIX Thomson sugirió un modelo atómico semejante al de una gelatina con pasas. El átomo era una esfera de electrificación positiva en la que se encontraban los electrones incrustados. Los electrones eran las primeras partículas constituyentes del átomo y su carga eléctrica era negativa.

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Antología de Química I Representación del Átomo de Thomson. Destaca su naturaleza eléctrica

En Francia, en 1898, Becquerel y los Curie descubrieron el fenómeno de la radioactividad, que consistía en la emisión espontánea de radiaciones y partículas (alfa, beta y gamma) por parte de un átomo. Este fenómeno aportó ideas sobre la divisibilidad del átomo. En 1911, el inglés Rutherford propuso otro modelo atómico como resultado de sus experimentos al bombardear láminas de oro y platino con partículas alfa, descubriendo así el núcleo del átomo y se propuso que en su mayor parte, el átomo era espacio vacío. La masa y la carga positiva del átomo estaban concentradas en un núcleo, los electrones giraban a manera de satélite, describiendo diferentes trayectorias. e-

Representación del Átomo de Rutherford. Aparece el concepto de núcleo

Modelo de Bohr Niels Bohr, modificó en 1913 el modelo de Rutherford y propuso un átomo cuántico, tomando como base el espectro de emisión del átomo de hidrógeno, las teorías sobre el comportamiento dual de la luz y las ideas de Max Planck. Entre los postulados de su modelo atómico estableció que los electrones se mueven en niveles estacionarios de energía. Este modelo tuvo limitaciones ya que sólo se aplicaba a los átomos con un solo electrón externo, como el del hidrógeno. El modelo atómico de Bohr, recibió aportaciones con las ideas de Sommerfeld y posteriormente, con los trabajos de Heinsenberg y Schödinger se desarrolló un modelo matemático que prevalece en nuestros días y que explica el comportamiento de la materia.

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Antología de Química I

Podríamos imaginar el átomo de Bohr de la siguiente manera: una canica pequeña representaría al núcleo; imaginémosla dentro de una pelota de béisbol (únicamente el forro de la pelota), este forro representaría el primer nivel; enseguida imaginemos este forro de pelota y la canica dentro de una pelota de voleibol, esta representaría el segundo nivel, ahora estos dentro de una pelota de básquetbol, la que representaría el tercer nivel, etc.

Pelota de básquetbol (3er. Nivel) Pelota de voleibol (2do. Nivel)

Canica (núcleo)

Forro de pelota de béisbol(1er. Nivel)

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE Subraya la respuesta correcta de las siguientes preguntas. 1. El experimento de Rutherford demostró la existencia de: a) El átomo b) La molécula c) Electrones d) El núcleo atómico 2. La Teoría de Dalton determinó que: a) Los átomos son partículas esféricas, sólidas y de peso fijo. b) Los átomos son esferas de electrificación negativa. c) Los átomos son espacios vacíos donde la masa está concentrada en el núcleo. 3. Con la Teoría de este científico se establecieron las bases del modelo matemático que prevalece hasta nuestros días. a) Thomson b) Becquerel c) Heinsenberg y Schödinger d) Bohr

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Antología de Química I

1.1.2 Particulas subatomicas El estudio del átomo y su estructura ha pasado por varias etapas pero la concepción actual es: ÁTOMO ES LA PARTÍCULA MAS PEQUEÑA DE UN ELEMENTO COMPOSICIÓN Y PROPIEDADES DEL MISMO.

Y RETIENE LA

ÁTOMO ES LA PARTÍCULA MAS PEQUEÑA EN QUE SE PUEDE DIVIDIR LA MATERIA, MEDIANTE PROCEDIMIENTOS QUÍMICOS Y QUE ESTÁ FORMADO POR CARGAS ELÉCTRICAS. El átomo está constituido por un núcleo positivo formado por protones (partículas positivas) y neutrones (partículas neutras), rodeado por una envoltura o corteza de electrones (partículas negativas). EL ÁTOMO ES ELECTRICAMENTE NEUTRO. (Tiene igual número de protones y electrones) . Número atómico, número de masa e isótopos. Isótopo. Son átomos de un mismo elemento con igual número atómico y diferente número de masa, debido a que poseen un número de neutrones distinto. Número Atómico. Se representa por la letra "Z" y equivale al número de protones. Z=p Número de masa. Se representa con "A" y es la suma de los protones y neutrones. A= p+n El número atómico (Z) y el número de masa (A), se representan en el símbolo del elemento de la siguiente forma:

Número de masa

A

X Número atómico

Z 35

Símbolo del elemento.

Antología de Química I

De esta manera podemos calcular la cantidad de cada una de las partículas que posee el átomo, así como su número atómico y número de masa, lo cual se hace de la siguiente forma: Ejemplo 1. El oxígeno (O) tiene 8 protones y 9 neutrones. ¿Cuál es su número atómico y cuál es su número de masa?, ¿Cómo quedaría su símbolo? a) El número atómico Z = p ; como p = 8 , entonces Z = 8 b) El número de masa A = p + n Si p = 8 y n = 9 ; entonces: A = 8 + 9 A = 17 c) Su símbolo es 17

O 8 Ejemplo 2. El carbono (C) tiene un número de masa igual a 12 y 6 protones a) b) c) d) e)

¿Cuántos electrones tiene? ¿Cuál es su número atómico? ¿Cuántos neutrones posee? ¿Cómo se representan estos datos en su símbolo? ¿Dí, si es un átomo o un isótopo?

Soluciones: a) En el átomo p = e , si p = 6; entonces e = 6 b) Z = p; si p = 6; entonces Z = 6 c) A = p + n ; de donde despejamos n = A - p , por lo tanto n = 12 - 6 , entonces n = 6 d) La representación de estos datos en su símbolo es: 12

C 6

e) Como el número de neutrones es diferente al número de protones y electrones, éste se considera isótopo. 36

Antología de Química I

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE. Contesta las siguientes preguntas: 1. ¿Cuál es la definición de átomo? 2. ¿Cuáles son los nombres y las cargas eléctricas de las partículas del átomo? 3. ¿Por qué son neutros los átomos? 4. ¿Cómo se define el número atómico y de que forma se determina? 5. ¿Cómo se calcula el número de masa atómica? 6. ¿Qué es un isótopo? 7. Completa el cuadro. Utiliza los conceptos mencionados en los ejemplos anteriores.

ELEMENTO

Z

Plata (Ag) Boro (B)

5

Calcio (Ca)

A

p+

108

47

40

20 26

Polonio (Po)

33 84

48

n±

SÍMBOL O DEL NÚCLEO

11

Fierro (Fe)

Cadmio (Cd)

e¯

ÁTOMO O ISÓTOPO

126

112

Cd

Al resolver el ejercicio anterior determinaste el número de electrones de cada uno de los átomos que se te indicaron, ahora veremos que de esto depende el número de niveles de energía que posee el átomo. Los electrones se distribuyen alrededor del núcleo, formando órbitas con su trayectoria. Estas órbitas reciben el nombre de niveles de energía. El número de niveles de energía depende del número de electrones que tenga el átomo. El máximo número de niveles que un átomo puede tener es siete. Los electrones no se distribuyen en forma arbitraria en los diferentes niveles de energía, sino que se sigue una regla establecida por Rydberg, que se enuncia de la siguiente manera:

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Antología de Química I

"Los electrones se distribuyen alrededor del núcleo, en los diferentes niveles de energía, de acuerdo con el doble del cuadrado de los números naturales". Esto es 2n2 , donde los valores de "n" van desde uno hasta siete. LOS NIVELES DE ENERGÍA SON: K L M N O P Q

ACEPTA COMO MÁXIMO 2 e8 e18 e32 e32 e18 e8 e-

Ejemplos Li 3

dos electrones en el nivel 1 y un electrón en el nivel 2

También se puede representar así:

Li 3

2)1)

F9

2)7)

Al 13

2)8)3)

Debemos llenar cada uno de los niveles con el máximo número de electrones permitidos, principiando con el nivel 1 que es el más cercano al núcleo. De esta manera la forma correcta de llenar los niveles de energía del calcio es: Ca 20

2)8)8)2)

y no

2)8)10)

I 53

2)8)18)18)7)

y no

2)8)18)25

Después del tercer nivel quedan 25 electrones los que no se pueden colocar en el nivel cuarto, pues aunque es el cuarto y admite 32 quedaría como último y tendría más de ocho, por lo que los 25 electrones faltantes, se reparten en 18 en el cuarto nivel que queda como el penúltimo y los siete restantes en el quinto nivel que vendría siendo el último.

38

Antología de Química I

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE. Distribuye en niveles los electrones de los siguientes átomos. B5 = Ne10

=

P15 = 37 Rb = Cs55

=

Ag47 = Cr24 = Hg80 = Cu29 = N7 = Kr36 = Fr87 =

39

Antología de Química I

1.1.3 Números cuánticos Así como damos los datos de: la calle, el número, habitación y si es a la izquierda o a la derecha para nuestra ubicación en una población; de igual forma, para conocer la posición del electrón en el átomo, es necesario saber el nivel (n) el subnivel (l), orbital (m) y giro (s), que en química se les conoce como los números cuánticos. Te invitamos a que a través de este tema aprendas a conocer e identificar las características que presentan los átomos y los electrones que giran a su alrededor. Estos parámetros se representan con los símbolos. n

l

m

s

Y se denominan, respectivamente: (n) = Número Cuántico Principal Nos indica el nivel de energía en donde es probable localizar al electrón. Su valor es n = 1,2,3,4,5,6,7 (l ) = Número cuántico secundario o azimutal que indica el subnivel donde se encuentra el electrón, se representan con la letra s, p, d, f. s = Sharp p = Principal d = Diffuse f = Fundamental

40

Antología de Química I

sus valores van del 0 hasta (n-1)

FÓRMULA = n ≤ -1 RELACIÓN n 1 2 3 4

ENTRE n y l 1 ≤ n-1 0 (s) l=0; l =1 (s) (p) l=0; l =1; 1=2 (s) (p) (d) l=0; l =1; 1=2;1=3 (s) (p) (d) (f)

Cada subnivel se caracteriza por la forma de orbital específica que presenta y es:

s = Forma esférica

p = Forma de lóbulo extendidos

d = Dos lóbulos extendidos

f = Forma de nube

Es decir, el electrón no circula por una órbita sino que, se mueve alrededor del núcleo en una región del espacio denominada orbital, produciendo una nube electrónica negativa. 41

Antología de Química I

Cada subnivel acepta una cantidad específica de electrones que son los siguientes:

s

2

p

6

d

10

f

14

(m) = Número cuántico magnético Expresa la orientación espacial del electrón en el campo magnético que crea al girar alrededor. Tal orientación se indica por la dirección de los orbitales. Puesto que en el espacio existen 3 direcciones fundamentales, que se suelen representar por x, y, z, por ejemplo caben tres tipos de orbitales en el subnivel p: (Px, Py, Pz), en d: caben 5 (dx, dy, dz, dxy- dxz,) y en f caben 7. (s) = Número cuántico de giro o spin o simplemente spin que expresa el giro del electrón sobre su propio eje (de modo parecido a como un planeta gira alrededor del sol pero, además posee otro movimiento de rotación sobre su eje, el electrón gira alrededor del núcleo atómico y también sobre sí mismo). Este último movimiento puede realizarse, evidentemente en dos sentidos, que se representan mediante dos valores:

+½

Si el electrón sigue en sentido al de las manecillas del reloj

-½

En caso contrario

También es habitual representar los spines mediante flechas:

Valor positivo

Valor negativo Gráficamente se emplea muy a menudo un cuadrado con una diagonal descendente (casilla cuántica) para indicar un orbital, representación que se denomina diagrama energético. 42

Antología de Química I

Orbital incompleto Casilla cuántica u orbital (ocupado por un solo electrón)

Orbital completo (ocupado por dos electrones con spines opuestos)

La flecha hacia arriba indica el spin con un valor de + ½ y la dirigida hacia abajo el spin con valor de - ½ . Modelo cuántico de Schodinger. Los trabajos de Heisenberg y Schodinger, basados en un modelo matemático de probabilidad condujeron a la introducción de los llamados números cuánticos, parámetros que permiten expresar la situación y propiedades de los electrones en los orbitales. Es decir, no se puede fijar con exactitud en qué punto se encuentra un electrón, no obstante, si se puede prever en que región del espacio el electrón se hallará muy probablemente en un instante determinado. Resta de Hund y Principio de Exclusión de Pauli. Para averiguar la distribución electrónica de un átomo cualquiera ha de seguirse la regla de Hund que dice: “Un electrón solo puede completar un orbital cuando todos los orbitales del subnivel contengan ya un electrón cada uno”. Es decir que si un átomo posee por ejemplo cuatro electrones dos de ellos ocupan el orbital 1s mientras que los otros dos se sitúan en el subnivel p como este subnivel está constituido por tres orbitales Px, Py, Pz; los electrones pasarán, uno de ellos al orbital Px y el otro al Py, y el otro al orbital Pz, si el átomo poseyera más de siete electrones, el séptimo electrón puede ocupar nuevamente el orbital Px, pero negativo, completándolo el orbital Px. Y así sucesivamente. En este momento donde tu estás de pie o sentado, nadie aparte de ti puede ocupar el lugar, es decir excluye a los demás y a esto se le conoce como principio de exclusión. De todo lo anterior se desprende que si cada electrón posee cuatro números cuánticos es lógico que: ♦ Dos electrones cualesquiera del mismo átomo difieren en, al menos, uno de dichos números. Tal conclusión se debe al Italiano Pauli (1925) y por ello recibe el nombre de Principio de Exclusión de Pauli. 43

Antología de Química I

Para nosotros la consecuencia más importante que se deriva de tal principio es la siguiente: Principio de Construcción Progresiva ¿Has notado que se puede saber quien faltó en la clase por el asiento que está vacío?. Esto se debe a que hay un orden en la ubicación de los alumnos en el salón de clase y a esto se conoce como configuración del grupo, de esta misma forma los electrones están ubicados dentro del átomo y a este acomodo se le conoce como configuración electrónica. En un mismo orbital existen a lo sumo, dos electrones y cada uno de ellos posee un spin opuesto al del otro. Esta cuestión nos permite abordar lo que se conoce como CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA. Distribución de electrones El primer punto a tener en cuenta es que el número máximo de electrones que puede haber en una órbita es igual a 2n2 . La tabla adjunta nos indica cuál es ese número máximo para los distintos valores de n y los electrones que existen en cada uno de los subniveles (es decir cómo se distribuyen los electrones).

Orbita

Distribución electrónica por subniveles (los exponentes Número máximo de indican el número de electrones en cada electrones que existe en cada órbita. subnivel. 2 (N= 2n )

Notación literal

Notación numérica (n)

K

1

2X12 = 2

1S2

L

2

2X22 = 8

2S2 2P6

M

3

2X32 = 18

3S2 3P6 3d10

N

4

2X42 = 32

4S2 4P6 4d10 4f14

Esta regla no se aplica para los niveles 5º, 6º y 7º. La misma regla establece que en el nivel que quede como último no puede haber más de 8 de electrones, ni más de 18 en el penúltimo. 44

Antología de Química I

45

Antología de Química I

En el siguiente esquema se muestran los diagramas energéticos correspondientes a los cuatro primeros valores del número cuántico principal. Distribución de electrones en subniveles

DISTRIBUCIÓN ELECTRÓNICA POR SUBNIVELES

Número de orbitales

Número de electrones en cada subnivel

Número total de electrones

1s

1

2

2

2s

1

2

2p

3

6

1

2

3

6

3d

5

10

4s

1

2

3

6

5

10

7

14

Nivel Símbolos de de la los orbitales órbita subniveles 1 (K)

Distribución electrónica

2 (L)

8

3s 3 (M)

3p 18

4p 4 (N)

4d 4f

.

