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TEMA 1 QUMICA Y MATERIA

agroqumicos, polmeros, combustibles, nuevos materiales, estudio de los procesos naturales, como las complejas reacciones bioqumicas, etc. As tambin, ayuda a encontrar nuevas fuentes de energa relacionadas con la calidad de nuestro ambiente; mtodos para la eliminacin de los desechos nucleares. 1.2. LA MATERIA

1.1. CONCEPTO DE QUMICA La qumica es la ciencia que describe la materia, sus propiedades fsicas y qumicas, los cambios que experimenta y las variaciones de energa que acompaa a dichos procesos. La materia es todo aquello que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio, qumicamente, puede clasificarse en dos grandes grupos: Sustancias puras y mezclas. La qumica puede dividirse de muchas maneras como general y descriptiva, orgnica e inorgnica, cuantitativa y cualitativa. La siguiente es la divisin ms usual: a.- Qumica Inorgnica.- Estudia la estructura, las propiedades la obtencin y aplicaciones de las sustancias inorgnicas, o elementos y compuestos propios de cuerpos inanimados. b.- Qumica Orgnica.- Estudia la estructura, propiedades, obtencin natural, sntesis y aplicaciones de las sustancias orgnicas o provenientes de organismos vivos, Tambin se llama qumica del carbono. c.- Fisicoqumica.- Estudia la interaccin de la energa con la materia y los fenmenos que esto conlleva en forma cuantitativa. Est constituida por la termoqumica, el equilibrio qumico y fsico, la electroqumica, la cintica qumica o estudio de las velocidades de reaccin, la mecnica cuntica y estadstica, la fotoqumica y espectroscopia, los fenmenos de transporte y superficie. d.- Qumica Analtica.- Estudia los mtodos y equipo para determinar la composicin de la materia en forma cualitativa y cuantitativa, esta da lugar a muchas especialidades de la qumica como carrera profesional: bromatlogo o analista de alimentos, instrumentista o analista especializado en equipos de precisin para anlisis, analista de minerales y rocas, analista de aguas, Control de calidad de sustancias qumicas, etc. Importancia: La Qumica tiene importancia fundamental en todas las reas de las ciencias y tecnologa. Sus fundamentos permiten a los cientficos separar a las sustancias en los ms pequeos componentes y explicar muchas de sus caractersticas fsicas y qumicas que nos permiten conocer la estructura y propiedades de la materia, resolver problemas y necesidades mundiales como: diseo y sntesis de nuevos frmacos,

Es todo lo que ocupa un espacio y tiene masa, es todo lo que nos rodea ya sea que se puede ver y tocar como el agua y las rocas o no como el aire. La materia est constituida por sustancias y mezclas de sustancias. Una sustancia es una especie pura y puede ser elementos o compuesto como el hidrgeno, el sodio, el cloro, el agua, el cloruro de sodio, etc. Una definicin moderna dice que la materia es energa sumamente condensada. Todas las propiedades medibles de la materia pertenecen a una de las dos categoras: Propiedades extensivas y propiedades intensivas. Propiedad extensiva: Depende de la cantidad de materia considerada: Masa, longitud, volumen. Son propiedades aditivas. Propiedad intensiva: No dependen de cuanta materia se considere: Densidad, temperatura. No son aditivas. 1.3. CAMBIOS FSICOS Y QUMICOS Un cambio fsico es aquel fenmeno que transforma la materia de una forma a otra sin alterar su composicin qumica, antes y despus del cambio la sustancia sigue siendo la misma, as por ejemplo los cambios de estado fsico, para el agua si se la calienta desde -5 C hasta 105 C a 1 atmsfera de presin, va pasando por los estados Slido: Hielo, Lquido: Agua lquida y Gas: Vapor de agua.

S

Fusin Solidificacin

L

Gasificacin Licuacin

G

Sublimacin

Un cambio qumico es una transformacin de una sustancia en otra, tambin se llama REACCIN QUMICA. Despus de la reaccin las sustancias resultantes son diferentes que al inicio. Si se quema carbn, se transforma en anhdrido carbnico: C(s) + O2(g) CO2(g)

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Si el anhdrido carbnico se lo burbujea en agua se transforma en cido carbnico: CO2(g) + H2O(l) H2CO3(ac)

Ecuacin qumica: Un cambio qumico se denota con una ecuacin qumica en la que se puede notar las sustancias que reaccionan, la proporcin en la que reaccionan, las sustancias productos de la reaccin, y los estados fsicos de cada sustancia: slido (s), lquido (l), gas (g), en solucin acuosa (ac). Ejemplo: La formacin del agua a partir del hidrgeno y el oxgeno: H2(g) + O2(g) H2O(l)

descomponer en sustancias ms simples, ya sean elementos o compuestos ms sencillos. Por ejemplo, el compuesto agua (H2O) se puede descomponer por medio de la electricidad en sus elementos constituyentes, hidrgeno y oxgeno; por medio de la experimentacin se ha determinado que el hidrgeno y oxgeno siempre estn presentes en la misma proporcin en masa, 11.1% H y 88.9% O. Por otra parte, las propiedades fsicas y qumicas de un compuesto son diferentes de las propiedades de sus elementos constituyentes. Por ejemplo, el cloruro de sodio (NaCl) es un slido blanco que habitualmente se emplea como sal de mesa, este compuesto se forma por la combinacin de sodio (un metal blanco plateado y suave que reacciona violentamente con el agua) y cloro (un gas verde plido, corrosivo y txico). Frmulas: Un compuesto se representa por una frmula qumica que expresa la proporcin mnima entre los elementos que constituyen el compuesto. Ejemplo: agua H2O, sulfato de cobre CuSO4, cloruro de sodio NaCl. tomos, molculas e iones: tomo: Es la unidad de sustancia qumica y es la porcin ms pequea de materia que tiene todas las propiedades que identifican a un elemento qumico y estn constituidos por un ncleo donde se encuentran los neutrones y protones y renen la carga positiva y la nube electrnica constituida por los electrones que son de carga negativa. El tomo en su conjunto es de carga neutra. Ejemplo H, Cl, Na. Molcula: Es la unidad estructural de las sustancias, representa como estn unidos los tomos para formar las sustancias, ya sean elementos o compuestos. Ejemplo: H2, Cl2. En trminos estrictos solo existen molculas para los elementos o compuestos unidos covalentemente como Cl2, H2O, CH4, etc., mas no para las formas inicas como NaCl, KI, etc. Iones: Son tomos que han perdido o ganado electrones y que por lo tanto tienen carga positiva o negativa respectivamente, ejemplo: Formacin del ion Na + Na Na+ + 1eFormacin del ion Cl Cl + 1 e- ClSi tienen carga positiva se llaman cationes: K+, Ca2+, Al3+ Si tienen carga negativa se llaman aniones Cl-, S2-, N3Grupos de tomos tambin pueden formar iones: Cationes poliatmicos: Ion amonio (NH4)+. Aniones poliatmicos: In sulfato (SO4)2-, carbonato (CO3)2-

