I CAPITULO

Introducción a la química

Áreas de la químicaÁreas de la química Química General: Estudia las propiedades comunes de todos los cuerpos y las leyes a las que están sometidos los cambios que en ella se efectúan.

Química Aplicada: Estudia las propiedades de cada una de las sustancias en particular, desde el punto de vista útil medicinal, agrícola, industrial, etc.

Química Inorgánica: Estudia las sustancias que provienen el reino mineral

Química Orgánica: Estudia principalmente los compuestos que provienen seres vivos, animales y vegetales.

Química Analítica: Ciencia que estudia el conjunto de principios, leyes y técnicas cuya finalidad es la determinación de la composición química de una muestra.

Bioquímica: Estudia propiedades, reacciones, y productos que participan en los procesos vitales.

Cinética química: Estudia la velocidad de las reacciones químicas.

Termodinámica: Observación y medida de las propiedades microscópicas de las sustancias (P,V,T) que permite calcular otras magnitudes como calor y trabajo.

Química ambiental: Area de la quimica que estudia el medio ambiente

CONCEPTOS BASICOS DE QUIMICA

QUE ES QUIMICA?

Se pueden señalar algunas definiciones referentes al concepto de química .Generalmente las definiciones dependen del autor y de sus ideas con respecto a ella.

Química es la rama de la ciencias física estrechamente relacionadas con físicas y que trata esencialmente de la composición y el comportamiento de la naturaleza

Química es una ciencia que estudia la naturaleza de la materia y los cambios en la composición de la misma

Química Analítica y Análisis Químico

Química Analítica.

Ciencia que estudia el conjunto de principios, leyes y técnicas cuya finalidad es la determinación de la composición química de una muestra.

Análisis Químico.

Conjunto de técnicas utilizadas para conocer la composición de una muestra.

¿Qué? ¿Cuanto?

Análisis Cualitativo Análisis Cuantitativo

Los métodos analíticos se basan en la observación de propiedades químicas y físico-químicas de los elementos o compuestos que constituyen la muestra

Fenómenos o trasformacionesSe denomina transformaciones a todo cambio o fenómenos que sufre la materia por acción de una energía. En nuestra naturaleza se conoce tres tipos o :

Fenómenos Físicos Fenómenos químicos Fenómenos alotrópicos

Fenómenos nucleares

clases de fenómenos

Ley de la conservación de la masa Ley de la conservación de la masa (Antoine Laurent Lavoisier,1777)(Antoine Laurent Lavoisier,1777)

En una reacción química, la suma En una reacción química, la suma de las masa de los reactivos de las masa de los reactivos siempre es igual a la suma de las siempre es igual a la suma de las masas de los productosmasas de los productos

MateriaMateria

Materia: Es todo aquello que ocupa un lugar en el Materia: Es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio y tiene masa.espacio y tiene masa.

Tipos de materia: elementos, compuestos y Tipos de materia: elementos, compuestos y mezclasmezclas

Estados de la materia: Sólido, líquido, gaseoso, Estados de la materia: Sólido, líquido, gaseoso, plasma, y, por supuesto, los exóticos plasma, y, por supuesto, los exóticos condensados de Bose-Einstein y condensados condensados de Bose-Einstein y condensados fermiónicosfermiónicos

PROPIEDADES DE LA MATERIAPROPIEDADES DE LA MATERIA

Hay dos tipos de propiedades que presenta la Materia, Propiedades Extensivas y Propiedades Hay dos tipos de propiedades que presenta la Materia, Propiedades Extensivas y Propiedades Intensivas. Intensivas.

Las Propiedades Extensivas dependen de la cantidad de Materia, por ejemplo, el peso, Las Propiedades Extensivas dependen de la cantidad de Materia, por ejemplo, el peso, volumen, longitud, energía potencial, calor, etc. volumen, longitud, energía potencial, calor, etc.