46

32

Antología de Química I

Relación entre la distribución electrónica y la tabla periódica actual.

I

Z

2 NIVEL

Z

2S

1S

1

3 NIVEL

Z

2P

3d

3s 3p

3

Li

11

Na

19

K

4

Be

12

Mg

20

Ca

5

B

13

Al

21

Sc

14

Si

22

Ti

15

P

23

V

24

Cr

25

Mn

26

Fe

H

2

Z

4 NIVEL

4S

4P

HE

6 7 8

C N O

16

S

9

F

17

Cl

10

Ne

18

Ar

27 28 29 30 31 32 33 34 35 36

Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr

El Hidrógeno posee un solo electrón se sitúa por consiguiente en el nivel 1s 1 y el helio tiene 2 electrones por lo que se completa el nivel 1s2 el Litio tiene 3 electrones tiene completo su primer nivel por lo tanto , el tercer electrón pertenece al segundo nivel que es el 2s 1 y así sucesivamente como se observa en la figura anterior.

47

Antología de Química I

Para determinar la distribución electrónica de los elementos de los restantes períodos se procedería análogamente, según las pautas acerca del orden de llenados de niveles y subniveles que se conoce como regla de las diagonales.

REGLA DE LAS DIAGONALES ARRIBA

1s 2s

2p

3s

3p

3d

4s

4p

4d

4f

5s

5p

5d

5f

6s

6p

6d

7s

7p

ABAJO

Los orbitales s se llenan con 2 electrones. Los orbitales p se llenan con 6 electrones. Los orbitales d se llenan con 10 electrones. Los orbitales f se llenan con 14 electrones. Ejemplos: Configuración electrónica del Sodio: Na 11 IS2 2S2 2P6 3S1 Configuración electrónica del Cloro: Cl17 IS2 2S2 2P6 3S2 3P5

48

Antología de Química I

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE Determina la configuración electrónica de los siguientes elementos: Fe 26 = K19

=

Sn50 = I53

=

Mg12 = Li3

=

Sb51 = In49

=

H1

=

Rb37 =

49

Antología de Química I

ACTIVIDAD DE EVALUACIÓN I. Subraya la respuesta correcta. 1. Partícula más pequeña en que se puede dividir la materia mediante procedimientos químicos, que interviene en los cambios o reacciones químicas: a) Átomo b) Electrón c) Protón 2. Es una pequeña parte del átomo que contiene prácticamente toda la masa: a) Electrón b) Núcleo c) Órbitas 3. Son aquellas partículas que constituyen al átomo: a) Partículas nucleares b) Partículas subatómicas

c) Partículas atómicas

4. Los protones, los electrones y los neutrones son partículas: a) Nucleares. b) Atómicas c) Subatómicas 5. Partículas que constituyen al núcleo: a) Electrón y protón. b) Neutrón y electrón c) Protón y Neutrón 6. Cantidad de electrones contenidos en un átomo neutro: a) Mayor que los protones b) Igual que los protones c) Menor que los protones 7. Símbolo que le corresponde a los protones: a) p+ b) e¯

c) n±

8. Resulta de la suma de los protones con los neutrones: a) Masa molecular b) Peso atómico c) Número de masa 9. Símbolo que le corresponde a la masa atómica ó número de masa: a) Z b) A c) MA 10. Es equivalente al número atómico: a) Número de neutrones b) Número de protones c) Número de nucleones 11. Símbolo que le corresponde al número atómico: a) NA b) Z

c) A

12. Es la fórmula para obtener el número de neutrones: a) A - Z b) p + e

c) A + Z

13. Unidad en que se mide la masa atómica: a) m.a.u. b) u.m.a

c) a.m.u.

50

Antología de Química I

14. Nombre que reciben los átomos que tienen el mismo número atómico pero diferente masa atómica ó número de masa a) Nucleones b) Iones c) isótopos 15. Para el Rubidio cuya Z = 11 y A = 23: a) p = 23, e = 23, n = 11 b) p = 11, e = 11, n = 23

c) p = 11, e = 11, n = 12

16. Para el Lantano cuya p = 57 y n = 82: a) Z = 57, e = 57, A = 52b) Z = 57, e = 57, A = 139

c) Z = 82, e =82, A =139

17. Nombre que reciben las diferentes posiciones en donde se puede mover un electrón: a) Valores de energía b) Niveles de energía c) paquetes de energía. 18. Valores numéricos que pueden tener los niveles de energía: a) n = -7 a +7 b) n = 1 a 7 19. Letras que representan a los niveles de energía: a) n,l,m,s b) K,L,M,N,O,P,Q

c) n = 0 a 7

c) s,p,d,f,

20. Son números que describen la región electrónica con mayor probabilidad: a) Números electrónicos b) números cuánticos c) Números atómicos 21. Es el número cuántico que indica el nivel de energía: a) Número magnético b) Número principal

c) Número secundario

22. Es la región con mayor probabilidad de encontrar un electrón: a) Nube electrónica b) Región electrónica c) Nube cuántica 23. Se define como las posiciones que guardan u ocupan los electrones en un átomo: a) Estructura atómica b) Configuración electrónica c) Estructura nuclear 24. Establece el orden que deben llevar los orbitales en la configuración electrónica a través de un esquema: a) Principio de Hund b) Principio de Afbau c) Principio de Pauli 25. Es la configuración electrónica para un átomo con diez electrones: a) 1s2, 2s2, 2p6 b) 1s2,2s2,2p5,3s1 c) 1s2,2s2,2p1, 3s2, 3p3

51

Antología de Química I

1.2 TABLA PERIÓDICA De los materiales y sustancias que normalmente usas en el hogar (Para cocinar y limpiar) toma pequeñas muestras y de acuerdo a sus características, ¿Cómo las clasificas? Escribe tus clasificaciones. Cuando entramos a una tienda de autoservicio como Walt Mart, GIGANTE y LEY podemos sentir la importancia no solo de que haya un orden en las cosas sino también de que exista una descripción de ese orden de esa misma forma, los primeros químicos sintieron la necesidad de que los elementos contaran con un símbolo y estuvieran ordenados y que hubiese una descripción de ese orden y se tuvo como consecuencia la tabla periódica. Anota que aspectos consideraste para la clasificación y ante que dificultades te enfrentaste. Estudia el contenido de tu antología sobre el tema “ Tabla periódica” o, investígalo en la bibliografía sugerida y contesta lo siguiente: a).- ¿Cuáles son los grupos o familias de la tabla periódica? b).- ¿Cuáles son los periodos? c).- Analiza y compara las propiedades periódicas tomadas en cuenta para la clasificación de los elementos. Ahora nos adentraremos en el fantástico mundo de los elementos químicos, con algunos de los cuales estamos en contacto directo diariamente y que son vitales para que existamos como son: oxígeno, hidrógeno, carbono y Nitrógeno entre otros. Algunos existen desde épocas antiguas y eran manipulados por nuestros antepasados, así lo ponen de manifiesto los restos fósiles encontrados, otros provienen de descubrimientos recientes, pero todos ellos conforman lo que conocemos como TABLA PERIODICA bienvenido a este interesante mundo. Entendemos por símbolo químico la forma simplificada de representar los elementos. 1.2.1 Organización de la tabla periódica Los antiguos griegos consideraban que todo lo que existía estaba formado por cuatro elementos y los simbolizaban de la siguiente manera.

Tierra

aire

agua

52

fuego

Antología de Química I

Con el transcurso del tiempo los alquimistas al conocer más elementos, también los representaron en formas abreviadas. Ejemplos:

Azufre

Hierro

Oro

Cobre

Plata

Posteriormente Dalton en el siglo XVIII, propuso otros símbolos para representar a los elementos conocidos en su tiempo. Ejemplos:

Hidrógeno

Nitrógeno Carbono

Oxígeno

Fósforo

Azufre

Al saber que el agua era un compuesto, no un elemento como lo consideraban los antiguos, formada por hidrógeno y oxígeno, la represento así:

En la actualidad sabemos que hay 114 elementos, 89 de los cuales existen en la naturaleza y el resto han sido creados artificialmente por el hombre. La representación de estos elementos en forma clara y sencilla, fácil de recordar, fue ideada por Berzelius en (1814). Para ello empleó las letras del alfabeto, usando la inicial del nombre del elemento o la inicial y otra letra representativa de dicho nombre. Los símbolos de los elementos químicos constan de una, dos y hasta tres letras como máximo. Si es una letra, debe ser mayúscula y si son dos ó tres letras, la primera es mayúscula y las restantes minúsculas invariablemente. 53

Antología de Química I

Nombre Carbono Hidrógeno Oxígeno Nitrógeno

Símbolo C H O N

Como hay varios elementos cuyos nombres tienen la misma inicial, entonces se usa una segunda letra representativa del nombre del elemento. Ejemplo: Nombre Cadmio Bario Calcio Bromo Cloro Cromo

Símbolo Cd Ba Ca Br Cl Cr

En la época en que vivió Berzelius ya se conocían algunos elementos con distintos nombres en los diferentes idiomas y para simbolizarlos recurrió a su nombre en latín.(En esa época el latín era el idioma científico aceptado universalmente). Ejemplos: Nombre en latín Sulfur Cuprum Phosphorus Ferrum Aurum Natrium

Símbolo S Cu P Fe Au Na

Nombre Azufre Cobre Fósforo Hierro Oro Sodio

Cuando hablamos de nomenclatura de los elementos nos referimos a sus nombres. Estos nombres han tenido orígenes diversos y varios se refieren a alguna característica del elemento.

Nombre Hidrógeno Bromo

Significado Productor de agua Olor fétido, desagradable 54

Antología de Química I

Plomo

Pesado

Otros nombres se refieren o tienen relación con alguna región o país. Nombre Galio Germanio Europio Californio

Relación Francia Alemania Europa California

Algunos se relacionan con astros: Nombre Astro Helio Sol Telurio Tierra Selenio Luna Uranio Urano Otros tienen nombre en honor a algún científico: Nombre Einstenio Mendelevio

Científico Einstein Mendeleev

Un símbolo de ninguna manera debe considerarse como una abreviatura del nombre del elemento, ya que con él se representa:  El elemento general  Un átomo de ese elemento  Su masa atómica El número atómico fue descubierto por Moseley (1913) al estudiar las longitudes de onda de los rayos X, emitidos por tubos de rayos catódicos en los que usó diferentes elementos como blanco (ánodo) del haz de electrones; observó que la longitud de onda depende del elemento usado como ánodo. Podemos decir que el número atómico indica el número de protones que hay en el núcleo del átomo y es igual al número de electrones cuando el átomo es neutro.

El número atómico se representa con la letra Z y se escribe en la parte inferior o superior izquierda del símbolo del elemento ejemplo. 55

Antología de Química I

z

x

Indica que el número atómico del hidrógeno es 1 por lo que el átomo tendrá un protón en su núcleo y un electrón, en base a esto analiza los siguientes ejemplos: Elemento 8 0 17 Cl 26 Fe

Protones 8+ 17+ 26+

Electrones 81726-

El numero de masa se indica con la letra A y se escribe en la parte superior derecha .

x

A

Conociendo lo que indica tanto el número atómico como la masa, se puede obtener el número de neutrones (n) restando al número de masa el número atómico. n = A–Z

56

Antología de Química I

El número de neutrones se escribe en la (Xn ).

aparte inferior derecha del símbolo del elemento

Ejemplo: z 92

U

238 A

146 n

El átomo de uranio tiene en su núcleo 92 protones, 146 neutrones y la suma de ambos es el número de masa. El número de masa y la masa atómica son dos conceptos diferentes aunque numéricamente son casi iguales. La masa atómica también llamada número de masa es la suma de protones y neutrones. No resulta práctico medir la masa en unidades convencionales por ejemplo grs. Para medir la masa de los átomos se emplea una unidad (u.m.a) unidades de masa atómica. Clasificación periódica de los elementos Desde principios del siglo anterior se ha tratado de clasificar a los elementos químicos atendiendo a sus semejanzas y diferencias. El primer intento serio se atribuye a Dobereiner quien, en 1817, sugiere colocar a los elementos conocidos en su tiempo en grupos de tres: Cloro, bromo y yodo; litio, sodio y potasio; azufre, selenio y telurio etc. los elementos que integran estos grupos llamados triadas de Dobereiner, tienen propiedades similares y además la masa atómica del elemento central de cada triada es el promedio de las masas de los otros dos. En 1865, Newlands ordena los elementos conocidos en su época en forma creciente atendiendo a su peso atómico y omitiendo al hidrógeno, observa que los grupos de cada octavo elemento son semejantes, es decir empezando en cualquier elemento, el octavo es como una repetición del primero. A este arreglo se le llama ley de las octavas de Newlands. Li Na

Be Mg

B Al

C Si

N P

O S

F Cl

Un arreglo más exacto de los elementos conocidos en 1869, se debe al químico ruso Mendeleev y en él se basan las actuales tablas periódicas.

Mendeleev estableció la Ley periódica, la cual indica que: ¨ Las propiedades de los elementos químicos están en función periódica de sus masas atómicas¨. La gran importancia de esta ley estriba en que muestra que la clasificación de los elementos es completamente natural. 57

Antología de Química I

De esta manera Mendeleev, al clasificar a los elementos, predijo la existencia de algunos cuyo descubrimiento fue posterior. En la tabla periódica de Mendeleev hay cuatro pares de elementos que no siguen el orden ascendente de su número de masa atómica; esto fue modificado a principios del presente siglo, cuando se conoció más a fondo la estructura del átomo y los elementos se ordenaron en forma creciente, atendiendo no a su masa, sino a su número atómico (Z); de tal forma que la ley periódica se modificó indicando que: “las propiedades de los elementos están en función de sus números atómicos”. Grupos y periodos de la tabla actual La tabla periódica es de forma alargada y dos renglones son separados de ella para no deformarla colocándose en la parte inferior. Esta formada por 18 columnas llamados grupos que se representan con números romanos los cuales se subdividen en dos series la ¨A¨ y la ¨B¨ El grupo VIII ¨B¨ esta formado por tres columnas se le llama el grupo de las triadas. IA

O IIA

IIIA IVA VA VIA VIIA

VIIIB IIIB IVB VB VIB VIIB

IB IIB

58

Antología de Química I

La tabla periódica está formada por 7 renglones que corresponden a los niveles de energía donde se distribuyen los electrones al realizar su configuración electrónica y se les llama períodos.