1.4. CLASIFICACIN La materia se clasifica inicialmente en sustancias puras y mezclas.

a. Sustancias puras. Una sustancia es cualquier tipo de materia cuyas muestras tienen composicin idntica, y en condiciones iguales, propiedades idnticas. Una sustancia puede ser un compuesto o un elemento. Elementos: Son sustancias que no se pueden separar en sustancias ms simples por medios qumicos. Por ejemplo: Nitrgeno, Plata, Aluminio, Cobre, Azufre, etc. A la fecha la IUPAC ha reconocido 112 elementos qumicos de los cuales 92 se encuentran en forma natural en la tierra. Los dems han sido producidos de modo artificial por cientficos mediante reacciones nucleares. Smbolos: Un elemento se representa por un smbolo qumico constituido por 1, 2 o 3 letras donde la primera es siempre mayscula, ejemplo: O oxgeno, Ag plata, Unp unnilpentium. Compuestos: Son sustancias puras formadas por dos o ms elementos diferentes combinados en una proporcin constante. Todos los compuestos se pueden

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b. Mezclas. Mezcla es la reunin de dos o ms sustancias en cantidades variables que conservan sus propiedades individuales, y pueden separarse por medios fsicos. Las mezclas pueden ser homogneas y heterogneas. Mezclas homogneas. Hay una disgregacin total y no se pueden notar la diferencia entre sus componentes, constituye una sola fase y tienen composicin y propiedades constantes en cualquiera de sus partes, tambin se les llama soluciones, por ejemplo el aire, el agua de mar, el petrleo. Mezclas heterogneas. Donde la disgregacin no es total y se pueden ver las diferentes sustancias que la constituyen, estn constituidas por fases diferentes, las propiedades y composicin varan de acuerdo a cada regin de las mezclas por ejemplo: el concreto, la arena. 1.5. ESTADOS DE LA MATERIA La materia presenta propiedades fsicas como su forma, color, densidad, estado fsico y propiedades qumicas como su forma de reaccionar y su composicin. Estados fsicos de la materia La materia puede presentarse en los siguientes estados:

a) Estado slido. Est constituido por partculas atrapadas en ordenamientosreticulares, son cuerpos compactos debido a que las fuerzas de cohesin son mayores que la fuerza de repulsin, se caracterizan por tener forma y volumen definidos, ejemplo: la sal comn, el yeso, un cristal de cuarzo, etc.

1.6. APLICACIN: LA LICUEFACCIN DEL AIRE El aire es una mezcla homognea compuesta por nitrgeno en un 78%, oxgeno en un 21 % y otros gases como argn, dixido de carbono, nen, helio, etc. en un 1%, distribuido aproximadamente hasta una altura de 70 km en la atmsfera. El aire es una fuente natural de nitrgeno y es precisamente del aire de donde se saca la mayora de compuestos del nitrgeno, as por ejemplo la urea (NH2)2CO se obtiene casi completamente del aire; primero se comprime el aire hasta licuarlo, la mezcla lquida se destila para separar los componentes, especficamente N2 y CO2., el nitrgeno se hace reaccionar con hidrgeno para formar el amoniaco. N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) Luego el amoniaco se hace reaccionar con dixido de carbono acelerando la reaccin con un catalizador de platino, producindose la rea. 2NH3(g) + CO2(g) (NH2)2CO(s) + H2O (g) 1.7. EJERCICIOS: 1. Indique verdadero (V) o falso (F) de las siguientes proposiciones: I. La Qumica implica el estudio de la materia y los cambios que en ella ocurren.

b) Estado lquido. El lquido es fluido, adopta la forma de su recipiente y no tiene unaforma propia definida. Es un estado intermedio entre el slido y el gaseoso, se caracteriza por tener volumen definido pero no tiene forma, las partculas que lo constituyen aun tienen movimiento. Ejemplo: el agua.

c) Estado gaseoso. Est constituido por partculas pequeas separadas por grandesdistancias en constante movimiento aleatorio. El estado gaseoso se caracteriza por no tener forma y ocupar todo el volumen del recipiente que los contiene. Se dice que en el estado gaseoso las fuerzas de repulsin entre las partculas son mucho mayores que las fuerzas de cohesin. Ejemplo El aire, el cloro, el oxgeno.

d) Plasma. Este estado de la materia es una mezcla gaseosa de iones positivos yelectrones. Existe a temperaturas elevadsimas en el cual todas las molculas estn disociadas y casi todos los tomos ionizados. Este estado fsico se obtiene como consecuencia de las reacciones termonucleares (de fusin nuclear). Un plasma acta como un disolvente universal, disuelve todo lo que toca. Se han efectuado ensayos de contencin de plasmas de bajas temperaturas mediante campos magnticos externos.

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La qumica tambin proporciona antecedentes histricos para atender las propiedades del tomo. III. La qumica trata solamente del estudio de las propiedades fsicas. A) VVV 2. B) VFF C) VFV D) FVV E) FFF 7.

II.

II.

El agua, la gasolina y el alcohol, a condiciones ambientales, ocupa un volumen fijo pero adopta la forma del recipiente que lo contiene. III. Los cambios de estado son fenmenos fsicos. A) VVV B) VFV C) VVF D) FFV E) FVV

Cul de los siguientes rubros del conocimiento humano no tiene relacin en la qumica? A) Biologa B) Astronoma C) Medicina D) Teologa E) Geologa No es campo de accin de la qumica: A) Preservacin de alimentos. B) Sntesis de fertilizantes. C) Construccin de edificios. D) Obtencin de biodiesel. E) Bioqumica. Respecto a las siguientes alternativas: I. Agua de azar. II. Hilo seco. III. Aire. IV. Energa nuclear. Cules son ejemplos de materia? A) Solo I B) Solo II C) I y II D) I, II, III E) Todas

Seale como verdadero (V) o falso (F) I. II. En el estado slido las partculas componentes vibran u oscilan en posiciones fijas.

3.

En el estado lquido las partculas componentes presentan mayor aglomeracin que las partculas componentes en el estado gaseoso. III. El cambio de estado slido o lquido se denomina licuacin. A) VVF 8. B) VVV C) VFF D) VFV E) FFF

Seale verdadero (V) o falso (F) I. Cuando una mezcla de azufre y limaduras de hierro se quema en tubo se obtiene una mezcla homognea. II. El ozono (O3) y el azufre ( S8) son sustancias simples. III. El aire es una mezcla de gases que consiste en una fase. A) FFF B) FVF C) VFV D) VVV E) FVV

4.

TEMA 2 ESTRUCTURA ELECTRNICA DE LOS TOMOS2.1. MODELOS ATMICOS Las primeras ideas acerca de la existencia del tomo se dieron a conocer hace aproximadamente 600 aos antes de Cristo, por los filsofos de aquellos tiempos especialmente los griegos; Demcrito indicaba que la materia era una concentracin de partculas a quienes denomin TOMOS y que en griego significa A = sin, TOMO = divisin. Demcrito adems manifestaba que estos tomos estaban en movimiento constante, que se combinan de maneras diferentes y se diferenciaban entre s en forma y disposicin.

5.

De las siguientes especies, cul es la ms pequea porcin de materia? A) Sal de mesa. B) Hielo seco CO2(S) C) Molcula de agua. D) tomo de hidrgeno. E) Gota de agua. Respecto a los estados de agregacin de la materia, indique verdadero (V) o falso (F) de las siguientes proposiciones I. La materia en el estado gaseoso no tiene volumen, ni forma fijas, mas bien, se ajusta al volumen y forma el recipiente que lo contiene.