Las Propiedades Intensivas no dependen de la Cantidad de Materia y pueden ser una relación Las Propiedades Intensivas no dependen de la Cantidad de Materia y pueden ser una relación de propiedades, por ejemplo: Temperatura, Punto de Fusión, Punto de Ebullición, Indice de de propiedades, por ejemplo: Temperatura, Punto de Fusión, Punto de Ebullición, Indice de Refracción, Calor Específico, Densidad, Concentración, etc. Refracción, Calor Específico, Densidad, Concentración, etc.

Las Propiedades Intensivas pueden servir para identificar y caracterizar una sustancia pura. Las Propiedades Intensivas pueden servir para identificar y caracterizar una sustancia pura.

Todos los cuerpos tienen masa ya que están compuestos por materia. También tienen peso, ya Todos los cuerpos tienen masa ya que están compuestos por materia. También tienen peso, ya que son atraídos por la fuerza de gravedad. Por lo tanto, la masa y el peso son dos propiedades que son atraídos por la fuerza de gravedad. Por lo tanto, la masa y el peso son dos propiedades diferentes y no deben confundirse. Otra propiedad de la materia es el volumen, porque todo diferentes y no deben confundirse. Otra propiedad de la materia es el volumen, porque todo cuerpo ocupa un lugar en el espacio. A partir de las propiedades anteriores surgen, entre otras, cuerpo ocupa un lugar en el espacio. A partir de las propiedades anteriores surgen, entre otras, propiedades como la impenetrabilidad y la dilatabilidadpropiedades como la impenetrabilidad y la dilatabilidad

Puras

Tipos de materiaTipos de materia

SustanciasSustancias

Mezclas

Estados de la materia

LA CLASIFICACIÓN DE LA LA CLASIFICACIÓN DE LA MATERIAMATERIA

Clasificación de la Clasificación de la materiamateria

MateriaMateria

MezclasMezclas Sustancias purasSustancias puras métodos físicosmétodos físicos

Elementos Elementos CompuestosCompuestos

métodos químicosmétodos químicos

Homogéneas HeterogéneasHomogéneas Heterogéneas

MATERIA

MEDIDAS

CLASIFICACION

MEZCLAS SUSTANCIAS

HECTEROGENEASHOMOGENEAS

PROPIEDADES

QUIMICOFISICO

ELEMENTOS COMPUESTOS

ESTADOS

Mapa de concepto

Características de los sistemas coloidales

Dispersión coloidal: tamaño de partícula 1 nm a 1 m

Dispersión

fase dispersante (fase continua)

fase dispersa (material particulado)

Gran relación área superficial a volumen

Energía libre interfacial intestabilidad termodinámica

G = A

EnergíaEnergía

Es la propiedad o capacidad que produce Es la propiedad o capacidad que produce un efecto o diversos tipos de cambiosun efecto o diversos tipos de cambios

Tipos de energía: cinética y potencial.Tipos de energía: cinética y potencial. Energía cinética: Del movimiento. Es Energía cinética: Del movimiento. Es

proporcional a su temperatura absoluta.proporcional a su temperatura absoluta. Energía potencial: De posición o fija, Energía potencial: De posición o fija,

puede ser liberada para producir energía puede ser liberada para producir energía cinéticacinética

FORMAS Y FORMAS Y TRANSFORMACIONES DE LA TRANSFORMACIONES DE LA ENERGÍA IIIENERGÍA III..

La energía puede manifestarse de muchas formas. Por ejemplo:

Mecánica. La energía relacionada con los cuerpos o la materia en movimiento. Puede ser:Cinética:la que tiene una masa moviéndose a una velocidad.Potencial: la que tiene un cuerpo debido a su posición en el espacio (gravedad) o a su deformación (tensión, torsión, etc)

Tipos de energía Tipos de energía potencialpotencial

eléctrica, química, luminosa, eléctrica, química, luminosa, atómica y de posición.atómica y de posición.

Energía cinética= ½ mvEnergía cinética= ½ mv22, donde , donde m= masa del objeto y v= m= masa del objeto y v= velocidad.velocidad.

LEY DE LA CONSERVACIÓN DE LA LEY DE LA CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA:ENERGÍA:

No puede crearse ni destruirse, sólo No puede crearse ni destruirse, sólo puede transformarsepuede transformarse

Energía químicaEnergía química Se encuentra en las fuerzas con las que Se encuentra en las fuerzas con las que

los átomos se mantienen juntos en una los átomos se mantienen juntos en una sustancia.sustancia.