La tabla periódica también está dividida en bloques de acuerdo a su configuración electrónica: Bloque s: Lo conforman los elementos del grupo IA y IIA, y se caracterizan porque sus configuraciones electrónicas terminan en s1 ó s2, siendo su fórmula Ns1, Ns2. Donde n = Nivel de energía o período. Bloque p: Lo conforman los elementos de los grupos IIIA, IVA, VA, VIA, VIIA y 0. se caracterizan por que sus configuraciones electrónicas terminan en el subnivel p, siendo su fórmula Ns2, p1… p6 . Bloque d: Lo conforman los elementos de los grupos IIIB… IIB, se caracterizan por que sus configuraciones electrónicas terminan en el subnivel d, siendo su fórmula Ns2(N – 1)d1..d10. Bloque f: Se caracteriza por que sus configuraciones electrónicas quedan en el subnivel f y su fórmula es: (N – 2) f1…f14

59

Antología de Química I

BLOQUES DE LA TABLA PERIÓDICA

Ubicación y característica de los elementos Los conocimientos anteriores son fundamentales para comprender algunas de las propiedades químicas de los elementos, ya que se ha demostrado que durante los cambios químicos el núcleo atómico no sufre alteración alguna y que son los electrones de los subniveles exteriores los que juegan un papel determinante en dichos cambios. Empleando como criterio ordenador la configuración electrónica y observando las 4 clases o bloques de elementos (s,p,d,f,), se pueden reconocer 4 tipos fundamentales de elementos: ⇒ Gases raros o gases nobles. ⇒ Elementos representativos. ⇒ Elementos de transición. ⇒ Elementos de transición interna. Gases raros o gases nobles. Se localizan en la última columna de la tabla periódica, se caracterizan porque al revisar su configuración electrónica poseen todos sus niveles de energía llenos, es decir, son los únicos estables, localizándose en el bloque p y su valencia es 0. Elementos representativos. Lo conforman los grupos de la serie A. Se les llama así ya que al realizar su configuración electrónica el número de electrones del último nivel de energía coincide con el grupo al que pertenecen y se localizan en el bloque s y p, en ellos encontramos elementos como metales alcalinos que pertenecen al grupo IA que son electropositivos y químicamente son los mas activos tienen un electrón en su último nivel, lo cual coincide con su valencia. También se encuentran los metales alcalinotérreos que tienen dos electrones en su último nivel de energía que es su valencia, son menos electropositivos que los alcalinos y pertenecen al grupo IIA. Encontramos también a los halógenos que pertenecen al grupo VIIA, 60

Antología de Química I

en su nivel exterior tienen 7 electrones, se localizan en el bloque p, son muy electronegativos, tienden a ganar un electrón y se encuentran libres en la naturaleza. Elementos de transición. Lo constituyen los grupos de la serie B, se localizan en la parte media de la tabla periódica, es posible que estos elementos pierdan o compartan electrones, lo conforman los verdaderos metales por las características que presentan: brillo, aspectos metálicos, buenos conductores de calor y electricidad, ductibilidad, maleabilidad y altas masas moleculares. Elementos de transición interna. Se caracterizan por localizarse en el bloque f, son de estructura compleja y generalmente son de origen artificial y de propiedades radioactivas. Se encuentran separados de la tabla periódica y se les llama lantánidos y actínidos

1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

37

38

39

40

41

42

43

44

2 3 27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

47

48

49

50

51

52

53

54

78

79

80

81

82

83

84

85

86

4 45

46

5

1

I

55

56

57

72

73

74

75

76

77

87

88

89

104

105

106

107

108

109

58

59

60

61

62

63

64

65

66

67

68

69

70

71

90

91

92

93

94

95

96

97

98

99

100

101

102

103

6 7

Lantánidos Actínidos

De acuerdo con ciertas características comunes, los elementos de la tabla periódica también se clasifican en metálicos y no metálicos. Observa en la tabla anterior las líneas escalonadas que te indican dicha clasificación.

61

Antología de Química I

Los elementos metálicos tienen las siguientes características: a). b). c). d). e).

Conducen fácilmente el calor y la electricidad Tienen brillo metálico En general son dúctiles, tenaces y maleables Todos excepto Mercurio, Galio, Cesio y Francio son sólidos a temperaturas ordinarias. Al unirse con los no metales, ceden parte de sus electrones, por lo que en estos compuestos tienen carga positiva. f). Tienen menos de cuatro electrones en su último nivel. Los No metales se caracterizan por las siguientes propiedades: a). No son conductores de la electricidad, a excepción del Carbono bajo la forma de grafito. b). Al unirse con metales reciben electrones, por lo que en los compuestos a que dan origen tienen carga negativa. c). Tienen más de cuatro electrones en su último nivel. Los elementos de la frontera (Boro, Silicio Germanio, Arsénico y antimonio) son por ejemplo semiconductores, es decir conducen la corriente eléctrica pero en mucho menor grado que los metales. A estos se les conoce como metaloides. 1.2.2. Propiedades periódicas Radio, volumen atómico y electronegatividad No te quiebres la cabeza y compara a las personas con los átomos: Las personas tienen tamaño, los átomos también, (tamaño atómico). Las personas se resisten a que les quiten el dinero, como los átomos se resisten a que les quiten los electrones (Potencial de ionización), a las personas les gusta quitar o ganar dinero, como a los átomos les gusta ganar o quitar electrones (Afinidad electrónica). Las personas están en competencia con el dinero cuando están asociados, los átomos entran en competencia por los electrones de enlace cuando están asociados (Electronegatividad). Y mientras más grandote y pesado (tamaño atómico) sean los átomos disminuye la cantidad de sus otras propiedades (Potencial de ionización), (afinidad electrónica), (Electronegatividad) y su reactividad (enlaces). Experimentalmente solo pueden medirse las distancias entre átomos y los radios se deducen a partir de esas distancias; según sea el tipo de enlace: Covalente, Iónico, o Metálico, se establecerán los correspondientes: radio covalente, radio metálico.

62

Antología de Química I

Radio atómico (R.A).- Se define como la mitad de la distancia de enlace entre dos átomos a lo largo de un grupo aumenta y a lo largo de un período disminuye. Cl

Cl

Potencial de ionización (P.I).- Es la cantidad de energía necesaria para quitarle un e - a un átomo, es decir, convertirlo en un anión y a lo largo de un grupo disminuye y a lo largo de un período aumenta. Electronegatividad (E).- Es la facilidad que presenta un átomo de ganar o retener electrones.

1.3.7 Afinidad electrónica (A.E) Es la energía que se libera cuando un átomo recibe un e - y se convierte en un átomo cargado negativamente (anión).

1.3.8 Aplicación e importancia de algunos elementos de la tabla periódica Los elementos metálicos, gran cantidad de ellos representan, aplicaciones en la industria de la metalurgia como, el hierro, el cobre, el níquel, el cromo, el aluminio, etc. Otros metales como la plata, el platino y el oro, son de gran aplicación en la joyería. Algunos elementos de los gases nobles como el neón y el argón son muy empleados para anuncios luminosos. 63

Antología de Química I

Los halógenos como el cloro, el bromo y el yodo, son empleados para formar una serie de derivados químicos, como decolorantes, bactericidas, germicidas, etc. El fluor es empleado en la prevención de caries. Otros elementos importantes son el oxígeno, bastante empleado en reacciones químicas, pero principalmente en los hospitales, como ayuda a los enfermos con deficiencia respiratoria. Hay elementos muy peligrosos, por su inestabilidad y capacidad de reaccionar energéticamente y provocar gran liberación de energía, como el uranio, el radio, el torio, entre otros que son radioactivos, empleados para la producción de energía nuclear. Repercusiones ecológicas de algunos elementos La producción industrial de toneladas de compuestos químicos, necesarios para el desarrollo de innumerables procesos, así como la fabricación de miles de toneladas de envases metálicos o plásticos para la distribución de un sinnúmero de productos, están contribuyendo día con día al deterioro de la naturaleza. Las repercusiones graves en la ecología son debidas al poco control que se tiene sobre los residuos de diferentes procesos, que generan un desequilibrio en los ecosistemas al ser depositados a campo abierto, vertidos en mantos acuíferos o expulsados a la atmósfera, dañando considerablemente nuestro entorno. Elementos como el cromo, plomo, el arsénico y el azufre; compuestos complejos como el cianuro, álcalis, los ácidos, etc., afectan considerablemente a los organismos. Así también, algunos insecticidas como el D.D.T., el malatión, el paratión, los compuestos fenólicos y los herbicidas. El empleo de estos reactivos en el campo es muy riesgoso, debido a que son poco selectivos y la gran mayoría son absorbidos por los vegetales afectando la cadena alimenticia y, en consecuencia, al hombre, que se ve afectado al consumir animales o frutas y legumbres contaminados con estos tóxicos.

64

Antología de Química I

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE I. Escribe el símbolo, valencia y si es metal o no metal de los siguientes elementos: Cesio Zinc Plata Cobre Fósforo Cloro Estaño Níquel Cromo Escandio

________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________

________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________

________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________

Paladio Vanadio Boro Carbono Antimonio Estroncio Silicio Sodio Bario Bromo

________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________

________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________

________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________

II. Escribe el nombre, valencia y si es metal o no metal de los siguientes elementos. K Mn Fe Ca N Ni As Te P Mo

___________ ___________ ___________ ___________ ___________ ___________ ___________ ___________ ___________

________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________

________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________

Co Ga Pd Si Ti Se C Mg Ag Li

65

___________ ___________ ___________ ___________ ___________ ___________ ___________ ___________ ___________ ___________

________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________

________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________

Antología de Química I

III. De acuerdo a su posición en los bloques de la tabla periódica, ubique a: Elemento cuya configuración termina en 4p5 Elemento cuya configuración termina en 3s2 Elemento cuya configuración termina en 7s1 Elemento cuya configuración termina en 2p2 Elemento cuya configuración termina en 3d5 Elemento cuya configuración termina en 5p4 Elemento cuya configuración termina en 4f6 Elemento cuya configuración termina en 6d3 Elemento cuya configuración termina en 4d8 Elemento cuya configuración termina en 6p6

IV. Escribe una V dentro del paréntesis si el enunciado es verdadero o una F si es falso. 66

Antología de Química I

1. Los periodos en la tabla periódica indican los niveles de energía en los átomos . . . . . . .(

)

2. Las propiedades de los elementos son función periódica de su peso atómico . . . . . . . . (

)

3. En el Bloque S se conoce a los elementos como tierras raras . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . (

)

4. Los gases nobles son muy reactivos por tener su última capa electrónica completa. . . . (

)

5. La configuración electrónica externa de un elemento del grupo II A es S2. . . . . . . . . . . (

)

ACTIVIDAD DE EVALUACIÓN I. Distribuye en niveles de energía según el modelo de Bohr los electrones de algunos elementos de cada uno de éstos grupos IA

VA

H Li Na

N P As

IIA

VIA

Be Mg Ca

O S Se

IIIA

VIIA

B A Ga

F Cl Br

IVA

VIIIA

Ge_____________________ Si______________________ C

He Ne Ar

67

Antología de Química I

II. Contesta: 1. ¿Cuántos electrones tienen en su último nivel los átomos de los elementos del grupo IA? 2. ¿Cuántos electrones tienen en su último nivel energético los átomos de los electrones del grupo IIA? 3. ¿Cuántos electrones tienen en su último nivel los átomos de los elementos del grupo IIIA? 4. ¿Y los del IVA? 5. ¿Los del VA? 6. ¿Los del VIA? 7. ¿Los del VIIA? 8 ¿Los del grupo VIIIA? 9. Entonces, ¿Qué te indica el número de los grupos A? ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________ 10. Como ya indicamos, a los renglones horizontales se les llama períodos y se les asignan los números 1,2,3,4,5,6,7. ¿Con qué relacionas esos 7 números? III. Observa la distribución electrónica que hiciste anteriormente y contesta: 1. ¿En qué período se encuentra el Hidrógeno (H) y el Helio (He)?______________________

2. ¿Cuántos niveles de energía tienen?_____________________________________________ 3. ¿En qué periodo se encuentra el Li, Be, B, C, N, O, F y Ne?_________________________ ___________________________________________________________________________ 4. ¿Cuántos niveles de energía tienen? __________________________________________ 5.¿Cuántos niveles de energía tienen los del tercer periodo?__________________________ 68

Antología de Química I

__________________________________________________________________________ 6- ¿ Y los del cuarto período? _________________________________________________ 7. ¿Y los del quinto?_________________________________________________________ 8. ¿ Y los del sexto?_________________________________________________________ 9.¿ Y los del séptimo? _______________________________________________________ 10. ¿Qué te indica el número del periodo?________________________________________ IV. Observa la tabla periódica y contesta: 1.- ¿Cuántos elementos forman el primer período?___________________________ 2. ¿Cuántos elementos forman el segundo período? __________________________ 3. ¿Y el tercero? ______________________________________________________ 4. ¿Y el cuarto? _______________________________________________________ 5. ¿Y el quinto? _______________________________________________________ 6. ¿Y el sexto? _______________________________________________________ 7. ¿Y el séptimo? _____________________________________________________ 8. ¿En que período se encuentra el yodo (I)? ________________________________ 9. ¿En cual grupo está? ________________________________________________ 10. ¿Cuántos niveles de energía tiene un átomo de yodo?______________________ 11. ¿Cuántos electrones tiene en su último nivel?____________________________ 12. ¿En que período se localiza el Calcio (Ca)?______________________________ 13. ¿En cual grupo se encuentra? ________________________________________ 14. ¿Cuántos electrones tiene el átomo de calcio en su último nivel? _____________ 15. ¿Cuántos niveles tiene? _____________________________________________ 69

Antología de Química I

V. Localizándolos en la tabla periódica, indica el número de niveles y el número de electrones que tienen en su último nivel los siguientes átomos. Elemento Aluminio (Al) Sodio (Na) Fósforo (P) Cloro (Cl) Argón (Ar) Francio (Fr) Radio (Ra)

Número de e- en el último nivel

Número de nivel

VI. De los siguientes grupos de elementos identifica cuales son Gases raros (gases nobles), Elementos representativos, Elementos de Transición y Elementos de Transición Interna. GRUPO 1

GRUPO 2

GRUPO 3

GRUPO 4

Actino ( Ac) Terbio ( Tb) Americio ( Am) Holmio (Ho) Uranio (U) Lantano (La) Plutonio (Pu)

Helio (He) Criptón (Kr) Xenón (Xe) Neón (Ne) Argón (Ar) Radón (Rn)

Fierro (Fe) Plata (Ag) Zinc (Zn) Mercurio (Hg) Cobre (Cu) Níquel (Ni) Manganeso (Mn)

Sodio (Na) Calcio (Ca) Cloro (Cl) Oxígeno (O) Carbono (C) Aluminio (Al) Nitrógeno (N)

GRUPO 1: ______________________________ GRUPO 2: ______________________________ GRUPO 3: ______________________________ GRUPO 4: ______________________________ VII. De la siguiente relación de elementos Metaloides

identifica si son Metales, No Metales o

Los elementos, boro (B), silicio (Si), germanio (Ge), arsénico (As), antimonio (Sb), telurio (Te), polonio (Po), astato (At), son ____________________.