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2.1.1. Teora atmica de Dalton (1808): Dalton fue quien atribuy un peso atmico a cada elemento y fue posible por primera vez ordenarlos, de esta manera se comprob que existan relaciones cuantitativas entre los elementos. Dalton plante ciertos postulados respecto a la materia, en la actualidad algunos de ellos han perdido validez:

1. La materia est constituida por partculas elementales denominadas tomos y secaracterizan por ser indestructibles, indivisibles e impenetrables.

En conclusin, Thompson propuso su modelo atmico de esta manera: El tomo es una esfera de electricidad positiva, en la cual sus electrones estn incrustados como pasas en un pastel, cada elemento tiene en sus tomos un nmero diferente de electrones que se encuentran siempre dispuestos de una manera especial y regular. Carga total positiva = Carga total negativaCarga distribuida homogneamente Electrn incrustado en todas partes del tomo

2. Los tomos que componen un determinado elemento se caracterizan por tener elmismo peso pero difieren en el peso de los tomos de otros elementos.

3. Los diversos compuestos qumicos estn formados por tomos combinados enproporciones definidas, estos se combinan en mltiplos aritmticos sencillos. permanece indestructible, indivisible e impenetrable.

4. Por ms violenta que sea una reaccin qumica u otro tipo de fuerza, el tomo2.1.2. Modelo de Thompson (1897): Por el ao de 1833 Faraday iniciaba los descubrimientos acerca de la electricidad, en 1874 G.J. Stoney sugiri que el fenmeno de la electricidad se deba a una partcula denominada ELECTRN, y en 1897 se pudo verificar experimentalmente la existencia del electrn por el estudio de los rayos catdicos. Cuando en un tubo al que se le ha efectuado el vaco provisto de dos electrodos se aplica una diferencia de potencial se observa un haz luminoso entre los dos electrodos denominados rayos catdicos. En primer lugar se determin que estos rayos salen del ctodo (de ah su nombre) y se propagan en lnea recta hacia el nodo. En segundo lugar, se lleg a la conclusin de que los rayos catdicos estn formados por partculas con masa porque son desviados por un campo magntico. Si colocamos un campo elctrico alrededor del tubo de vaco, se demuestra que los rayos catdicos tiene carga elctrica negativa.

2.1.3. Modelo de Rutherford (1910): Para ese tiempo ya se conoca la radiactividad descubierta por Henry Becquerel al estudiar el uranio. Se determinaron tres tipos de radiaciones: alfa, beta y gamma, los rayos alfa son partculas cargadas positivamente, las beta tienen carga elctrica negativa y los rayos gamma son energa radiante o luz. Rutherford realiz un experimento bombardeando una lmina de oro con partculas alfa y observ que unas pocas partculas alfa rebotaban en la lmina, lleg a la conclusin de que era una fuerza elctrica poderosa, y ubicada en un pequeo volumen desviaba a las partculas alfa. Esta deduccin le permite a Rutherford descubrir el ncleo y da a conocer una imagen distinta del tomo, donde se indica que: - El tomo es increblemente tenue. - Es un espacio casi vaco en su totalidad. - Posee un ncleo central muy pequeo, y este es muy pesado y denso. - El ncleo es de carga positiva donde se origina la fuerza que desva las partculas alfa. El tomo posee una envoltura de electrones que se encuentran rotando alrededor del ncleo en rbitas semejante a la de un sistema planetario.

As Thompson descubri el ELECTRN, y demostr que es un fragmento universal que se encuentra en todos los tomos; adems se calcul la relacin carga-masa (q/m) del electrn:

q C = 1,76 10 8 m gMs adelante Robert Millikan encontr que la carga del electrn es de: q = - 1,6 10 19 C Con las dos ecuaciones anteriores podemos determinar que la masa es: m = 9,1 10 28 g

2.1.4. Modelo de Niels Bohr (1913): La obra de Rutherford pas inadvertida en sus tiempos, es decir en el mundo exterior se segua utilizando el modelo de Thompson. Niels Bohr le dio la respectiva importancia dando inicio a la teora cuntica aplicando la hiptesis cuntica a la estructura atmica.

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El tomo posee un ncleo y alrededor de este ncleo giran los electrones en niveles circulares, de tal manera que la fuerza coulmbica que se genera en el ncleo se balancea con la fuerza centrpeta del electrn: Fa = Fc Los electrones solo giran en aquellas regiones donde su momento angular es un mltiplo entero y positivo: n = 1,2,3, ... Mientras el electrn permanece en un determinado nivel no absorbe ni irradia energa, es decir permanece constante.

Onda: Una onda es una perturbacin vibracional por medio de la cual se transmite energa, la velocidad de propagacin de la onda depende del tipo de onda y de la naturaleza del medio en el cual se transmite. Las partes fundamentales de una onda son: Longitud de onda (): Es la distancia entre dos puntos idnticos en ondas sucesivas. Frecuencia (n): Es el nmero de ondas que pasa por un punto especfico en un segundo. El producto de la longitud de onda por la frecuencia de una onda es igual a la velocidad de propagacin. n = c

-

E =-

e2 2R

Si un electrn se traslada de un nivel a otro, entonces debe absorber o emitir una cierta cantidad de energa, equivalente a la diferencia de energa entre los dos niveles. Por consiguiente, si un electrn se acerca al ncleo emite energa y si se aleja absorbe energa, si la energa es de la dimensin de la luminosa, entonces se cumple:

E f - E i = hu2.1.5. Modelo mecnico cuntico: El modelo actual es la evolucin del modelo de Bohr. Se trata de un modelo netamente matemtico y probabilstico que se basa en los siguientes principios: PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE DE HEISEMBERG: No es posible determinar simultneamente el momento y la posicin de un electrn. PRINCIPIO DE DUALIDAD DE LA MATERIA: Louis DBroglie atribuy carcter dual a la materia, es decir, una partcula est asociada con una onda electromagntica, o sea es materia y energa a la vez. Segn Max Planck La energa de un fotn es el producto de h la constante de Planck (h = 6,63x10-34 J.s) por la frecuencia de la onda n. E = hn Max Planck De otro lado, el producto de la frecuencia por la longitud de onda es igual a la velocidad de la luz: c =ln = 3x108 m/s Y de acuerdo a Einstein E = mc2 Combinando estas tres ecuaciones se obtiene que: Max Planck propuso que la luz viaja en paquetes de energa denominados fotones o cuantos, cuya energa es proporcional a la frecuencia: E = hn Donde: h, es una constante proporcionalidad, llamada constante de Planck y su valor es 6,63x10-34 J.s Ejemplo: Cul es la frecuencia de la onda y la energa de un fotn que corresponde a luz verde del semforo de longitud de onda 522 nm? (1 nm = 1x10-9 m) Ondas electromagnticas Maxwell demostr que la luz est constituida por ondas electromagnticas; ondas constituidas por dos componentes que vibran en planos perpendiculares: un componente elctrico y un componente magntico, ambos con la misma longitud de onda y la misma frecuencia. La caracterstica de las ondas electromagnticas es que todas viajan a la misma velocidad 300 000 km/s o 3x108 m/s en el vaco, valor que difiere muy levemente en medios naturales como aire o agua.