En una reacción química la energía En una reacción química la energía de los productos es, en general, de los productos es, en general, diferente de la de los reactivos. diferente de la de los reactivos.

La energía desprendida puede ser en La energía desprendida puede ser en forma de energía luminosa, eléctrica, forma de energía luminosa, eléctrica, mecánica, etc., pero habitualmente se mecánica, etc., pero habitualmente se manifiesta en forma de calor.manifiesta en forma de calor.

El calor intercambiado se llama calor de El calor intercambiado se llama calor de reacción y tiene un valor característico reacción y tiene un valor característico para cada reacciónpara cada reacción

Modelos Atómicos

John Dalton

John Dalton enunció unos postulados que le han valido el titulo de "padre de la teoría atómica-molecular". Dalton trató de buscar la explicación de las leyes ponderales que experimentalmente habían comprobado él y otros químicos europeos.

Dalton llegó a expresar sus postulados después de haber experimentado y comprobado:

- La Ley de Gay-Lussac relativa a los volúmenes gaseosos de combina- ción.- La Ley de conservación de la masa enunciada por Lavoisier.- La ley de composición constante.- La ley de las proporciones múltiples.

- El comportamiento de los gases de acuerdo con las Leyes de Boyle y Charles.

Para él tenía que cumplirse, ante todo, que los átomos de cada elemento debían tener la misma masa.

Con esta idea, Dalton publicó en 1808 su Teoría Atómica que pode-mos resumir:

Los cuerpos compuestos están formados por átomos diferentes; las propiedades del compuesto dependen del número y de la clase de átomos que tenga.

Los elementos están formados por partículas muy pequeñas, llamadas átomos, que son indivisibles e indestructibles.

Todos los átomos de un elemento tienen la misma masa atómica.

Los átomos se combinan en relacio-nes sencillas para formar compues-tos.

La teoría de Dalton impulsó los conocimientos químicos durante un siglo. A pesar de sus intentos,

Dalton no consiguió medir la masa absoluta de los átomos, pues sabemos que es extremadamente pequeña, por lo que trató de calcular la masa de los átomos con relación al hidrógeno, al que dió el valor unidad.

Así surgió la escala química de masa atómicas.

Posteriormente se tomó como átomo de referencia el oxígeno, al que se atribuyó una masa igual a 16, y se definió la unidad de masa atómica (uma) como 1/16 de la masa del oxígeno.

Fisica III - 05

Físico Británico estudió las propiedades eléctricas de la materia, especial-mente la de los gases.

Joseph John Thomson (1856-1940)

Descubrió que los rayos catódicos estaban formados por partículas cargadas negativa-mente (hoy en día llamadas electrones), de las que determinó la relación entre su carga y masa. En 1906 le fue concedido el premio Nobel por sus trabajos.

Millikan calculó experimentalmente el valor de la carga eléctrica negativa de un electrón mediante su experimento con gotas de aceite entre placas de un condensador. Dió como valor de dicha carga e = 1,6 * 10 -19 culombios.

Thomson introduce así las ideas :

El átomo puede dividirse en las llamadas partículas fundamentales:

a) Electrones con carga eléctrica negativa

b) Protones con carga eléctrica positiva

c) Neutrones, sin carga eléctrica y con una masa mucho mayor que las de los electrones y protones.

Thomson considera el átomo como una gran esfera con carga eléctrica positiva, en la cual se distribuyen los electrones como pequeños granitos (de forma si-milar a las semillas en una sandía)

Fisica III - 05

Tras las investigaciones de Geiger y Mardsen sobre la dispersión de partículas alfa al incidir sobre láminas metálicas, se hizo necesario la revisión del modelo atómico de Thomson, que realizo Rutherford entre 1909-1911.