70

Antología de Química I

1.3 ENLACES QUÍMICOS En hojas de diferentes colores ( rojo, verde, amarillo, azul ), dibuja y recorta círculos de aproximadamente 3 cms. de diámetro y únelos en las proporciones de las fórmula químicas que recuerdes, tomando en cuenta que los colores representarán a un elemento químico, (hidrógeno, carbono, oxígeno, etc, etc;). Escribe el nombre de cada fórmula que estructuraste. La sociedad está constituida por humanos y los humanos por átomos, por lo tanto, los enlaces sociales se pueden utilizar para entender a los enlaces químicos. En la sociedad se dan enlaces amistosos tanto en hombres como en mujeres, entre los átomos se dan enlaces entre metales como: Hg-Au y Hg-Pt. Entre no metales. Ejemplo: S y O; C y O; y C y Cl. También se dan enlaces entre hombre y mujeres como en los átomos se dan enlaces entre metales y no metales. Por ejemplo: Na y O; C y Ce; y Fe y Br De la información que encuentres en tu antología, contesta lo siguiente: a).- ¿Que es un enlace químico? b).- ¿ Cuántos tipos de enlace químico existen? c).- ¿ Cuáles son las características de cada uno de ellos? A continuación te invitamos a que aprendas de mejor manera como se lleva a cabo las uniones entre los átomos que traen como resultado la formación de los diferentes compuestos. Las diferencia entre los átomos y los iones. El concepto de valencia. La naturaleza de los enlaces químicos. Diagramas por puntos electrónicos de Lewis. Enlace Iónico. Enlace covalente. Enlace metálico. Fuerzas de Van der Waals. Puente de Hidrógeno.

71

Antología de Química I

1.3.1 Enlaces interatómicos Los átomos de los elementos tanto metálicos, como no metálicos, son eléctricamente neutros, cuando no se encuentran combinados. Esto se debe a que los átomos tienen el mismo número de cargas positivas (protones) y cargas negativas (electrones). Estas cargas se neutralizan, por lo que su carga eléctrica global es nula. ¿Porqué se unen los átomos? Los átomos se unen para lograr la configuración electrónica estable, ya sea perdiendo o ganando electrones periféricos conviertendose en: CATIONES (son átomos que han perdido electrones al combinarse) IONES ANIONES (son átomos que han ganado electrones al combinarse)

72

Antología de Química I

Los átomos de los metales que han perdido uno o más electrones periféricos al combinarse, se convierten en iones positivos, estos reciben el nombre de cationes. El número de carga eléctrica positiva que adquieren depende del número de electrones que hallan perdido, quedan con una carga eléctrica positiva por cada electrón que han perdido. ÁTOMO METÁLICO

− ELECTRÓN (ES) = CATIÓN

Los átomos que han ganado uno o más electrones al combinarse, se convierten en iones negativos, estos reciben el nombre de aniones. El número de cargas eléctricas negativas que adquieren depende de el número de electrones que hallan ganado, quedando con una carga eléctrica negativa por cada electrón que han ganado. ÁTOMO NO-METALICO

+ ELECTRÓN (ES) = ANIÓN

EJEMPLO: -11 electrones

Na

-

+11 protones

. 0 (eléctricamente neutro)

Na - 1e¯ (átomo de sodio)

= Na+1 (ión sodio)

)))

(7(8(2

1

1

2 8 1

Na+

+

17 electrones

Cl + 17 protones

. 0 (eléctricamente neutro) Cl + 1e- = Cl+1 (átomo de cloro) (ión cloro)

) ) 8(2

2 8

Cl -

NaCl

Al unirse químicamente el Na con el Cl, el sodio pierde un electrón y se convierte en ión sodio con una carga eléctrica positiva; a su vez, el cloro gana el electrón que el sodio perdió y se convierte en ión cloro con una carga eléctrica negativa, como vez, las cargas eléctricas se compensan y la nueva molécula formada de NaCl (cloruro de sodio), queda eléctricamente neutra.

73

Antología de Química I

Todas las moléculas de todas las sustancias, al igual que los átomos aislados, son eléctricamente neutros. El concepto de valencia: Algunos elementos al combinarse químicamente pierden o ganan un número fijo de electrones, en cambio otros, pierden o ganan un número variable de electrones. Al número de electrones ganados o perdidos por los elementos al combinarse químicamente, se le llama valencia.

Así tenemos elementos:

Positivos (los que ceden un electrón al combinarse) Ejemplo: Li+, K+ monovalentes Negativos (los que reciben un electrón al combinarse) Ejemplo: Cl- , I-

Positivos: (los que ceden dos electrones al combinarse) Ejemplo: Ca+2 , Zn+2

Divalentes

Negativos: (los que reciben dos electrones al combinarse) Ejemplo: O−2 , S−2 Positivos (los que ceden tres electrones al combinarse) Ejemplo : Al+3 Trivalentes Negativos: ( los que reciben tres electrones al combinarse). Ejemplo: P−3 Debes de tener presente que las propiedades químicas de las sustancias se manifiestan precisamente durante su intervención en las reacciones químicas. La propiedad que tienen los elementos no-metálicos de captar electrones, se llama electronegatividad. La propiedad que tienen los elementos metálicos de electropositividad.

74

ceder electrones,

se llama

Antología de Química I

Na

Cl = NaCl

Electropositivo Al

Electronegativo O

Al

O = Al2O3 O

Ag S Ag

= Ag2S

DIAGRAMA POR PUNTOS ELECTRÓNICOS DE LEWIS. Los electrones de valencia se transfieren de un átomo a otro para formar un enlace iónico. Por esta razón es conveniente utilizar los diagramas por puntos electrónicos de Lewis para representar la configuración de los electrones de valencia de los átomos. Se utiliza un punto para indicar un electrón de valencia y estos se sitúan alrededor del símbolo del elemento. En cada espacio hay lugar para dos puntos. Se colocan solos, y después por pares (para los elementos que tienen mas de 4 electrones de valencia). 75

Antología de Química I

Ejemplos:

.. :I :

.

..

.

H

:S.

.C.

.

.

. Enlace entre átomos

Ya aprendiste que los compuestos químicos se forman cuando se unen elementos de diferente naturaleza, formando así las moléculas de los compuestos. Además sabes que se pueden formar moléculas de un mismo elemento. Lo importante ahora es saber ¿de qué naturaleza son las uniones o enlaces que hacen posible que se formen esas moléculas? Los átomos se unen entre sí en las moléculas mediante varios tipos de enlaces químicos, que pueden ser: Atómicos

Enlace Iónico Enlace Covalente Enlace Covalente Coordinado

Energía y longitud de enlace LA ENERGÍA DE ENLACE "La energía de enlace es la cantidad de energía que se libera cuando se rompe un enlace, esta misma cantidad de energía corresponde a la formación de la unión. En una reacción compleja como la combustión del papel, el proceso rompe muchos enlaces en los reactivos y se forma otro tipo de unión en los productos. Si la energía total necesaria para romper los enlaces de los reactivos es menor que la energía total liberada al formarse los enlaces de los productos, la reacción es exotérmica. Si la situación es a la inversa la reacción es endotérmica. Al hablar de los tipos de enlace no es conveniente establecer reglas rígidas para generalizar que un determinado compuesto en el que se afirma un tipo de enlace iónico o covalente, existen muchos compuestos que no pueden incluir estrictamente en ninguno de los dos.

Enlace iónico El enlace iónico se establece cuando un elemento electropositivo se une con un elemento electronegativo, como tienen cargas eléctricas de distinto signo, se atraen entre sí y se unen formando un conjunto eléctricamente neutro que resulta ser una molécula.



  76

-

-

Antología de Química I

Recuerda que un ión es un átomo que por ganancia o pérdida de electrones adquiere o pierde una o más cargas eléctricas.



ESTRUCTURA ELECTRÓNICA

ATOMO DE SODIO

IÓN SODIO

Na+1

Na Ejemplo: Cl-1 + Ag+1 ————— Ag Cl2 Cl-1 Ión cloro

Ión plata

Molécula de cloruro de plata

I-1 + I-1 Ión Yodo

Ba+2 ————— Ba I2

Ión bario

Molécula de yoduro de bario

Enlace covalente Este tipo de enlace se presenta cuando dos elementos comparten un par de electrones. Dando lugar al enlace covalente simple que es cuando cada uno de los elementos aporta un electrón para formar el enlace. El primer elemento que presenta este tipo de enlace es el hidrógeno. En donde dos átomos comparten sus electrones: Ejemplo de enlace covalente simple: H

+

H ----------------→ H : H H

H

H:H

H–H 77

Antología de Química I

Ejemplo de enlace covalente doble: .. .. .. .. O : + : O ----------------------→ O : : O .. .. .. ..

O

O

O :: O

O=O

Ejemplo de enlace covalente triple: .. . . .. .. . .. N : + : N -------------------→ N : N

N

N

N

N ≡ N

N

Piensa que dos átomos idénticos comparten un par de electrones en un enlace covalente, ejemplo el Cl2. Los dos átomos tienen la misma electronegatividad, los electrones se comparten por igual entre los dos núcleos. Esto dará como resultado que el centro de la carga positiva y el centro de la carga negativa se hallen a la mitad a lo largo del enlace entre los dos núcleos. A este tipo de enlace se le conoce como enlace covalente no polar. Ahora imagina que dos átomos diferentes comparten electrones. Se espera que uno de los átomos atraiga a los electrones con mayor fuerza que el otro, de manera que los electrones estarán mas cerca del átomo más electronegativo. Esto trae como consecuencia que el centro de la carga positiva no se encuentre en el mismo lugar que el centro de la carga positiva. Esta distribución desigual origina dos polos eléctricos en la molécula. A esta clase de enlaces se le conoce como enlace covalente polar.

78

+ −

−

Antología de Química I

..

H : Cl : . .

..

H :Cl : ..

H

Cl

Enlace covalente coordinado Existe un caso en el cual se forma un enlace covalente, cuando uno de los dos átomos aporta el par electrónico. A este tipo de enlace se le llama covalencia coordinada, recibe este nombre porque existe una coordinación entre los dos átomos, para que ambos puedan cumplir con la regla del octeto. Este enlace se presenta cuando un átomo tiene un par de electrones libres (por ejemplo, el nitrógeno, Oxigeno y el azufre, entre otros) y los comparte con otro átomo que necesita de ese par electrónico para completar con 8 electrones su capa de valencia. El enlace covalente coordinado, se forma de manera diferente que el enlace covalente compartido, pero una vez formados no existe ninguna diferencia entre ellos. Cuando en una molécula existe un enlace covalente coordinado se indican con el símbolo que va dirigido del átomo que corta el par de electrones hacia el que lo recibe. Por ejemplo el ácido sulfúrico H2SO4

O .. .. H - O - S-O -H ..

..

O Enlace Metálico Como su nombre lo indica, es el enlace que ocurre entre los átomos de los metales. Podemos representar a un metal como un enrejado de iones positivos colocados en los nudos de una red cristalina y sumergida en un mar de electrones móviles. En el enlace metálico los electrones se pueden mover en todos sentidos y esto es lo que diferencia al enlace metálico del enlace covalente.

79

Antología de Química I

Recuerda que por la gran movilidad de los electrones de valencia, los metales son buenos conductores del calor y de la electricidad. También debido a esa movilidad, presentan brillo, son dúctiles y maleables.

Electronegatividad La facilidad que presenta un átomo de una molécula por atraer electrones, es la llamada electronegatividad de dicho átomo. Cuanto mayor es el potencial de ionización de un elemento, tanto mayor es su electronegatividad. Cuanto más fuerte es el enlace tanto mayor será la diferencia de electronegatividades. 80

Antología de Química I

Al unirse dos átomos de diferentes electronegatividades mediante un enlace covalente, la pareja de electrones se encuentra más cerca del átomo de mayor electronegatividad. Debido a esto uno de los átomos es más negativo que el otro y el enlace adquiere carácter polar o, hasta cierto punto iónico.Según Pauling cuando dos átomos tienen una diferencia de electronegatividades suficiente (de alrededor de dos unidades) los enlaces que se forman tienen un carácter principalmente iónico, esto es, son enlaces iónico-covalentes. Cuando la diferencia de electronegatividades sea inferior a dos, los enlaces son principalmente covalentes, esto es, son ahora enlaces covalenteiónico. Por tanto los enlaces pueden ser: a) Covalentes b) Covalentes – Iónicos c) Iónicos-Covalentes d) Iónicos

Los átomos de menor electronegatividad son aquellos en los cuales se acaba de empezar un nuevo nivel energético con tan solo uno o dos electrones “s”. Los átomos de mayor electronegatividad son aquellos en los que un subnivel “p” prácticamente lleno. Los átomos cuyos subniveles “d” electronegatividad intermedia.

está

y “f” se encuentran parcialmente llenos, poseen una

Tabla de electronegatividades

81

Antología de Química I

2.1 1.0 1.5

2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

0.0 1.2

1.5 1.8 2.1 2.5 3.9

0.8 1.4 1.3 1.5 1.6 1.6 1.5 1.8 1.8 1.8 1.9 1.6 1.6 1.8 2.0 2.4 2.8 0.8 1.0 1.3 1.4 1.6 1.6 1.5 2.3 2.2 2.2 1.9 1.7 1.7 1.8 1.9 2.1 2.1 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.5 2.2 2.2 2.2 2.4 1.9 1.8 1.8 1.9 2.0 2.0 0.7 0.8 1.1

Propiedades de las substancias en función de su estructura Existen dos familias: los compuestos covalentes y los compuestos iónicos; para determinar a cual de las dos familias pertenece un compuesto dado, se emplean características en término de los tipos de enlace que existen en un compuesto. Las propiedades que puede tener un compuesto quedan determinadas principalmente por su estructura, es decir, por la disposición de los electrones y los núcleos. Para entender la estructura, se debe comprender que mantiene unidas a esas partículas cualquiera que sea su naturaleza, a esa unión se le denomina "enlace". Características más notables de las sustancias iónicas:  Si son solubles en agua, la solución conducirá electricidad.  Si son insolubles en agua; pero fusionables, la masa fundida conducirá electricidad. Ejemplos de substancias iónicas:  Sales (cloruro de sodio y sulfato de bario).  Óxidos metálicos (oxido de sodio y óxidos de hierro).  Carbonatos y bicarbonatos Características más notables de las sustancias covalentes:  Si son solubles en agua, la solución no conducirá electricidad (excepto en unos cuantos casos).  Si son insolubles en agua, pero fusionables, la masa fundida no conducirá electricidad. Ejemplos de substancias covalentes: 82

Antología de Química I

 Agua, alcoholes, azúcares, grasas y aceites, lacas, perfumes, y la mayor parte de las drogas y los colorantes. 1.3.2 Enlaces intermoleculares Radios de Van Der Waals y Enlace por Puente de Hidrógeno Las atracciones de Van der Waals son débiles atracciones de carácter electrostático entre moléculas. Es el enlace más débil de todos y se debe a la deformación de la configuración electrónica de cada átomo, que es provocada por la influencia del campo eléctrico de los átomos vecinos. Con estos enlaces se pueden explicar las fuerzas de cohesión de los líquidos y los gases.

Fuerzas de Van der Waals Enlace por Puente de Hidrógeno: Se establece entre las moléculas que contienen hidrógeno unido a átomos de elementos altamente electronegativos como el flúor, cloro, oxígeno, nitrógeno. Es un tipo de enlace intermolecular, la región parcialmente positiva del hidrógeno será atraída por la región parcialmente negativa del cloro, flúor, o del otro elemento. Ciertos compuestos como el Amoníaco, el agua, contienen en sus moléculas átomos de hidrógeno, en este caso, el hidrógeno es atraído por dos átomos de elementos electronegativos; con uno de ellos se une por medio de un enlace covalente normal y con el otro, por una unión especial llamada Enlace de hidrógeno o Puente de hidrógeno. El enlace por puente de hidrógeno es de naturaleza electrostática y su fuerza es mucho menor que la del enlace covalente, pero mayor que las fuerzas de Van der Wals. Los dos átomos que se unen mediante puente de hidrógeno deben de ser muy electronegativos y de volumen pequeño, como el oxígeno, el nitrógeno, el flúor.