h = mc l6

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u=

c 3 x10 8 m s -1 = = 5,75 x1014 s -1 l 522 x10 -9 m

E = h.u = 6,63x10 -34 J s x 5,75 x1014 s -1 = 3,81x10 -19 JAparentemente parece una cantidad pequea de energa, pero, de acuerdo a la frecuencia un solo rayo lleva 5,75x1014 fotones por segundo, que es una cantidad relativamente grande. Einstein aplicando este concepto al fenmeno fotoelctrico generaliz que si la luz viaja en cuantos; cualquier fenmeno de absorcin o de emisin de luz por un cuerpo siempre ser en cantidades mltiplos de la energa de un fotn. 2.2. PRINCIPIO DE DUALIDAD En 1 927 Erwin Schrdinger, aplicando el concepto de dualidad de la materia y del principio de incertidumbre propuso una ecuacin matemtica compleja denominada ecuacin de onda para describir el comportamiento de partculas subatmicas movindose con la velocidad de la luz en campos definidos. La ecuacin incorpora el concepto de partcula expresada como la masa y el concepto de onda expresado como una funcin de onda que depende de la posicin del sistema en el espacio, aunque la funcin no tiene significado fsico directo el cuadrado 2 est relacionado con la probabilidad de encontrar la partcula en una regin del espacio. Donde:y es la funcin de onda

La aplicacin de la ecuacin de onda al tomo de hidrgeno que solo tiene un electrn movindose alrededor de su ncleo ha dado lugar al modelo atmico moderno o modelo cuntico, que establece que un tomo est constituido por un ncleo central alrededor del cual se mueven los electrones a grandes velocidades del orden de la velocidad de la luz, distribuidos en niveles de energa, subniveles de energa, orbitales y con spin magntico y tiene un carcter de partcula y de onda. 2.3. PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE DE HEISEMBERG Este principio establece que es imposible conocer simultneamente el momento de un electrn (definido por el producto de la masa por la velocidad) y su posicin en el espacio. Lo que nos indica que los electrones en los tomos no tienen una distribucin tan precisa como la propuesta por Bohr sino ms bien es una distribucin compleja y con interaccin entre los mismos electrones. 2.4. EL NCLEO ATMICO: Es la parte central del tomo y en l se encuentra concentrada casi toda la masa del tomo, se encuentran principalmente protones y neutrones. Para evitar la repulsin entre los protones en el ncleo se tiene a los mesones descubiertos por ANDERSON la presencia de estos fue premeditada por YUKAWA. El mesn tiene igual carga que el electrn pero su masa es 200 veces mayor con un tiempo de vida de 200 millonsimas de segundo. El mesn p muestra una gran afinidad con protones y neutrones a tal punto que se traslada constantemente de una partcula a otra cambiando su carga y evitando la repulsin de los protones. 2.4.1. Propiedades definidas por el ncleo. Nmero atmico (Z): Est dado por el nmero de protones de un tomo y a su vez permite identificar al elemento qumico, todos los tomos de un mismo elemento tienen el mismo nmero de protones y la tabla peridica est ordenada en funcin a Z. Z = p+ Ejemplos: Z=1 Hidrgeno H Z=2 Helio He Z=6 Carbono C Z=8 Oxgeno O Z = 15 Fsforo P Nmero msico (A): Tambin se denomina nmero msico o ndice de masa, indica el nmero total de nucleones que tiene el tomo, es decir protones y neutrones.

2y 2y 2y 8p 2 m + 2 + 2 + ( E -V )y = 0 2 x y z h2

m h E V

es la masa electrn

del

es la constante de Planck Energa total de la partcula Energa potencial

La solucin matemtica de la ecuacin de onda requiere introducir nmeros enteros que tienen que ver con la energa, probable ubicacin y forma del recorrido de la partcula. Estos nmeros reciben el nombre de nmeros cunticos. Aproximadamente un ao despus de la especulacin de DBroglie de que los electrones eran partculas ondulatorias, esto fue comprobado por Davison y Germer. La solucin de la ecuacin de onda es estrictamente matemtica, las diferentes soluciones nos dan los nmeros cunticos.

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A = p+ + n Ejemplo: El Sodio tiene 11 protones y 12 neutrones A = 23 Representacin de un tomo: Un tomo se representa por su smbolo X, el nmero atmico a la izquierda inferior y el nmero de masa a la izquierda superior:

Ejemplos:40 K 19 40 Ca 20

14 C 6

14 N 7

A ZEjemplos:23

Xp+

Istonos: Son tomos de diferentes elementos que poseen el mismo nmero de neutrones. Ejemplos:12 C 11 5 B31 15 P 32 16 S

n 12 16 20

6

Na 1131 15

A = 23 = A = 31 = A = 40 =

11 + 15 + 20 +

P

n = 6

n = 16

40 Ca 20 234 U 92

A = 234 = 92 + 142

Istopos: Son tomos que pertenecen a un mismo elemento pero poseen diferente nmero de neutrones. Es decir, tienen igual nmero atmico pero diferente nmero de masa. Ejemplos: Istopos del hidrgeno:Hidrgeno 1 H 1 1 p+ , 0 n Deuterio 2 H 1 1p+ , 1 n Tritio 3 H 1 1p+ , 2 n12 C 6 6 p+ , 6n 13 C 6 6p+ , 7 n 14 C 6 6p+ , 8n

2.5. RADIOACTIVIDAD Los tomos de un elemento dado pueden tener diferente nmero de neutrones y, por tanto, diferente nmero de masa; el nmero de masa es el nmero total de nucleones (protones y neutrones) que hay en el ncleo. Los tomos que tienen el mismo nmero atmico pero distinto nmero de masa se conocen como istopos. Por ejemplo los tres istopos de Uranio presentes en la naturaleza se identifican como Uranio233, Uranio 235 y Uranio238, donde los sufijos numricos representan el nmero de masa. Estos istopos tambin se designan, usando smbolos genricos, como233 92

U,

235 92

U, y

238 92

U

Istopos del carbono El subndice es el nmero atmico y el superndice es el nmero de masa. Los diversos istopos tienen diferente abundancia natural. Por ejemplo el 99,3% del Uranio natural es Uranio238, el 0,7% es Uranio235 y slo hay trazas de Uranio233. Los distintos ncleos tambin tienen diferente estabilidad. Las propiedades nucleares de un tomo dependen del nmero de protones y neutrones que hay en su ncleo. Los ncleos que son radiactivos se llaman radioncleos y los tomos que contienen estos ncleos se conocen como radioistopos. En 1896, el fsico Henri Becquerel estudiaba el fenmeno fosforescencia en minerales de uranio cuando descubri accidentalmente la radiactividad. Becquerel efectu muchos ms experimentos y encontr que el uranio metlico produca las mismas emisiones que las sales de uranio, pero ms fuertes an, Becquerel estaba totalmente desconcertado De dnde provena toda esa energa? La reduccin nada tena que ver con la fosforescencia. Marie Curie y su esposo Pierre posteriormente llamaron radiactividad al fenmeno. Confirmaron que el Uranio metlico mismo era radiactivo, as tambin Marie Curie

Los istopos son muy importantes en el estudio de la qumica porque en forma natural existen siempre los mismos istopos de un elemento y en la misma proporcin, y es indispensable su conocimiento para determinar la masa atmica de un elemento. Isbaros: Se trata de tomos que poseen diferente nmero de protones pero con igual nmero de masa, es decir, diferente nmero atmico pero igual nmero de masa.