Ernest Rutherford, (1871-1937)

Físico Inglés, nació en Nueva Zelanda, profesor en Manchester y director del laboratorio Cavendish de la universidad de Cambridge. Premio Nobel de Química en 1908. Sus brillantes investigaciones sobre la estructura atómica y sobre la radioactividad iniciaron el camino a los descu-brimientos más notables del siglo. Estudió experimentalmente la naturaleza de las radiaciones emitidas por los elementos radiactivos.

Este concebía el átomo como una esfera de carga positiva uniforme en la cual están incrustados los electrones.

Las investigaciones se produjeron tras el descubrimiento de la radioactividad y la identificación de las partículas emitidas en un proceso radiactivo. El montaje experimental que utilizaron Geiger y Mardsen se puede observar en el dibujo.

Experimento

La mayoría de los rayos alfa atravesaba la lámina sin desviarse, porque igual que en caso de la reja, la mayor parte del espacio de un átomo es espacio

vacío.

Algunos rayos se desviaban, porque pasan muy cerca de centros con carga eléctrica del mismo tipo que los rayos alfa (CARGA POSITIVA).

Muy pocos rebotan, porque chocan frontalmente contra esos centros de carga positiva.

El modelo del átomo de RUTHERFORD se parecía a un sistema solar en miniatura, con los protones en el núcleo y los elec-trones girando alrededor.

El Modelo Atómico de Rutherford quedó constituido por:- Todo átomo está formado por un núcleo y corteza. - El núcleo, muy pesado, y de muy pequeño volumen, formado por un número de protones igual al número atómico y de neutrones igual a la diferencia entre la masa atómica y el nú- mero atómico, donde se concentra toda la ma- sa atómica. - Existiendo un gran espacio vacío entre el nú- cleo y la corteza.

Espectros atómicos

Se llama espectro atómico de un elemento químico al resultado de descomponer una radiación electromagnética compleja en todas las radiaciones sencillas que la componen, caracterizadas cada una por un valor de longitud de onda, λ

El espectro consiste en un conjunto de líneas paralelas, que corresponden cada una a una longitud de onda.Podemos analizar la radiación que absorbe un elemento (espectro de absorción) o la radiación que emite (espectro de emisión).

Teoría cuántica de Planck

La teoría cuántica se refiere a la energía:

Cuando la energía está en forma de radiación electromagnética (es decir, de una ra-diación similar a la luz), se denomina energía radiante y su unidad mínima recibe el nombre de fotón. La energía de un fotón viene dada por la ecuación de Planck:

E = h · ν

h: constante de Planck = 6.62 · 10-34 Joule · segundo ν: frecuencia de la radiación

Cuando una sustancia absorbe o emite energía, no puede absorberse o emitirse cualquier cantidad de energía, sino que definimos una unidad mínima de energía, llamada cuanto (que será el equivalente en energía a lo que es el átomo para la materia);

O sea cualquier cantidad de energía que se emita o se absorba deberá ser un número entero de cuantos.

POSTULADOS DE BÖHR.

El modelo atómico de Rutherford llevaba a unas conclusiones que se contradecían claramente con los datos experimentales.

Para evitar esto, Böhr planteó unos postulados que no estaban demostrados en principio, pero que después llevaban a unas conclusiones que sí eran coherentes con los datos experimenta-les; es decir, la justificación experimental de es-te modelo es a posteriori.

Primer postulado

El electrón gira alrededor del núcleo en órbitas circulares sin emitir energía radiante.

Bohr: Electrones Bohr: Electrones alrededor del núcleo en alrededor del núcleo en niveles bien definidos, niveles bien definidos, con un número limitado con un número limitado de ellos. (1913)de ellos. (1913)

Segundo postulado

Sólo son posibles aquellas órbitas en las que el electrón tiene un momento angular que es múltiplo entero de h /(2 · π)

Puesto que el momento angular se define como L = m v r, tendremos:

m v r = n · h / (2 · π) —> r = a0 · n2    

Así, el Segundo Postulado nos indica que el electrón no puede estar a cualquier dis-tancia del núcleo, sino que sólo hay unas pocas órbitas posibles, las cuales vienen definidas por los valores permitidos para un parámetro que se denomina número cuántico, n.