H

H

H 83

Antología de Química I

O

O H

H O H

H

O

O H

H

H

Un comportamiento anormal del agua es el volumen que ocupa en estado líquido y en estado sólido (hielo). Este volumen es mayor en estado sólido que en estado líquido, cuando debería ser lo contrario. Su explicación es que sus moléculas están unidas por puentes de hidrógeno. En el estado líquido las moléculas se entrecruzan libremente, mientras que en el estado sólido se elimina el movimiento molecular. En el hielo hay mucho espacio entre las moléculas, debido a la rigidez de los puentes de hidrógeno..

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE I. Contesta lo que se te pide. 1. ¿A qué se le llama enlace químico?

2. ¿Cuándo ocurre el enlace iónico?

3. Encierra en un círculo los compuestos formados por un enlace iónico: NaCl; CO2 NH3 K2S CaO Cu2S CH4 Cu2O 4. Representa con estructura de Lewis: Na2S CO2

N2 84

CH4

HCl AlCl3

Antología de Química I

5. ¿Qué es un enlace covalente? 6. Escribe la estructura de Lewis para el H2SO3 7. ¿Qué es y cómo se origina el enlace por puente de Hidrógeno? II. Con la lista de los siguientes elementos; (hidrogeno, sodio, cloro, litio, flúor, azufre, nitrógeno, potasio, calcio, selenio, oxigeno, boro, radio, francio, fósforo, carbono, bromo, berilio, magnesio y rubidio) y auxiliándote de la tabla periódica elabora 5 ejemplos de cada uno de los siguientes enlaces: Iónico Covalente polar Covalente no polar Covalente coordinado Puente de hidrógeno

85

Antología de Química I

ACTIVIDAD DE EVALUACIÓN I. Subraya la respuesta correcta. 1.- Es la fuerza que mantiene unidos a los átomos en un compuesto: a) Enlace químico b) Enlace iónico c) Afinidad electrónica 2.- Configuración electrónica que contiene 8 electrones en la última capa: a) Configuración inestable b) Configuración estable c) configuración irregular 3.- Son átomos que tienden a ganar electrones adquiriendo carga negativa: a) Electropositivos b) Electronegativos c) Anfóteros 4.- Se clasifica en enlaces atómicos y moleculares: a) Enlaces químicos b) Enlaces iónicos

c) Enlaces moleculares

5.- Es la fuerza que mantiene unidos a los átomos en un compuesto: a) Puente de hidrógeno b) Enlace atómico c) Enlace molecular. 6.- Se puede clasificar en: Enlaces Iónicos, covalentes y moleculares. a) Enlace químico b) Enlace molecular c) Enlace atómico 7.- Fuerza electrostática que se da por una transferencia de electrones del átomo menos al mas electronegativo a) Enlace iónico b) Enlace covalente c) Enlace metálico 8.- Es un átomo poco electronegativo que pierde electrones adquiriendo carga positiva: a) Anfótero b) Catión c) Anión 9.- Es un átomo muy electronegativo que gana electrones adquiriendo carga negativa a) Anfótero b) Catión c) Anión 10.- Establece que los electrones que participan en los enlaces son los que se encuentran en la última capa a) Teoría de Lewis b) Teoría de Dalton c) Teoría de Rutherford 11.- Son los electrones que se encuentran en la última capa: a) Electrones de enlace b) Electrones de valencia c) Electrones diferenciales

86

Antología de Química I

II. Contesta en el paréntesis una F si es falso ó una V si es verdadero. 1. (

) El enlace iónico se define como la unión entre dos átomos mediante uno o mas pares de electrones que se comparten hasta lograr la estabilidad.

2. (

) Los enlaces covalentes se clasifican en: simples, dobles y triples.

3. (

) El enlace covalente simple se define como la unión entre dos átomos, mediante un par de electrones y se representa con una barrita

4. (

) Enlace covalente triple es la unión entre dos átomos mediante dos pares de electrones y se representa con dos barras entre los símbolos

5. (

) Enlace covalente simple es la unión entre dos átomos, mediante tres pares de electrones y se representa con tres barras

6. (

) Enlace covalente no polar es la unión entre dos átomos muy con la misma afinidad electrónica.

7. (

) Enlace covalente coordinado es la unión entre dos átomos por un par de electrones, aportados por uno de los átomos y compartidos por los dos.

8. (

) Enlace iónico es la interacción entre dos o más moléculas para formar sustancias.

9. (

) En los enlaces atómicos Hidrógeno

10. (

electronegativos pero

tenemos a las fuerzas de Van der Waals y el puente de

) El puente de hidrógeno es la unión entre moléculas polares y un par de electrones no compartidos de otra molécula.

87

Antología de Química I

1.4 NOMENCLATURA MECANISMOS DE REACCIÓNES QUIMICAS INORGANICAS

De los productos de uso común en tu casa, busca en las etiquetas e identifica la fórmula química de cada uno de ellos. De los anteriores productos, elabora un listado anotando el nombre comercial y su fórmula química. Elabora una clasificación de los compuestos que presentan uno o varios elementos en común. De los compuestos que revisaste, cuales presentan riesgo en su manejo. De los productos que presentan riesgo, que elemento tienen en común. De los productos que identificaste, cuales son de uso común para el consumo humano. Del botiquín de tu casa, escribe la fórmula o los compuestos químicos que intervienen en la elaboración de : alka seltzer, aspirina, agua oxigenada, jabón, carbonato, merthiolate, sal de uvas y algún otro. Elabora una clasificación e identifica los elementos que tienen en común. De los productos de uso común en tu casa, busca en las etiquetas e identifica la fórmula química de cada uno de ellos. De los anteriores productos, elabora un listado anotando el nombre comercial y su fórmula química. Elabora una clasificación de los compuestos que presentan uno o varios elementos en común. De los compuestos que revisaste, cuales presentan riesgo en su manejo. De los productos que presentan riesgo, que elemento tienen en común. De los productos que identificaste, cuales son de uso común para el consumo humano. Del botiquín de tu casa, escribe la fórmula o los compuestos químicos que intervienen en la elaboración de : alka seltzer, aspirina, agua oxigenada, jabón, carbonato, merthiolate, sal de uvas y algún otro. Voltea a tu alrededor, observa las cosas bellas que tiene la naturaleza y las cosas sintéticas que el hombre ha inventado para que el paso por la vida sea más cómodo y placentero. Usamos un gran variedad de compuestos y mezclas de estos, tales como agua, gasolina, aceite, alcohol, 88

Antología de Química I

gases, cal, sales, etc., algunos orgánicos y otros inorgánicos. Elabora una clasificación e identifica los elementos que tienen en común.

En tu antología y diferente material bibliográfico, investiga y contesta lo siguiente: a).- Definición de fórmula química. b).- Definición de óxidos, tipos y nomenclatura. c).- Definición de hidróxidos y nomenclatura. d).- Definición de ácidos, tipos y nomenclatura. e).- Definición de sales, tipos y nomenclatura. f).- Principales radicales. Elabora un resumen con toda la información recopilada. Durante tu asesoría e integrado en equipos, analiza los resúmenes integrando uno solo para exponerlo ante el grupo.

89

Antología de Química I

INTRODUCCIÓN Todos los compuestoss o mezclas existentes, fueron preparados, y purificados por el mismo hombre, haciendo uso de procesos químicos llamados reacciones químicas y aunque parezca asombroso es enorme la cantidad y variedad de reacciones químicas que se llevan acabo en la vida cotidiana. Nuestra sociedad parece funcionar con las llamadas celdas eléctricas: calculadoras, automóviles, juguetes, termostatos, radios, televisores, etc. se abrillanta la plata esterlina, se pintan los carriles o rieles de acero, se galvanizan las láminas para evitar la corrosión. La joyería y los chips para computadora están recubiertos electrolíticamente con delgadísimas capas de oro y plata. Las prendas se blanquean y las fotografías se revelan en soluciones mediante reacciones químicas, etc Todo lo anterior se realiza gracias a la energía, ésta según una ley no se crea ni se destruye, sólo se transforma, pero cada día está más dispersa y menos disponible o utilizable. Para ello el hombre se está preparando con fuentes alternativas de energía, como es el caso de la energía nuclear misma que tiene un poder devastador (recuerda las ciudades de Hiroshima y Nagasaki en Japón en 1945 con la detonación de bombas atómicas}. Sin embargo, se puede controlar la energía nuclear para realizar trabajos útiles como generar energía eléctrica, tratar el cáncer, preservar alimentos, diagnosticar enfermedades, etc. También se está usando la energía solar y ahora se está buscando un catalizador adecuado para combinar carbón mineral y agua a presión normal para obtener la gasolina sintética aun precio bajo (ya se ha obtenido pero aun costo muy elevado). En esta unidad encontrarás la respuesta a las interrogantes que te hayas planteado en esta lectura, a continuación te presentamos reglas de nomenclatura de compuestos orgánicos e inorgánicos, , tipos de reacciones. Aprovecha al máximo esta aventura de acrecentar tus conocimientos sobre los procesos químicos.

90

Antología de Química I

GENERALIDADES Las fórmulas de los compuestos se pueden clasificar por el número de elementos que los forman en:

1.4.1 COMPUESTOS BINARIOS: Se componen de dos elementos diferentes. 1.4.1.1 Óxidos básicos (Óxidos metálicos) Estos compuestos resultan de la combinación de un metal con oxígeno. METAL Na + O2

+

OXÍGENO

=

ÓXIDO

Na O 2

NOMECLATURA IUPAC DE ÓXIDOS PARA NOMBRAR A LOS ÓXIDOS TENEMOS 2 OPCIONES: a).- SI EL METAL POSEE UNA VALENCIA: 1.- Ponga la palabra óxido 2.- Enseguida la preposición de 3.- El nombre del Metal. Ejemplos:

91

Antología de Química I

Na2 O

Óxido de sodio

Al2 O3

Óxido de Aluminio

b).- SI EL METAL POSEE DOS VALENCIAS: 1.- Ponga la palabra óxido 2.- Enseguida el metal (en ocasiones la raíz griega o latina ) con las terminaciones OSO ICO

Para la valencia menor Para la valencia mayor

O TAMBIEN: 1.- Ponga la palabra óxido 2.- Enseguida la preposición DE 3.- El nombre del metal 4.- La valencia con número romano Ejemplo: Fe2 O3

Óxido Férrico u Óxido de Hierro (III)

Cu2 O

Óxido cuproso u Óxido de cobre (I)

c).- SI EL METAL POSEE MAS DE DOS VALENCIAS: 1.- Ponga la palabra óxido 2.- enseguida la preposición DE 3.- La valencia con número romano Ejemplo: V2

O3

Cr2 O3 Ru2 O

Oxido de Vanadio (III) Oxido de Cromo (III) Oxido de Rutenio (II)

NOMENCLATURA MODERNA (Oficial desde 1940) Se indican con los prefijos: Mono, di, tri, tetra, etc., los átomos del metal y del oxigenó. 92

Antología de Química I

Ejemplo: AI2 O3 Pb3 O4

Trióxido de Dialuminio Tetraóxido de triplomo

1.4.1.2 Óxidos ácidos ( anhídridos - óxidos no metálicos ) La unión de un no metal con oxígeno forma un óxido no metálico, más comúnmente llamado anhídrido No metal

+ B2 + O 2

Oxígeno

Anhídrido

B2 O 3

De los No metales: -Los elementos Boro, Carbono y Silicio tienen una sola valencia, el primero +3 y los dos últimos +4 -Los no metales restantes son polivalentes. NOMENCLATURA IUPAC DE ANHÍDRIDOS: 1.- Anteponga la palabra anhídrido. 2.- Ponga el nombre del no metal, acompañado de un prefijo si es necesario y con las terminaciones OSO e ICO según el siguiente cuadro. VALENCIA DEL NO METAL

NOMBRE DEL ANHIDRIDO

1ó 2 3ó4 5ó6 7

HIPO NO METAL OSO NO METAL OSO NO METAL ICO PER NO METAL ICO

Ejemplo: CI2 O

Anhídrido Hipocloroso

Cl 2 O3

Anhídrido Cloroso

Cl 2 O5

Anhídrido Clorico

Cl 2 O7

Perclórico

93

Antología de Química I

NOTA: También se aplica la nomenclatura moderna. CO

Monóxido de carbono

CI 2 O7

Heptóxido de dicloro

N2

Pentóxido de Dinitrogeno.

O5

1.4.1.3

Hidruros

Los Hidruros resultan de la combinación del hidrógeno con cualquier metal. HIDRÓGENO + METAL = HIDRURO. En los hidruros, el hidrógeno siempre tiene número de oxidación de - 1 NOMENCLATURA DE IUPAC DE HIDRUROS. 1.- Se anota la palabra Hidruro 2.- en seguida el nombre del metal Ejemplo: +1 + H +1 K + H +2 Ca + H

-1 Na H -1 KH -1 Ca H

Na

Hidruro de sodio Hidruro de potasio Hidruro de calcio 2

+3

-1

Al

+ H

Al H 3

Fe

+3 + H

-1 Fe H Hidruro de hierro ( III )

Hidruro de aluminio

94

Antología de Química I

1.4.1.4

Hidrácidos

Se forman al combinar al hidrogeno con un no metal con su valencia menor HIDRÁCIDOS: + H +

NO METAL

HIDRÁCIDO

REGLAS: 1.- Ponga la palabra ácido. 2.- Anote el nombre del anión contraído y con la terminación hídrico. NOTA: HIDRICO indica "ausencia de oxígeno ", está terminación es exclusiva de hidrácidos. Ejemplos: HCI H2S HF

Ácido Clorhídrico Ácido Sulfhídrico Ácido Fluorhidrico

1.4.1.5 Sales sencillas Las sales son substancias, que están formadas por un catión metálico y un anión, ya sea con o sin oxígeno. Sales: Haloideas se forman cuando se combina un metal y un no metal, también se obtienen de la reacción de neutralización entre un hidrácido y una base o hidróxido. CATION METALICO + NO METAL

SAL HALOIDEA

REGLAS PARA NOMBRARLAS: 1.- Escriba el nombre del: no metal y la terminación URO. F S CI

= Fluoruro = Sulfuro = Cloruro etc.

2.- Anote la preposición DE 3.- Finalice con el nombre del catión, anotando las terminaciones OSO e ICO o si el metal tiene una sola valencia, el nombre del metal. Igual que en óxidos.