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prob que la pechblenda, una mena comn que contiene uranio y otros metales (como plomo, bismuto y cobre) que era ms radiactiva que el uranio puro. Rutherford descubri que la radiacin alfa, a se compone de partculas que, al pasar por un campo elctrico, son atradas hacia el lado negativo del campo, de hecho, sus posteriores estudios revelaron que estas partculas alfa son ncleos de helio, 2 He de poder limitado de penetracin y pueden ser detenidos por la piel, la ropa o varias hojas de papel. En el mismo experimento, Rutherford encontr otro tipo de radiacin ms penetrante a la que llam radiacin beta, b , partculas con carga negativa, atradas por la placa electrnicamente positiva. Becquerel mostr que estas partculas tienen una carga elctrica y una masa iguales a las del electrn. Las partculas beta son electrones expulsados a gran velocidad de algunos ncleos radiactivos. Son ms penetrantes que las partculas alfa ya que se requiere un trozo de aluminio de un espesor de por lo menos 3,2 cm para detenerlos, y penetrar aproximadamente 1 cm en los huesos o tejidos vivos. Posteriormente, P. Willard descubri la radiacin gamma (g). Es una forma de radiacin electromagntica como los rayos X y no son afectadas por un campo elctrico. La radiacin gamma es ms penetrante y puede atravesar totalmente el cuerpo humano. Se requiere gruesas capas de plomo o de concreto para detener los rayos gamma. La capacidad de penetracin relativa de los tres tipos principales de radiacin nuclear se presenta en la figura siguiente:4 2+

2.6. REACCIONES NUCLEARES Con excepcin del hidrgeno ( 1 H ), todos los ncleos contienen dos tipos de partculas fundamentales, los protones y los neutrones. Algunos ncleos son inestables y emiten partculas y/o radiacin electromagntica de manera espontnea (decaimiento radiactivo), fenmeno al que se le llama radiactividad. Todos los elementos que tienen nmero atmico mayor de 83 son radiactivos. Por ejemplo el polonio210 (210 84

1

Po ), decae de modo espontneo a210 84

206 82

Pb

y emite una partculaa.

Po

206 82

Pb

+

4 2

He

2+

Otro tipo de radiactividad conocida como transmutacin nuclear, se produce al bombardear el ncleo con neutrones, protones y otros ncleos. Se puede lograr por medios artificiales, y tambin puede suceder en el espacio. Por ejemplo, cuando el istopo de nitrgeno14 captura un neutrn del sol se convierte en.14 7

N

+

1 0

n

14 6

C

+

1 1

H

El decaimiento radiactivo y la transmutacin nuclear son reacciones nucleares, que son muy distintas a las reacciones qumicas. La diferencia entre estas reacciones se resume en la tabla siguiente: Comparacin de las reacciones qumicas y las reacciones nucleares Reacciones Qumicas Reacciones Nucleares 1. Pueden estar implicados los protones, neutrones, electrones y otras partculas elementales. Los elementos (o los istopos de los mismo elementos) se interconvierten los unos en los otros. Las reacciones van acompaadas por la absorcin o liberacin de enormes cantidades de energa. Las velocidades de reaccin, por lo general, no se ven afectadas por la temperatura, la presin o los catalizadores.

Alfa (a ) Beta (b ) Gamma (g )Papel 0,5 cm de espesor Pb 10 cm de espesor Pb

1.

Las caractersticas de las emisiones a, b y g se resumen en la siguiente tabla: Nombre Alfa Beta Gamma4 2

2.

Smbolo

Carga +2 -1 0

Masa (g /partcula) 6,6510-24 9,1110-28 0

3.

He , 0 -1

2+

4 2

e, -0 1,

4.

0 0

Solo los electrones de los orbitales atmicos estn implicados en la ruptura y formacin de enlaces. Los tomos se arreglan por la ruptura y formacin de enlaces qumicos. Las reacciones se acompaan por la absorcin o liberacin de cantidades de energa relativamente pequeas. Las velocidades de reaccin se ven afectadas por la temperatura, presin, concentracin y catalizadores.

2.

3.

4.

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Balanceo de las Ecuaciones Nucleares: En una ecuacin nuclear adems de escribir los smbolos de las distintos elementos qumicos, tambin se debe indicar, de manera clara, protones, neutrones y electrones. Se debe conseguir el nmero de protones neutrones que hay en cada especie. Los smbolos de las partculas elementales son los siguientes:

235 92

1 U + 0n

90 38

Sr +

143 54

1 Xe + 3 0 n

Esta es una reaccin demasiado exotrmica. La energa liberada es 2,0 1013 J. As tambin, se producen ms neutrones que los que se capturaron al inicio del proceso. Esta propiedad hace posible una reaccin nuclear en cadena, que es una secuencia de reacciones de fisin nuclear autosostenidas. Los neutrones que se generan durante las etapas iniciales de la fisin pueden inducir fisin en otros ncleo que a su vez producen ms neutrones, y as sucesivamente. En menos de un segundo, la reaccin se vuelve incontrolable, liberando gran cantidad de calor. Una de las aplicaciones de la fisin nuclear fue el desarrollo de la bomba atmica. Muchos neutrones emitidos durante el proceso de fisin se capturarn por otros ncleos.

Al balancear cualquier ecuacin nuclear se deben cumplir las siguientes reglas: - El nmero total de protones y neutrones en los productos y reactivos debe ser el mismo (para conservar el nmero de masa). - El nmero total de cargas nucleares en los productos y reactivos debe ser el mismo (para conservar el nmero atmico). Fisin nuclear La fisin nuclear es el proceso en el que el ncleo pesado, nmero de masa >200, se divide para formar ncleos ms pequeos de masa intermedia y uno o ms neutrones. Este proceso libera gran cantidad de energa. Por ejemplo, la fisin nuclear del Uranio 235 cuando captura un neutrn se fisiona para forma dos ncleos ms pequeos.

Fusin nuclear La fusin nuclear es la combinacin de pequeos ncleos en otros ms grandes, est libre, en gran parte, del problema de desecho de desperdicios. Cuando dos ncleos ligeros se combinan o se fusionan para formar ncleos ms grandes y ms estables, se liberar una cantidad considerable de energa en el proceso. Esta es la base de la investigacin para el aprovechamiento de la fusin nuclear en la produccin de energa. La reaccin representativa es:

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La fusin nuclear ocurre de manera continua en el sol, formado principalmente por hidrgeno y helio, mantiene la temperatura interior del sol a unos 15 millones de grados Celsius. Se supone que se llevan a cabo las siguientes reacciones de fusin:1 1 3 2 1 1

radioistopo carbono-14 se produce continuamente en la atmsfera superior al capturar los tomos de nitrgeno neutrones de los rayos csmicos.14 7 1 N + 0n 14 6

H + H He2 1 3 2 3 He + 2 He 4 He + 2 1 H 2 1

C + 1H 114

H + 1H 2 H + 1 1

0 +1

El Carbono-14 reacciona con molculas de oxgeno y forma CO 2 cuya cantidad permanece constante en la atmsfera por la emisin beta con una vida media de 5730 aos.14 6