95

Antología de Química I

URO = Ausencia de Oxígeno. Ejemplos: AI2 S3

Sulfuro de Aluminio

Na Br

Bromuro de Sodio

Fe CI2

Cloruro Ferroso

1.4. 2 COMPUESTOS TERNARIOS FÓRMULAS TERNARIAS: Se componen de tres elementos diferentes. 1.4.2.1 Oxácidos Un ácido, es el resultado de la unión de un catión hidronio con un ión negativo (anión). + H

+

ANION

ÁCIDO

y dependiendo del tipo de anión, al que se una el catión hidronio (H que se forme. OXIÁCIDOS + H +

NO METAL CON O

+

) será el tipo de ácido

OXIÁCIDO

Los oxácidos son los ácidos que contienen oxígeno y resultan de la reacción del agua con los anhídridos. Se nombran anteponiendo la palabra ácido, seguido del nombre del radical negativo correspondiente. EJEMPLO: + -1 H + CIO + H

+ +

-1 CIO2

HCIO

Ácido hipocloroso

HCIO2

Ácido cloroso

-1 96

Antología de Química I

H

+

CIO3

+

CIO4

HCIO

Acido clórico 3

+ H

HCIO4

Ácido perclórico

LISTA DE RADICALES MÁS COMUNES PARA ÁCIDOS +

-1

H +

NO3

HNO3

Ácido nítrico

3 +

-2

H

+

SO4

+

H

H2

SO4

Ácido sulfúrico

H 3 PO4

Ácido fosfórico

-3

+

PO4

1.4.2.2 Hidróxidos Estos compuesto, resultan de la reacción de un óxido metálico con agua, de lo que resulte un metal unido a un radical O H- (hidroxilo u oxidrilo). Ejemplo: Ca O + Óxido de calcio + de Construcción)

H2 O Agua

Ca

( OH )2 Hidróxido de calcio

(Cal

NOMECLATURA IUPAC DE BASES O HIDRÓXIDOS Para nombrar a los hidróxidos, aplique las mismas reglas de los óxidos, sólo cambie palabra OXIDO por HIDROXIDO. Ejemplos: Sn ( OH )4 Cu (OH )2

Hidróxido – Estanico o hidróxido de estaño IV Hidróxido Cúprico ó Hidróxido de cobre II

Fe ( OH )2

Hidróxido Ferroso ó

Zn (OH )2

Hidróxido de Zinc.

Hidróxido de Hierro ( II )

97

Antología de Química I

NaOH

hidróxido de sodio

Ca(OH)2

hidróxido de calcio

Fe(OH)3

hidróxido de hierro (III ) 0 hidróxido ferrico

AI(OH)3

hidróxido de aluminio

Ba(OH)2

hidróxido de bario

Pb(OH)4

hidróxido de plomo IV

1.4.2.3. Oxisales CATION METALICO + NO METAL

OXISAL

REGLAS PARA NOMBRARLOS: 1.- Escriba el nombre del anión (radical negativo), con las terminaciones ATO e ITO según corresponda. 2.- La preposición DE 3.- El nombre del Catión, indicando su valencia con número romano o con las terminación OSO e ICO, o si el catión tiene una sola valencia el nombre del metal. ATO e ITO = Presencia de Oxígeno. Ejemplos: Fe ( NO 3 )2

Nitrato de Hierro ( II )

Ba3 (PO4 )2

Fosfato de Bario

AI (CIO2 ) 3

Clorito de aluminio.

98

Antología de Química I

LISTA DE RADICALES MÁS COMUNES PARA SALES -1

-2

(NO3 )

Nitrato (ICO )

(Cr 2 07 )

-1

-1

(NO2)

Nitrito (OSO )

( MnO4 )

-2

Permanganato (ICO )

-3

(SO4)

Sulfato (ICO)

(PO4

-2

)

Sulfito (OSO )

-2

(CIO 4 )

Perclorato (ICO )

-1

(CO3 )

Carbonato (ICO ) -1

(HCO 3 )

(CIO3 )

Clorato (ICO )

-1

Carbonato ácido

(CIO2)

-1

(CIO )

Fosfato (ICO )

-1

(SO3 )

Clorito (OSO

+1

Hipoclorito (OSO )

(NH4 )

-1

(OH)

Dicromato

Amonio

+1

Oxidrilo

(PO 4 )

Fosfonio

1.4.2 COMPUESTOS CUATERNARIOS Resulta de la reacción de neutralización de un ácido con una base, obteniéndose una sal más agua. 1.4.3.1 Sales ácidas Una sal ácida resulta cuando los hidrógenos del ácido del cual proviene no son sustituidos totalmente por los átomos metálicos del hidróxido o base.

99

Antología de Química I

Veamos algunos ejemplos. H 2 CO 3 + NaOH

NaHCO 3 + H 2 O

H 2 SO 4 + KOH

KHSO 4

+ H2O

NOMENCLATURA Para nombrar las sales ácidas se considera lo siguiente: Al radical del ácido se antepone el prefijo BI y las terminaciones OSO e ICO del ácido se cambian por ITO o ATO en la sal ácida. Ejemplos: H 2 SO 3 + KOH Ac. Sulfuroso Hidróxido de potasio

KHSO 3 + H2O Bisulfito de potasio agua o Sulfito acido de potasio

H 2 SO 4 + KOH Ac. Sulfurico Hidróxido de potasio

KHSO 4 + H2O Bisulfato de potasio agua o Sulfato ácido de potasio

1.4.3.2 Sales neutras Son aquellas en donde los hidrógenos de los ácidos son sustituidos totalmente por los átomos metálicos de los hidróxidos o bases. NOMENCLATURA La misma de las sales haloideas y oxisales Ejemplos: H3 B O3 + Ca(OH)2 Ac. Bórico Hidróxido de calcio

H2 S

+

Ca3 (BO3)2 + H 2 O Borato de calcio agua

Al(OH)3

Al2S3 100

+

H 2O

Antología de Química I

Ac. Sulfhídrico Hidróxido de aluminio

Sulfuro de aluminio agua

Elabora un cuadro sinóptico que ejemplifique de manera gráfica como se van obteniendo los compuestos químicos a partir de otros.

Integrados en equipos, contesten las actividades de autoaprendizaje y autoevaluación contenidas en tu antología. ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE Elabora un ensayo sobre los compuestos inorgánicos de importancia nacional en 1 cuartilla. Lea compuestos inorgánicos de importancia nacional ubicada al final de este tema. Elabora un ensayo sobre los efectos tóxicos en el ser humano que causan los compuestos inorgánicos. Remítete a la lectura de principales contaminantes ubicada al final de este tema. Escriba el nombre de las siguientes Formulas: Na O_________________________________________ 2

KBr__________________________________________ H S___________________________________________ 2

Ba (OH )2__________________________________________________________________ KI_____________________________________________ H CO ________________________________________________________________________ 2

3

AgOH _________________________________________ SO3____________________________________________________________________________ Ca(OH)2 _______________________________________________________ H2SO3 _________________________________________________________ HNO2__________________________________________________________ HF ___________________________________________________________ FeO __________________________________________________________

101

Antología de Química I

Ba(OH)2 _________________________________________________________ SO2 _________________________________________________________

Escribe el nombre a los siguientes compuestos: Bromuro de Aluminio______________________________________________________ SilicatodeZinc__________________________________________________________ Yoduro Plumboso ________________________________________________________ Oxido Platónico__________________________________________________________ Anhídrido Carbónico______________________________________________________ Nitrato de Plata__________________________________________________________ Hidruro Áurico___________________________________________________________ Anhídrido sulfuroso_______________________________________________________ Oxido de plomo IV________________________________________________________ Hidróxido de sodio________________________________________________________ Ac, clorhidrico____________________________________________________________ Ac, perclorico_____________________________________________________________ Sulfato de bario__________________________________________________________ Bicarbonato de sodio_______________________________________________________ Sulfito Acido de potasio_____________________________________________________

Escriba los números de oxidación con los que trabaja cada elemento o ión: Fe= Ca= S= Zn= (SO4) = Pb = (OH ) = Sr = Au = Ra = AI = Ba = C= Cu = N= Pt = Br = Cd = CI = H =

102

Antología de Química I

Cuáles de los siguientes compuestos son, con seguridad, óxidos metálicos y cómo podríamos llamarlos? Cl203

Mn02

PbO

Pb02

I205

Mn02

Br207

Na20

Li202

103

Antología de Química I

ANEXOS

104

Antología de Química I

105

Antología de Química I

PRACTICAS

106

Antología de Química I

OBJETIVOS GENERALES Familiarizar al alumno con los fenómenos físicos y químicos que experimenta la materia. Adquirir destreza en el manejo de reactivos, materiales y equipo comúnmente usados en el laboratorio. Motivar y despertar en el alumno su espíritu científico a través de investigaciones y experiencias propias.

METODOLOGÍA PARA LA ELABORACION DEL REPORTE PORTADA: Deberá incluir el nombre de la Institución, del alumno, el grupo, semestre, número de la práctica y título.

el

OBJETIVO: Deberá seguir de manera clara y concisa lo que el alumno tenía por objetivo lograr en la práctica. INTRODUCCIÓN: El alumno sintetizará en media página las bases teóricas del experimento realizado, junto con la investigación bibliográfica. PROCEDIMIENTO: Se describirá un resumen del procedimiento realizado durante la práctica. Se enlistarán los materiales y reactivos usados. CONCLUSIONES: Se mencionarán las conclusiones propias sobre las técnicas y cambios que se dieron a lo largo de la práctica. NOTA: Se tomará en cuenta la asistencia, puntualidad, disciplina y limpieza.

107

los

Antología de Química I

PRACTICA N° 1

MATERIALES DE USO COMÚN EN EL LABORATORIO OBJETIVO Conocer los materiales que más frecuentemente se utilizan en el laboratorio. INTRODUCCIÓN La identificación de los materiales de laboratorio es importante, para ser capaz de seleccionarlos y usarlos adecuadamente. En esta práctica se muestra el material más común y se presenta una breve explicación de su utilidad. MATERIAL. Seleccionarlos de las hojas anexas. PROCEDIMIENTO Identificar los materiales seleccionados por el maestro y complementar el cuadro. Escoger uno de ellos y dibujarlo, iluminar las figuras anexas durante el curso a medida que se vayan conociendo. NOMBRE

USO

108

Antología de Química I

109

Antología de Química I

CRISTALERIA DE LABORATORIO LISTA DEL MATERIAL. 1.- Tubo de ensaye. 2.- Frasco para reactivos. 3.- Agitador. 4.- Termómetro. 5.- Cápsula de porcelana. 6.- Embudo de separación. 7.- Embudo de seguridad. 8.- Matraz de destilación. 9.- Matraz de balón fondo plano ( Florencia ) 10.-Matraz volumétrico ( Aforado ) 11.-Crisol de Gooch. 12.-Bureta. 13.-Embudo. 14.-Crisol. 15.-Frascos para reactivos. 16.-Cristalizador. 17.-Matraz Kitazato. 18.-Embudo Buchner. 19.-Frasco gotero 20.-Desecador. 21.-Cubreobjetos. 22.-Portaobjetos. 23.-Vaso de precipitado. 24.-Matraz de destilación. 25.-Tubos para cultivos. 26.-Matraz Erlenmeyer. 27.-Tubería y varilla de vidrio. 28.-Lupa. 29.-Mortero con pistilo ( mano ) 30.-Vidrio de reloj. 31.-Tubo de Thielle. 32.-Campana de vidrio. 33.-Caja de Petri. 34.-Condensador de Liebig ( Recto ) 35.-Condensador Allihn ( Rosario ) 36.-Condensador Grahman ( serpentina ) 37.-Condensador West. 38.-Probeta . 39.-Tubo de fermentación. 40.-Densímetro, hidrómetro. 41.-Lámpara de alcohol. 110

Antología de Química I

42.-Pizeta, frasco lavador. 43.-Pipeta volumétrica. 44.Pipeta serológica.

111

Antología de Química I

INSTRUMENTAL DE LABORATORIO LISTA DEL MATERIAL. 1.- Anillo metálico 2.- Espátula. 3.- Bomba para vacío. 4.- Cuba hidroneumática. 5.- Tapón de corcho 6.- Cucharilla de combustión (deflagración) 7.- Gradilla para tubos. 8.- Tela con Asbesto. 9.- Pinza de Hoffman. 10.- Manguera de Latex 11.- Pinza para tubo de ensaye. 12.- Alargadera Walter para crisol Gooch. 13.- Soporte universal. 14.- Baño María. 15.- Triángulo de porcelana. 16.- Nuez para soporte. 17.- Pinza para crisol. 18.- Mechero de Bunsen. 19.- Tripié. 20.- Pinza para soporte universal. 21.- Pinza doble para bureta. 22.- Tapón de neopreno. 23.- Horadador de tapones. 24.-- Escobillón. APARATOS DE LABORATORIO LISTA DEL MATERIAL. 1.- Balanza analítica. 2.- Estufa de cultivo ( 50 °C ) o de secado ( 300°C ) 3.- Potenciómetro o peachímetro. 4.- Balanza granataria de tres brazos. 5.- tubo de ensaye para centrifugadora. 6.- Centrifugadora. 7.- Mufla ( 1000°C ) 8.- Parrilla eléctrica con o sin agitador magnético. 9.- espectrofotómetro o colorímetro. 10.- Agitador magnético

112

Antología de Química I

PRACTICA N° 2 “ EL MECHERO DE BUNSEN Y EL ESTUDIO DE LA LLAMA “ OBJETIVO

Adiestrarse en el uso óptimo del mechero de Bunsen. INTRODUCCIÓN Uno de los más importantes aparatos en el laboratorio de Química es el mechero de Bunsen. Se llama así porque fue ideado por Robert Wilhelm Bunsen en 1855-1857. Es un quemador de gas que no debe producir hollín, de manejo sencillo, que arde al efectuarse la combustión de mezcla de aire y gas. El mechero de Bunsen se compone de tres partes fundamentales: esprea, collarín y cañón o chimenea, por el cual circula el gas. Además, cuenta con un enchufe en la base para la entrada de gas.

MATERIAL. 1 Mechero Bunsen. 1 Mariposa para mechero. 1 Alfiler largo. Tubo capilar. Cerillos. MECHERO DE BUNSEN El Mechero de Bunsen consiste en un tubo de entrada de gas; el gas entra por un orificio pequeño en una cámara, donde se mezcla con aire, el collarín se puede abrir y cerrar para regular el paso del aire. La cámara se prolonga en un tubo de 10 a 12 cm de longitud, del que sale la cámara cónica. El aire que se introduce por el agujero del collarín se mezcla con el gas antes de llegar a la parte superior del tubo, donde posteriormente se enciende la llama. Así el aire y gas quedan bajo el control del operador , lo cual permite que éste los mezcle en cantidades adecuadas sin que exista exceso de ninguno de ellos. ESTUDIO DEL MECHERO DE BUNSEN Las llamas son producidas por la combustión de dos o más gases. La llama del Mechero de Bunsen es diferente del quemador ordinario de gas. El mechero se maneja muy fácilmente y a un bajo costo: puede producir dos tipos de llama: oxidante y reductora. La forma cónica de la flama se debe a las corrientes de aire caliente que se elevan a su alrededor. Estas son las partes de la flama que se ve formada por dos conos, uno externo y otro interno.

113

Antología de Química I

A. Es la zona que está más en contacto con el aire, en el que abunda mayor cantidad de oxígeno, por lo que se llama zona oxidante (1175°C). Su color es azul tenue. B. Esta zona se halla muy lejos del aire , tiene poco oxígeno y por eso su combustión es incompleta y se le llama zona reductora (1100°C). Su color es azul brillante fuerte. C. Esta zona tiene menos temperatura que la anterior, esta casi privada de oxígeno y no permite la combustión; en ella sólo se descomponen dos substancias combustibles sin quemarse. La falta de combustión trae como consecuencia la ausencia de calor y por eso se le llama zona fría o de descomposición . Esta dentro de la zona reductora. D. La punta (1500°C).

del

cono

interno

es la parte más caliente y luminosa de la llama

E. La punta del cono externo o zona exterior ( 1300°C ).

media esta en contacto con

el aire

PROCEDIMIENTO 1. Para encender el Mechero de Bunsen se cierra el collarín y se abre la llave del gas. 2. Se enciende un cerillo y se acerca lentamente. 3. Con el collarín se regula la entrada del aire a la cámara de mezclado y luego se ajusta hasta obtener una llama azulada. Si la llama esta amarilla, hay diferencia del aire, la combustión es fría e incompleta, y deja depósito de hollín. El mechero está ajustado cuando cerca de la boca se observa el color azul. 4. Para trabajar el tubo de vidrio se suele colocar una mariposa sobre la boca de la chimenea para distribuir y alargar la llama. 5. Los Mecheros Fisher y Meeker calientan más rápido al producir llamas más grandes y un poco más calientes. 6. No inclinarse nunca sobre un mechero, porque no siempre se ve la llama. Nunca sentarse frente a un mechero encendido. 7. Cerrar bien la llave de paso de gas. Limpiar la mesa, el piso y el lavabo.

114

Antología de Química I

CUESTIONARIO 1. La llama consta de varias zonas de diversos colores, ¿qué significa cada una? 2. ¿ Por qué la flama del mechero de Bunsen emite luz? 3. ¿Por qué el calor altera la naturaleza íntima de la materia? 4. Cuando el gas combustible en el mechero de Bunsen, se prende, ¿se efectúa un cambio físico o químico? ’¿por qué? 5. El mechero de Bunsen es un aparato necesario en el laboratorio para producir calor y energía. ¿Por qué son indispensables estos cambios al efectuar experimentos? EJERCICIO Escribir dentro del paréntesis la letra que relacione correctamente ambas columnas. (

) Combustión.

A). Forma de energía.

(

) Oxidación lenta.

B). Rápido desprendimiento de calor y luz.

(

) Combustible.

C). Reacción lenta de una sustancia con el oxígeno del aire.

(

) Calcinar.

D). Sustancia que tiene la capacidad de arder.

(

) Calor

E). Transformar mediante calor en otra sustancia con desprendimiento de sustancias volátiles.

115

Antología de Química I

PRACTICA N° 3

“USO Y CONOCIMIENTO DE LOS MATERIALES DE MEDICIÓN” OBJETIVO Adiestrarse en el manejo de la pipeta, bureta, probeta, termómetro y balanza granataria. INTRODUCCIÓN Los dispositivos más comunes en el laboratorio para hacer mediciones son: pipetas, buretas, probetas ,termómetros y balanzas granatarias. Los primeros tres son empleados para medir volúmenes, el termómetro se usa para medir temperaturas y la balanza granataria se emplea para medir la masa de sustancias. Cuando se miden volúmenes de un líquido en los dispositivos ya mencionados se debe tener en cuenta que la superficie de un líquido o de una solución, generalmente se curva hacia arriba cuando hace contacto con las paredes del recipiente; debido a la forma semilunar que adopta, se llama menisco. Para lograr mayor exactitud y reproductividad, las probetas, buretas, pipetas se deben leer en la parte inferior del menisco a la altura del ojo. MATERIALES Y EQUIPO 1 1 1 2 1 1 1 1

REACTIVOS

Balanza granataria. Bureta de 25 ml. Probeta de 25 ml. Vasos de precipitado de 400 ml. Termómetro -10 a 120°C. Pipeta de 25 ml. Soporte universal. Pinza doble para bureta.

300g de arena seca

PROCEDIMIENTO I.- USO DE LA BURETA. 1.- Se llena con agua por encima de cero, se abre por completo la llave con el fin de llenar de agua la punta de la bureta, cuidando de que no queden burbujas de aire y se vuelve a cerrar; luego se afora cuidadosamente con el trazo cero, para lo cual se abre un poco la llave para que gotee lentamente. 116

Antología de Química I

2. Una vez enrasado en cero, retira de la bureta 10 ml. Manipular de la siguiente manera: colocar bajo la bureta el vaso en que se va a recoger el agua, abrir la llave por completo para que caiga el líquido rápidamente, hasta llegar al menisco a 8 ml aproximadamente, cerrar lo bastante como para que gotee poco a poco, y cuando el mecanismo llegue a la división 9.5 cerrar la llave casi por completo para evitar pasarse. Luego gotear lentamente hasta llegar exactamente a la marca 10. 3. Repetir el procedimiento anterior haciendo extracciones de los siguientes volúmenes. A).- 5 ml. B).- 5.4 ml.

C).- 20.4 ml D).- 19.1 ml

II. USO DE LA PIPETA. 4. Para llenar la pipeta se introduce la punta en el líquido, sosteniéndola con la mano derecha; se succiona con cuidado observando como asciende el líquido; cuando el líquido ha rebasado el cero, dejar de aspirar y rápidamente obturar con el dedo índice de la mano derecha el extremo por el que aspira; (cuidando que tanto el extremo de la pipeta como el dedo no tenga entrada de agua para poder sellar la entrada ). Aflojando suavemente el cierre se deja descender poco a poco al menisco hasta enrasar con la división cero, entonces se retira la pipeta tocando con la punta la pared inferior del recipiente de donde se sacó el líquido, para evitar que la pipeta lleve una gota colgando. Poner ahora bajo la pipeta el vaso en que se va a recoger el líquido medido, aflojando el dedo, con lo cual el líquido goteará más o menos rápidamente según se permita. Si se trata de verter el contenido total de la pipeta apoyará su extremo en la pared inferior del vaso hasta vaciarlo totalmente, sin soplar nunca por la pipeta. Las pipetas actuales están calibradas tomando en cuenta el 117

Antología de Química I

residuo

del líquido que queda en el interior de la punta de la pipeta.

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Antología de Química I

5. Hacer mediciones de los siguientes volúmenes de agua. a). 5 ml

b). 6 ml

c). 7.5 ml

d). 8.3 ml

III.-USO DE LA PROBETA. 6. En una probeta de 25 ml medir los siguientes volúmenes de agua. a). 24 ml.

b). 10ml.

c). 15 ml.

d). 18 ml.

IV.- USO DEL TERMÓMETRO. 7. Observar un termómetro: poniendo atención especial en las graduaciones y en el nivel del mercurio que contiene. 8. Colocar el termómetro de un vaso que contenga hielo y anotar la temperatura que marca. 9. Ahora colocar el termómetro en un vaso con agua de la llave y anotar la temperatura que marca. 10. Llenar el vaso con agua y calentar lentamente y al mismo tiempo tomar la temperatura con intervalos de varios minutos, hasta que el agua hierva. Anotar las temperaturas observadas.

TEMPERATURA DEL AGUA Temperatura ambiente A los dos minutos A los cuatro minutos A los ocho minutos A los quince minutos Ebullición del agua A los_______ minutos V.- USO DE LA BALANZA GRANATARIA. 11. Balancear a cero con el tornillo de ajuste. 12. Colocar un vaso de precipitado seco sobre el platillo de la balanza. 13. Mover los contrapesos en los brazos a una posición tal que se restablezca el equilibrio. Para esto se prueba sucesivamente con los contrapesos, usándolos de 119

Antología de Química I

mayor a menor capacidad: usar primero el que controla las centenas de gramos, enseguida el de las decenas de gramos y finalmente el contrapeso que controla la unidades y décimas de unidad. 14. El contrapeso de las centenas de gramo se mueve hacia la derecha, hasta encontrar la primera muestra que ocasiona que la escala se mueva hacia abajo ( quiere decir que el objeto pesa más), entonces se regresa a la muestra anterior. Se repite está operación con el contrapeso de las decenas de gramo. 15. Mover ahora el contrapeso más pequeño, es decir, el que controla las unidades y décimas de gramo, hacia la derecha hasta que se vuelva a equilibrar el sistema. 16. El peso resultante se lee directamente de los brazos de la balanza, sumando las cantidades indicadas en cada brazo. ¿Cuánto pesó el vaso?_________gr. 17. Antes de pesar sustancias hay que tratar el recipiente , pesándolo. Enseguida se mueven los contrapesos para sumarles la cantidad de la sustancia que se desea pesar. Luego se le va añadiendo la sustancia hasta que el puntero de los brazos marque el equilibrio con el indicador. 18. Pesar las siguientes muestras de arena en un vaso seco. a). 57.4 gr.

B). 6.6 gr.

C). 132.7 gr.

D). 318.9 gr.

19. Dejar siempre en “0” los contrapesos al terminar de usar la balanza. 20. Lavar el material de vidrio. Limpiar la mesa, el piso y lavabo. PIPETA Las pipetas son tubos graduados diseñados para transferir ( pipetas volumétricas) o medir (pipetas serológicas ) líquidos. Estas últimas están calibradas en unidades de 0,5,1,2,5,10,25 y 50 ml. cada unidad está subgrabada en escala de 1/10 (o.1). Los líquidos son aspirados en las pipetas aplicando vacío por la parte superior o boca, con una perilla o con una trompa de vacio. PASOS DE LLENADO Y VACIADO 1. Lavar cuidadosamente dos veces la pipeta con agua destilada. Si el flujo del líquido no es uniforme, la pipeta esta sucia y hay que lavarla dos veces con detergente, dos veces con agua de llave y dos veces con agua destilada. 2. Secar la pipeta en horno a 50°C o bien enjuagarla tres veces con la solución a pipetear, para evitar diluir la concentración de la muestra. 120

Antología de Química I

3. Succionar el líquido manteniendo el pico dentro de la solución para evitar burbujas. La pipeta no deberá tampoco tocar o reposar sobre el fondo del recipiente. 4. llenar por encima de la marca de calibración , retirar el aspirador al mismo tiempo que se coloca el dedo índice sobre la boca superior de la perilla .Secar la punta, empuñando un papel y deslizándolo hacia abajo. 5. Disminuir la presión del dedo hasta la base del menisco conocida con la línea de calibración. ( El menisco es la parte inferior del arco formado entre el líquido y el aire.) 6. Presionar de nuevo con el índice y escurrir la gota suspendida de la punta haciendo que ésta toque la pared del recipiente con la solución de llenado. 7. Transferir la pipeta al recipiente donde se va a depositar y retirar el índice. Al observar que la solución escurra completamente y espere de 10 a 20 segundos para que la pipeta se vacíe completamente. Remover la última gota suspendida en la punta de la pipeta, haciéndola tocar la pared del recipiente por 5 segundos. Retirar la pipeta sin soplar la última gota que queda dentro de la punta. ( En los modelos antiguos sí había necesidad de soplar esta gota con la boca.) 8. Enjuagar bien la pipeta con el agua destilada antes de almacenarla.

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Antología de Química I

PRACTICA N° 4 “PASOS DEL METODO CIENTIFICO” OBJETIVO Establecer los pasos del Método Científico a través del desarrollo de un experimento. MATERIAL.

REACTIVOS

1 Vaso precipitado de 100 ml. 1 Vaso de precipitado de 250 ml. 1 Agitador. 1 Pipeta de 5ml. 1 Cristalizador. 1 Vela.

1 gr hidróxido de sodio o de potasio 3 gotas de Fenoftaleína 1 gotero de solución alcohólica.

EXPERIMENTO I 1. Poner en uno de los vasos de precipitado 100 ml de agua y disolver en ella 1 gr., de hidróxido de sodio,(con precaución porque causa quemaduras) 2. A la solución de hidróxido de sodio preparada, agregar dos o tres gotas de fenoftaleína y observar el fenómeno ocurrido. Registrar el cambio que se efectuó. 3. En otro de los vasos de precipitado agregar uno de los 40 ml de la solución de ácido clorhídrico diluido ( Debe tenerse cuidado ya que es corrosivo ). 4. A la solución de hidróxido del paso N° 2 vaciar con la pipeta un diluido obtenido en el paso N°3 , y agitar. Registrar los resultados.

chorrito del ácido

5. Repetir el paso anterior varias veces hasta que ya no se presenten cambios de coloración. 6. Lavar el material. Limpiar la mesa, piso y lavabo.

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Antología de Química I

RESULTADOS Y CONCLUSIONES Es indudable que en los experimentos, que se acaban de realizar se produce un cambio químico, por sus conocimientos el alumno no podrá explicarlo; pero si podrá relacionarlo con los pasos del método Científico. Tratar, con ayuda de los compañeros de equipo, de anotar los pasos según lo observado.

a) Primer paso. 1. ¿Qué sucedió al agregar la fenolftaleína al hidróxido de sodio? _______________________________________________________________ 2. ¿Cómo se llama al primer paso del método científico? ________________________________________________________________ b) Segundo paso. 1. ¿A qué se deberá el cambio de color? Escribir tres probables causas. a.___________________________________________________ b.___________________________________________________ c.___________________________________________________ 2. En el Método Científico, ¿Cómo se le llamará a esas posibles causas? ________________________________________________________________ c) Tercer paso. 1. ¿Cómo se llama al tercer paso del Método Científico? ______________________________________________________________ 123

Antología de Química I

2. Comprobar este paso repitiendo la práctica, pero sustituyendo el hidróxido por algún otro. d) ¿ Cómo se llama el cuarto paso del Método Científico? ___________________________________________________________ e) ¿ Cómo se llama el quinto paso del Método Científico? __________________________________________________________________ EXPERIMENTO 2 8. Encender la vela y observarla por 3 – 5 minutos. 9. Sin apagarla, colocar el cristalizador lleno en tres tercios con agua de llave. 10. Tapar la vela con un vaso de precipitado invirtiendo hasta que esté sobre el fondo del cristalizador. Observar cuidadosamente el sistema. 11. Lavar bien con escobillón y jabón todo el material. Dejar limpia el área de trabajo y el lavabo. El trapo de limpieza debe quedar exprimido y extendido sobre la mesa. 12. Responder los incisos a y b del experimento experimento.

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No. 1 pero aplicados a este segundo

Antología de Química I

PRACTICA N° 5 " LA MATERIA Y LA ENERGIA " OBJETIVO Advertir la frecuencia de la energía en los cambios de la materia. MATERIAL

REACTIVOS

1 pipeta de 5 ml. 1 Vaso de precipitado 50 ml. 1 Vidrio de reloj. 1 Agitador. 1 Pedazo de lámina 10 x 10 cm. 1 Hoja de papel tamaño media carta. 1 Martillo o algún objeto para golpear. 1 Placa metálica 10 cm.

3 gr. Clorato de potasio.. 1 gr. Azufre. 1 gr. Azúcar. 3 ml Ácido sulfúrico concentrado.