C

14 7

N + -0 1

2.7. APLICACIONES DE LOS ISTOPOS 2.7.1. Istopos en medicina Algunos radionclidos se utilizan en medicina como trazadores radiactivos, pueden utilizarse para marcar un elemento en los compuestos. Si empleamos un detector de radiaciones puede seguirse el recorrido de ese elemento a travs del cuerpo. As se inyectan en el flujo sanguneo soluciones que contienen Na-24 para seguir el recorrido de la sangre y localizar obstrucciones en el sistema circulatorio. El Talio-201, tiende a concentrarse en los tejidos musculares sanos del corazn, mientras que el Tecnecio-99 se encuentra en los tejidos anormales. Ambos pueden usarse para obtener una visin del dao producido en el corazn. El Yodo-131, se concentra en la glndula tiroides, el hgado y ciertas partes del cerebro se utiliza para seguir el bocio y otros problemas de tiroides y tambin para los tumores del hgado y cerebrales. El calor generado por la desintegracin del Plutonio-238 puede convertirse en energa elctrica para marcapasos, cuyo mecanismo permite utilizarlo durante 10 aos antes que sea necesario reemplazarlo. 2.7.2. Usos agrcolas Las muestras marcadas de fertilizantes se utilizan para investigar que nutrientes absorben las plantas y estudiar el aumento de las cosechas. La irradiacin gamma de algunos alimentos permite almacenarlos durante largos periodos de tiempo. Por ejemplo, retrasa la germinacin de papas y cebollas. Control de orugas de moscas por tcnica radiolgica, que consiste en irradiar al macho con rayos gamma lo que altera sus clulas reproductivas y se lo esteriliza al aparcarse con las hembras no produce descendencia con lo cual, se reduce o elimina la poblacin de moscas. 2.7.3. Determinacin de la edad a) Con Carbono-14: La tcnica del Carbono-14 es til para estimar la edad de productos de origen orgnico, con una antigedad inferior a 50 000 aos. El

Las emisiones del Carbono-14 en tejidos muertos disminuyen con el tiempo y la actividad por gramo de carbono es una medida del tiempo que ha pasado desde su muerte. b) Con Potasio-40: El Potasio-40 est presente en todos los organismos vivos. Se desintegra a Argn-40 mediante captura electrnica, con una vida media de 1 300 millones de aos.40 19 40 19

K + -0 e 1

40 18

Ar

Puede utilizarse para datar objetos de hasta un milln de aos; determinando la relacin de

Ka

40 18

Ar en la muestra.

c) Mtodo de Uranio-Plomo: Se basa en la serie radiactiva natural de Uranio-238 que termina con la produccin de Plomo-206 estable. Con este mtodo se estima la edad de minerales que contengan Uranio de varios miles de millones de aos de antigedad. 2.7.4. Aplicaciones industriales - El flujo de lquido o un gas que ocurre a travs de una caera bajo tierra se mide mediante un contador Geiger al inyectarle una muestra que contenga una sustancia radiactiva. - Fugas en las caeras. - El espesor de un metal se correlaciona con la intensidad de la radiacin que lo atraviesa. 2.8. CORONA O ENVOLTURA Nmeros cunticos Son cuatro parmetros que explican de manera satisfactoria el movimiento de los electrones en un tomo, se representan por n, l, m y s; los dos primeros son energticos y los dos ltimos magnticos.

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Nmero cuntico principal (n): Indica el nivel de energa en que se encuentra un electrn. Indica el tamao de la nube electrnica. Hace referencia a la distancia promedio entre el electrn y el ncleo. Seala el valor energtico de un electrn en dicho nivel:

Sus valores son s = +

1 1 y 2 2

Se empieza por los valores de "m" negativo y "s" positivo.

- 2p 2 .m.e. 4 z 2 En = n2h 2En = energa total del electrn m = masa del electrn z = carga nuclear h = constante de PLANCK n = No cuntico principal Sus valores son nmeros enteros positivos: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, .... Nmero cuntico secundario o azimutal ( l ): Llamado tambin parmetro de la forma de la nube electrnica o angular. Indica el subnivel energtico del electrn. Est relacionado con la forma del orbital atmico. Sus valores van desde 0 hasta n-1. 0 1 2 3 ... ( n - 1 ). s p d f .... Nmero cuntico magntico o de orientacin ( m ) Indica el nmero de posibilidades de orientacin espacial de los subniveles o el nmero de orbitales atmicos. Sus valores son: m = 2l + 1 , es decir dependen de l , por ejemplo cuando l = 1, hay tres valores permitidos para m. Para cada subnivel l , m puede tomar valores enteros que van desde -l hasta +l incluyendo cero. Si l = 2 entonces: m = -2, -1, 0, +1 y +2. Cada orientacin u orbital puede alojar a un mximo de 2 electrones. Nmero cuntico de spin ( s ) Indica el sentido de rotacin del electrn sobre su propio eje, el giro de los electrones en el orbital debe ser opuesto para anular la repulsin electrosttica.

2.9. DISTRIBUCIN ELECTRNICA Principio de Aufbau El ordenamiento de los electrones en un tomo no necesariamente es en el orden de los niveles porque a medida que los niveles aumentan, sus subniveles se traslapan y entonces hay subniveles de niveles inferiores con mayor energa que otros subniveles de niveles superiores, por ejemplo el subnivel 3d es de mayor energa que el subnivel 4s y por lo tanto el 4s se ocupar antes que el 3d El orden de llenado es entonces en estricto orden de energa, ocupndose primero los subniveles de menor energa. El modo ms prctico y sencillo es con la regla del serrucho o construccin progresiva AUFBAU.1 1s 2 2s 2p 3 3s 3p 4 4s 4p 4d 5 5s 5p 5d 6 6s 6p 6d 7 7s 7p

NIVEL S U B N I V E L

3d

4f

5f

6f

Ejemplos:11Na 17Cl

11 e17 e-

1s22s22p63s1 1s22s22p63s23p5

A esta se llama distribucin electrnica basal o en el estado fundamental, porque corresponde a un tomo en estado libre de interacciones, cuando un tomo est formando enlaces la distribucin electrnica sufre transformaciones. Excepciones en la distribucin electrnica basal:

1. En los elementos: 24Cr, 29Cu, 41Nb, 42Mo, 44Ru, 45Rh, 46Pd, 47Ag, 78Pt, 79Au, loque resulta con el serrucho no es correcto. Se debe pasar un electrn del penltimo subnivel al ltimo.