PROCEDIMIENTO 1. Mezclar perfectamente en el vidrio de reloj los 2gr de clorato de potasio y el gramo de azufre. 2. Pasar la mitad de la mezcla a un trozo de papel, envolverla bien como si paquete pequeño.

fuera

un

3. Hacer lo mismo con la mitad de la mezcla. 4. Ahora poner uno de los paquetes preparados de clorato de potasio (está operación debe realizarse fuera del laboratorio, en el patio y golpear la mezcla con un martillo o algún objeto sobre una superficie dura. Observar lo que sucede. 5. En un vidrio de reloj mezclar perfectamente 1 gr de clorato de potasio y el azúcar , sin golpearlos. 6.- Pasar la mezcla a la lámina. 7.- Con la pipeta tomar un poco de ácido sulfúrico del vaso de precipitado y agregarlo a la mezcla de clorato de potasio y azúcar sobre la lámina. Observar lo que sucede. En el caso de que no reaccione agregar más ácido. 8.- Lavar el material. Limpiar mesa, piso y lavabo. 125

Antología de Química I

RESULTADOS Y CONCLUSIONES 1. ¿ Qué sucedió al golpear la mezcla? __________________________________________________________________ 2. ¿A qué se deberá el fenómeno anterior? __________________________________________________________________ 3. ¿Qué es energía? __________________________________________________________________ 4. ¿ A qué se le llama materia? __________________________________________________________________ 5. ¿Qué dice el Principio de Conservación de la Materia? ¿Quién lo enunció por primera vez? __________________________________________________________________ 6. ¿Con cuál fórmula completó el principio anterior ? __________________________________________________________________ 7. ¿ Qué tipo de energía se desprende al reaccionar químicamente el ácido con el clorato y el azúcar? __________________________________________________________________ 8. ¿ A qué se llama energía potencial? __________________________________________________________________ 9. ¿ Cuántas clases de energía hay? __________________________________________________________________ 10. ¿ Por qué al chocar un cuerpo contra otro, éstos se calientan? __________________________________________________________________

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Antología de Química I

PRACTICA N° 6 "LEY DE LA CONSERVACIÓN DE LA MASA Y MANIFESTACIONES DE LA ENERGÍA" OBJETIVO Que el alumno por medio de la experimentación, compruebe la Ley de la Conservación de la Masa e identifique manifestaciones de la energía. MATERIAL. 1 Balanza granataria. 1 Matraz Erlenmeyer 250 ml. 1 Vaso de precipitado 250 ml 1 Termómetro –10 o - 120°C. 1 Agitador. 1 Jeringa 10ml. 1 Tapón de hule No. 6.

REACTIVOS. 3 gr. 15 ml 10ml 10ml 40ml 4ml 1 gr.

Bicarbonato de sodio (NaHCO3) Ácido clorhídrico concentrado (HCL) Nitrato de plomo ll al 2% Pb(NO3)2 Yoduro de potasio al 2% (KI) Agua destilada (H2O) Ácido sulfúrico concentrado (H2SO4) Cloruro de amonio (NH4Cl)

1 Globo.

1 Trozo de hilo.

PROCEDIMIENTO 1. A un globo sin inflar adicionar 3 gr. de bicarbonato de sodio y amarrarlo a un matraz Erlenmeyer que contenga 15 ml de ácido clorhídrico concentrado, cuidando que el bicarbonato no caiga al matraz. Colocar el matraz armado en el platillo de la balanza y determinar su masa (m1). Sin quitar el matraz de la balanza proceder a levantar el globo para que el bicarbonato caiga y entre en contacto con el ácido contenido en el matraz. Observar lo que ocurre y determinar su masa (m2). (El amarre del globo en el tubo debe ser fuerte para evitar fugas.) Anotar las observaciones y el valor de las masas; m1=____________________ m2=__________________ CUESTIONARIO. ¿Cómo resultaron ser m1 y m2?________________________________________ ¿Hubo pérdida de masa? ________________________________________ ¿A qué atribuye? ________________________________________ ¿Hubo transformación química?________________________________________

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Antología de Química I

2.- Extrae con la jeringa 10 ml de solución de yoduro de potasio y acoplarla con el tapón de hule. Por otro lado, agregar al matraz Erlenmeyer 10 ml de solución de nitrato de plomo. Utilizar la jeringa con tapón para tapar el matraz. Llevar todo el sistema a la balanza granataria y registrar su masa (m1). Verter el contenido de la jeringa dentro del matraz, observar lo que ocurre y registrar nuevamente la masa, que será (m2) Anotar las observaciones y el valor de las masas: m1=______________ m2=______________ CUESTIONARIO. ¿ Cómo resultaron ser m1 y m2 ? ______________________ ¿A qué se atribuye? _______________________ ¿Hubo transformación química? _______________________

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Antología de Química I

PRACTICA N° 7 "PROPIEDADES DE LA MASA, FENÓMENO FÍSICO, FENÓMENO QUÍMICO Y CAMBIOS DE ESTADO" OBJETIVOS Que el alumno se relacione directamente con algunas de las propiedades de la masa, que diferencie los fenómenos químicos de los físicos y experimente con los cambios de estado. MATERIAL.

REACTIVOS.

1 Balanza granataria. 1 Probeta 100 ml. 1 Tubo para micro destilación. 1 Termómetro 120°C. 1 Tapón monohoradado No.0. 1 Vaso de precipitado 100 ml. 1 Tubo de ensaye 16 x 150. 1 Tubo doblado en L. 1 Manguerita de conexión. 1 Soporte para Fig.3 ( vaso 1000) 1 Espátula. 10 Perlas de ebullición. 1 Cápsula de porcelana. 1 Mechero. 1 Anillo de tela de asbesto. 1 Soporte con pinzas universales. 1 Piedra de forma irregular 2.3 cm. 1 Hoja de papel tamaño carta.

5 ml Alcohol. 1 gr. Parafina sólida. 1 gr. Yodo. 1 gr. Arena.

EXPERIMENTO I 1. Tomar media hoja de papel tamaño carta, observar y determinar su masa (m 1) en la balanza. Cortar el papel en 4 ó 6 trocitos y a todos determinarles la masa (m2). Conservar los trocitos.

Anotar el valor de las masas: m1=________

m2=______,________,________,_______,________

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Antología de Química I

CUESTIONARIO. 1. ¿Cómo resultó ser m1 con respecto a m2?_____________________________ 2. ¿Qué puede decirse con respecto a la masa, basándose en los resultados? __________________________________________________________________ 3. Comparar un trocito de papel con las características de la hoja inicial, ¿Hubo cambios en la constitución química? __________________________________________________________________ 4. ¿Se podría (con todo cuidado) regenerar el papel inicial? __________________________________________________________________ 5. ¿Qué conceptos se observan en este experimento? __________________________________________________________________ Anota las conclusiones y realiza los dibujos que correspondan al experimento. EXPERIMENTO II. En la balanza granataria determinar la masa de la piedra (mp) y registrarla. Agregar 40 ml de agua a una probeta e introducir la piedra ya pesada. Observar lo que ocurre con el volumen que marca el agua, calcular el volumen desplazado de agua (Vp) y anotarlo.

Anotar los valores y observarlos: mp=___________

vp=______________ CUESTIONARIO.

1. Calcular la densidad de la piedrita (dp) con los datos obtenidos considerando la ecuación. masa Densidad= ____________ ; Volumen

m d=__________ v

2. ¿Qué relación existe entre el volumen de la piedra y el volumen desplazado de agua? __________________________________________________________ 3. Un objeto del mismo material pero más grande tiene mayor densidad? ¿Por qué? ___________________________________________________________ 4. ¿Por qué se estudia la densidad en esta práctica? _________________________________________________________________

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Antología de Química I

Anotar las conclusiones y realizar el dibujo que corresponda a este experimento. EXPERIMENTO III. 3.- Montar el aparato de la figura No. 3 y colocar en el tubo de destilación algunas perlas de ebullición y 5 ml de alcohol. Acoplar el termómetro y calentar en baño maría hasta franca ebullición. Tomar la temperatura cuando permanezca constante el destilado.

Anotar las observaciones y la temperatura de destilación. T=_________________ CUESTIONARIO. 1. Buscar y escribir la definición de punto de ebullición : __________________________________________________________________ 2..¿Por qué se estudia el punto de ebullición en esta práctica? __________________________________________________________________ 3. Anotar tres propiedades físicas y tres químicas de la materia. __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ Anotar conclusiones.

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Antología de Química I

EXPERIMENTO IV. 4.- Tomar los trocitos del experimento 1: colocados en una cápsula de porcelana y cerillo prenderles fuego. Observar lo que ocurro y tomar nota.

con un

CUESTIONARIO. 1. ¿Cuáles son las características del papel quemado con respecto a los trocitos iniciales? __________________________________________________________________ 2. ¿Puede regenerarse el papel y partir de las cenizas? ¿Por qué? __________________________________________________________________ 3. ¿Qué concepto se aplico en este experimento? __________________________________________________________________ Anotar las conclusiones y realizar los dibujos correspondientes a este experimento

EXPERIMENTO V. 5. En una cápsula de porcelana colocar un trozo de parafina y calentar lentamente. Observar y anotar lo ocurrido. Anotar también las observaciones para el mismo experimento cuando la temperatura descienda. CUESTIONARIO. 1. ¿Qué cambios de estado se observan? __________________________________________________________________ 2..¿Qué tipo de fenómeno ocurrió? __________________________________________________________________ Anotar las conclusiones y realizar el dibujo que ilustre este experimento. EXPERIMENTO VI. 6. En un vaso de precipitado de 100 ml mezclar unos cristales de yodo con 1 gr de arena, tapar el vaso con una cápsula de porcelana que contenga agua y calentar hasta que desaparezca la coloración violeta. Anotar las observaciones. CUESTIONARIO. 1. ¿Cómo se llama el cambio de estado efectuado por el yodo? __________________________________________________________________ Anotar el nombre de otras sustancias que cambian su estado de agregación en la misma forma que el yodo. _______________________________________________________________ Anotar conclusiones.

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Antología de Química I

PRACTICA No. 8 " SEPARACION DE MEZCLAS HOMOGENEAS" OBJETIVO Que el alumno utilice la destilación para separar (purificar ) las sustancias de una mezcla líquida homogénea. MATERIAL.

REACTIVOS. 1 Vaso de precipitado

50 ml. Solución de mezcla 1:1

alcohol – agua 2 gr. de semillas de anís u 60 ml. de alcohol etílico 1 gotero de glicerina

1 Matraz de destilación de 150 ml. 1 Refrigerante recto 1 Matraz Erlenmeyer de 250 ml. 1 Termómetro de 110 oC 3 Pinzas universales para soporte 1 Embudo tallo largo 1 Matraz balón fondo redondo de 500 ml. Perlas de ebullición 1 Tapón monohoradado No. 4 1 Tapón bihoradado No. 6 1 Tubo de desprendimiento 1 Tubo de seguridad 1 Baño María 3 Soportes Universales 2 Anillos 2 Telas de asbesto 2 Mecheros

orégano

PROCEDIMIENTO Montar el aparato de destilación simple. Agregar en el matraz de destilación con la ayuda de un embudo de 50 ml de solución alcohol-agua; adicionar también unas perlas de ebullición. Cerciorarse que todas las conexiones estén correctas y sin fugas y destilar aproximadamente 20 ml de alcohol. Observar la temperatura de destilación del agua y del etanol son 100°C y 78.5°C respectivamente.

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Antología de Química I

CUESTIONARIO. 1. ¿Qué tipo de mezclas se separan por este tipo de procedimiento? 2. ¿En qué se basa este método para separar las mezclas? Anotar conclusiones. 3. Montar un aparato de destilación por arrastre de vapor (ver la figura). Al matraz bola generador de vapor No. 1 agregarle 60 ml de alcohol etílico y el matraz de destilación (No.2) 2 gr de semillas de anís o de orégano. El tubo de vidrio debe estar en el seno del líquido y el tubo que llega al matraz de destilación también debe estar en el seno de las semillas. Cerciorándose que las conexiones estén correctas y que no haya fugas: proceder a calentar en baño maría. Observar toda la operación y suspender cuando tenga 5 ml de destilado. Observar también las características de éste. Anotar las observaciones.

CUESTIONARIO. 1. ¿Cuándo es utilizado este tipo de destilación? 2. ¿Qué características tiene el destilado? 3.-Por qué el tubo de vidrio debe llegar al fondo del matraz? Anota las conclusiones.

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Antología de Química I

GLOSARIO Anión.

Ión negativo

Catión.

Ión positivo

Fórmula.

Conjunto de símbolos con el que se representa un compuesto

Símbolo.

Letra o grupo de letras que se usan para representar un elemento químico

Valencia.

Es un número que determina el poder que tiene un átomo de combinarse

Halógeno.

Que engendra o forma sales.

Electropositivo

Átomo que al perder electrones queda en forma de ión positivo

Electronegativo

Átomos que ganan electrones y se transforman en iones negativos

Elemento.

Átomos del mismo tipo.

Ión.

Átomo o grupo de átomos que tienen carga eléctrica positiva o negativa

Homogéneo.

Uniforme, parejo, igual, formado por cosas iguales

Objetivo.

Propósito

Estudiante.

Persona que adquiere conocimientos.

Jabón.

Pasta que se utiliza para la limpieza.

Contaminación.

Acción y efecto de alterar los sistemas biológicos.

Embalsamar.

Preparar a los cadáveres con ciertas sustancias.

Cosmético.

Relativo al adorno o a la belleza.

Aleación.

Mezcla de metales.

Filosófico.

Relacionado con la sabiduría.

Teoría.

Supuesta verdad que ha resistido muchos ensayos 135

Antología de Química I

Ley.

Regla a que se sujetan los fenómenos.

Experimentación.

Ensayo para probar una hipótesis.

Hipótesis.

Supuesta verdad sujeta a verificación.

Medio ambiente.

Circunstancias que rodean.

Clima.

Conjunto de condiciones atmosféricas.

Abono.

Sustancia orgánica que se le agrega a la tierra para aumentar su rendimiento.

Radioactividad.

Emisón espontánea de rayos de alta energía.

Conductor.

Trasmisor de calor o electricidad.

Trabajo.

Movimiento de una masa a través de una distancia.

Fósil.

Restos de organismos de otras épocas.

Alquimista.

Antepasado de los químicos.

Artificial.

No natural.

Nomenclatura

Sistema para dar nombres.

Análogo.

Semejante.

Modelo.

Representación.

Parámetro.

Medida.

Pauta.

Guía.

Fétido.

Desagradable; mal oliente.

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Antología de Química I

Bibliografía 1.- Bloomfield Molly M., Química de los seres vivos., 1°., Ed. Limusa, México 1992. 2.- Brown Lerry Bursten, Química La Ciencia Central, 5°., Ed. Prentice Hall, 1991. 3.- Ralph A. Burns, Fundamentos de Química, 2°., Ed. Prentice Hall Hispanoamericana , S.A., 1996, pp 19-41, 162-260. 4.- Enciclopedia Audiovisual Educativa Física y Química, Ed. Oceano Multimedia, Vol. 2, México 1998. 5.- El Mundo de la Química. Ed. Asociado. 6.- Flores A. Susana, Hernández M. Gisela, Sánchez S, Guillermina, Ideas previas de los estudiantes, Una experiencia en el aula. Educación Química 7. 7.- García Guerrero Miguel, Técnicas para el laboratorio de química en Microescala, 1°., Ed. ADN, México 1996. 8.- Garritz A. Chamizo. Química, Ed. Addison-Wesley 1994. 9.- Garritz Ruiz y Andoni Salcedo Roberto, La Química y la Sociedad. 1°., Ed. UNAM, México 1994. 10.- Manual de COBACH, Química 1, 5°., 1990. 11.- Modulo 5 de SAETA 12.- Guía didáctica de quimica 1 13.- Recio del Bosque, Química Inorgánica, 1°., Ed. Limusa, 1996. 14- Sánchez Dirzo Rafael " Chan kiin "., Las Fuentes de las Energías Renovables, Educación Química, 1998.

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