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Ejemplo: 29Cu 1s22s22p63s23p64s13d10 En el 46Pd se deben pasar 2 electrones.

n e1 e2 3 3

l 1 1

m -1 -1

s + -

2. En el 57La, 58Ce, 64Gd, 71Lu se coloca un electrn en el subnivel 5d antes deque ocupe el 4f. Ejemplo: 58Ce [Xe] 6s24f 15d196Cm, 103Lr

3. En el

89Ac, 90Th, 91Pa, 92U, 93Np, subnivel 6d antes que ocupe el 5f.

se coloca un electrn en el

2.10. PROPIEDADES MAGNTICAS Paramagnetismo: Un tomo o ion es paramagntico, cuando es atrado por un campo magntico, este fenmeno se debe a la existencia de electrones desapareados y por lo tanto spin. Ejemplo: 8O 1s22s22p4 Aplicando la regla de Hund al ltimo subnivel 2px2 2py1 2pz1 Tiene 2 electrones desapareados, por lo tanto es paramagntico. Diamagnetismo: Cuando un tomo o ion no es atrado por los campos magnticos debido a que no tiene electrones desapareados y por lo tanto todos sus espines estn neutralizados. Ejemplo: 8Ne 1s22s22p6 Aplicando la Regla de Hund al ltimo subnivel. 2px2 2py2 2pz2 No hay electrones desapareados. Ferromagnetismo: Es una forma extrema de paramagnetismo, en la que se puede llegar a una magnetizacin permanentemente, mientras que el paramagnetismo se muestra tan solo, en presencia del campo magntico aplicado. Son ferromagnticos: Fe, Co, Ni, Gd, y sus aleaciones. La susceptibilidad magntica de una sustancia se expresa como momento magntico: ( m ) y est determinado por el nmero de electrones desapareados (n ).

Ejemplo: 90Th

[Rn] 7s26d2

Se llaman especies isoelectrnicas a los tomos neutros o iones que tienen igual distribucin electrnica, es decir, igual nmero de electrones. Ejemplo: El in Na+ es isoelectrnico con el in F-+ 10e1s22s22p6 11Na 10e 1s22s22p6 9F Regla de la mxima multiplicidad de Hund En un mismo subnivel, antes que cualquiera de sus orbitales contenga electrones apareados, los otros deben contener por lo menos un electrn". Es decir, en los subniveles p, d, f, los orbitales se llenan uno a uno con un electrn, cuando cada orbital tiene al menos un electrn, recin se aparean los electrones. El 8O tiene una distribucin basal 1s2, 2s2, 2p4. En el ltimo subnivel hay 4 electrones, se puede pensar que todos estn apareados, pero aplicando la Regla de Hund, la distribucin electrnica desglosada es:

8O

2py

2pz

1s 2s

2px

m = n( n + 2 )2.11. EJERCICIOS 1. Indique verdadero (V) o falso (F) segn corresponda: I. II. El tomo es la partcula ms pequea de un elemento que conserva la identidad de dicho elemento. Segn Dalton todos los tomos de un elemento son idnticos.

Principio de exclusin de Pauli Dos electrones en un mismo tomo no pueden tener sus 4 nmeros cunticos iguales (n, l, m, s) al menos se debe diferenciar en el spn. Por ejemplo el primer y segundo electrn de cualquier tomo.

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III. Teniendo en cuenta que los elementos tienen istopos, los tomos de un elemento no son idnticos. IV. En un tomo elctricamente neutro, el nmero de electrones es igual al nmero de protones. A) FVFF 2. B) VVFV C) VFVV D) VVVV E) FVFV

A) VVVV 6.

B) VFVF

C) FVFV

D) VVFF

E) VVFV

Respecto a las partculas subatmicas del tomo, indique la alternativa que contiene la relacin correcta: a. Nube electrnica b. Ncleo c. tomo I. Hay partculas de carga negativa (e-) II. El nmero de electrones es igual al nmero de protones. III. Hay protones y neutrones. A) aIII, bIII, cI D) aII, bIII, cIII B) aI, bIII, cII E) aI, bII, cIII C) aII, bIII, cI

Con respecto a las partculas subatmicas fundamentales seale lo incorrecto: A) El neutrn, es la partcula de mayor masa y no tiene carga elctrica. B) El protn, es la partcula positiva y su masa es ligeramente menor que la masa del neutrn. C) El electrn, es la partcula negativa, cuya masa es aproximadamente 1836 veces menor que la masa del protn. D) El protn y el neutrn constituyen los nucleones fundamentales. E) En el ion14 6

C 4- hay 20 partculas subatmicas fundamentales.

7.

Los istopos del hidrgeno se diferencian en: A) Masa atmica promedio. B) Carga nuclear. C) Electrones. D) Neutrones. E) Protones. Marque el enunciado falso con respecto a los istopos: A) Poseen el mismo nmero de protones. B) Poseen diferente nmero de neutrones. C) Poseen diferente nmero de masa. D) Poseen diferentes propiedades qumicas. E) Poseen diferentes propiedades fsicas. Con respecto al siguiente nclido marque lo incorrecto:

8.

3.

Qu proposiciones son correctas acerca del tomo y sus partes? I. El dimetro del ncleo atmico es aproximadamente 10000 veces ms pequeo que el dimetro del tomo. II. El ncleo atmico posee elevada densidad III. En un tomo neutro, el nmero de protones es igual al nmero de neutrones A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) I y II E) II y III Se denominan partculas subatmicas fundamentales: A) Electrones, positrones y protones B) Protones, neutrones y positrones C) Protones, neutrones y deuterones D) Neutrones, protones y electrones E) Partculas a , partculas b y rayos g Respecto a las partculas subatmicas principales: protn, electrn, neutrn; indique verdadero (V) o falso (F) segn corresponda: I. Las partculas ms livianas se encuentran alrededor del ncleo. II. Las partculas ms pesadas se encuentran en el ncleo del tomo. III. La masa del protn es mayor que la masa del neutrn. IV. Todas las partculas que se encuentran en el ncleo presentan carga positiva.

9.

269 110

DS

4.

A) Posee 269 nucleones fundamentales. B) Posee 110 protones. C) Posee 110 electrones. D) Posee 159 neutrones. E) Posee slo 379 partculas subatmicas. 10. Si el tomo de un deteminado elemento contiene: 6 protones, 8 neutrones y 6 electrones. Qu alternativa contiene un istopo del tomo dado? A) 6 protones, 8 neutrones y 8 electrones. B) 6 protones, 6 neutrones y 6 electrones. C) 6 protones, 6 neutrones y 7 electrones. D) 8 protones, 6 neutrones y 6 electrones. E) 8 protones, 8 neutrones y 6 electrones.

5.

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11. Clasifique como falso (F) o verdadero (V), segn corresponda, a cada una de las siguientes proposiciones: I. El nmero de nucleones fundamentales de un tomo est determinado por su nmero de masa. II. La elevada densidad del ncleo se puede justificar por la existencia de la fuerza electromagntica. III. Los electrones de los tomos de oxgeno son ms pesados que los electrones del hidrgeno. IV. Los istopos de un elemento solo se diferencian en el nmero de neutrones. A) VFFF C) VVFF B) VFFV D) FFFV E) VFVV

III. El tomo es la partcula fundamental ms pequea e indivisible de la materia que mantiene todas las propiedades de la sustancia. A) VVV B) VVF C) VFF D) FVF E) VFV

12. La especie inica X4- tiene el mismo nmero de electrones que el ion Y3+. Este ltimo posee 88 nucleones fundamentales y 59 neutrones. Cul es la carga nuclear del anin? A) 12 B) 22 C) 32 D) 42 E) 52 13. La plata tiene dos istopos, uno de neutrones (abundancia porcentual 51,839%) y el otro de 62 neutrones. Teniendo en cuenta que el nmero atmico de este elemento es 47, indique si las proposiciones son verdaderas (V) o falsas (F): I. La abundancia porcentual ms pesada es: 48,161%. II. La cantidad de nucleones en el tomo ms liviano 107. III. Los tomos de este elemento son idnticos. A) VVV D) VVF B) FFF E) VFF C) VFV

16. Con respecto a la teora de Dalton, indique lo incorrecto: A) Los elementos estn formados de partculas muy pequeas llamadas tomos. B) Los tomos de un elemento son semejantes; particularmente en masa. C) Los cambios qumicos se producen por unin ntima, de sus tomos, en la relacin de nmeros enteros simples. D) Los tomos permanecen indivisibles en una reaccin qumica. E) Segn esta teora el tomo est formado por electrones. 17. La teora atmica de Dalton es inconsistente con la existencia de: A) tomos B) Istopos C) Elementos D) Compuesto. E) Sustancias 18. Con respecto al modelo atmico de Thomson (1897) marque lo incorrecto: A) Est basado en el estudio de los rayos catdicos. B) Thomson midi la relacin carga/masa del electrn, que es 1.76x108 coulomb/gramo. C) El modelo atmico de Thomson, era semejante a un budn con pasas, (electrones). D) La carga negativa de los electrones neutralizada por la carga positiva de la esfera atmica. E) El tomo no era elctricamente neutro. 19. Cules de las siguientes proposiciones son incorrectas respecto a lo planteado en el modelo de Thomson? I. La masa del tomo est distribuida en todo el volumen del tomo. II. El tomo consiste en una masa de carga negativa en el cual estn incrustados los cationes. III. Segn este modelo los tomos pueden formar iones. A) Solo I D) I y II B) Solo II E) II y III C) Solo III

14. Acerca de la teora atmica de Dalton (1808), marque lo que no podra deducirse de ella: A) Todo cuerpo est constituido, de tomos que son partculas muy diminutivas, indivisibles e indestructibles. B) Los tomos de un elemento, son idnticos en masa y propiedades C) Los tomos de elementos diferentes son diferentes en masa y en propiedades D) Los tomos de elementos diferentes se combinan para formar la molcula de un compuesto. E) Los tomos se desintegran en las reacciones nucleares. 15. Marque como verdadero (V) o falso (F) respecto a la Teora Atmica de Dalton, segn corresponda: I. tomos de un mismo elemento son iguales en tamao y propiedades. II. tomos diferentes no pueden formar compuestos.

20. Thomson consider el tomo: A) Como un ncleo cargado positivamente rodeado de cargas negativas (electrones). B) De naturaleza corpuscular y ondulatoria. C) Elctricamente neutro, estando sus electrones sin movimiento.

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D) Como una esfera de carga positiva con electrones inmersos en ella, de tal forma que se neutraliza. E) Como un sistema planetario. 21. A continuacin se proponen 4 contribuciones que fueron elevantes en el avance de la qumica y la fsica: I. Descubrimientos del electrn, al determinar la relacin e/m de los rayos catdicos. II. Propuesta del modelo planetario. III. Propuesta del primer modelo atmico. IV. Descubrimiento de los rayos X. Cules son contribuciones de J. Thomson? A) Solo I B) I y II C) I y III D) I, II y III E) Todos

25. Marque como verdadero (V) o falso (F) respecto al modelo atmico de Bohr: I. El modelo de Bohr es vlido para tomo de hidrgeno exclusivamente. II. Se demuestra la estabilidad del electrn dentro del tomo de hidrgeno. III. El electrn en el tomo de hidrgeno posee energa variable en una rbita definida. A) VVV B) FVF C) FVV D) VVF E) VVV

22. Marque los enunciados incorrectos respecto al modelo Rutherford: I. Utiliz los ncleos de helio para bombardear lminas delgadas de metales preciosos. II. Concluye en un tomo nucleado. III. La masa del tomo est repartida en todo el volumen del tomo. A) Solo III D) III y II B) Solo II E) III y I C) Solo I

26. En relacin al modelo atmico de Bohr para el tomo de hidrgeno, indique verdadero.(V) o falso (F): I. En la rbita basal, el electrn tiene menor velocidad. II. En la transicin electrnica de n=5 a n=2 se origina un espectro de emisin. III. La longitud de onda mnima para las series espectrales de Balmer es 4/RH A) VFV B) VVV C) FVF D) FVV E) VVF

27. El electrn de un tomo de hidrgeno realiza una transicin desde el nivel n=6 hasta un nivel inferior emitiendo una radiacin con l =410.29 mm. Cul fue el nivel inferior? RH = 109678 cm -1; 1 cm =107 mm A) 1 B) 2 C) 3 D) 4 E) 5

23. Con la experiencia de Rutherford, Geiger y Marsden: A) Se demostr la validez del modelo atmico de Thomson. B) Se pudo demostrar la relacin e/m de las partculas a . C) Se pudo deducir la existencia del ncleo atmico. D) Se dedujo que los niveles energticos en el tomo estn cuantizados. E) Se pudo concluir que las partculas a rebotan en la lmina metlica. 24. Con respecto al modelo atmico de Rutherford (1911) marque lo incorrecto: A) Est basado en la desviacin de las partculas alfa ( a ), cuando son bombardeadas a travs de una lmina de oro. B) Las partculas alfa que se desvan o rebotan, lo hacen con el ncleo atmico. C) Rutherford descubre que todo tomo posee un ncleo positivo. D) El ncleo atmico posee densidad muy baja. E) El modelo atmico de Rutherford semejante al sistema planetario en miniatura.

28. El electrn de un tomo de hidrgeno, luego de estar en el estado basal, absorbe una cantidad de energa que lo lleva a incrementar el radio de su rbita en 12,72 A . Calcule la energa del electrn en su nueva rbita: A) 13,6 B) 3,4 C) 1,5 D) 0,85 E) 0,54o

29. Cul de las siguientes proposiciones es verdadera? A) Thomson concluy que los protones estn distribuidos dentro del tomo como las pasas estn distribuidos en un budn. B) Rutherford explic el espectro, continuo del tomo de hidrgeno. C) Thomson determin la relacin e/m del protn. D) La contribucin del modelo de Rutherford es haber introducido la idea de ncleo atmico. E) El modelo de Rutherford explicaba la estabilidad de los tomos en base a la existencia de rbitas en forma de espiral.

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30. Marque como verdadero (V) o falso (F) segn corresponda: I. Si el modelo de Ruitherford fuese cierto el tomo debera colapasar o desaparecer. II. El modelo de Bohr introduce el concepto de niveles discretos de energa. III. El modelo de Thomson es conocido como el modelo de Budn de pasas A) FFF B)FFV C) FVV D) FVF E) VVV

"Las propiedades qumicas de los elementos son una funcin peridica de sus nmeros atmicos crecientes". 3.2. TABLA PERIDICA DE MOSELEY Y IUPAC (2007) Descripcin de la tabla peridica moderna: La tabla peridica moderna es la conclusin de los diversos intentos que se hicieron para buscar una clasificacin natural de los elementos. Esta tabla peridica puede ser de forma corta o forma larga; pero, en cualquiera de sus formas no se debe olvidar que la periodicidad es una funcin de los nmeros atmicos y por ese motivo se clasifica de acuerdo al orden creciente de los mismos. Tabla peridica moderna (IUPAC 2007)

TEMA 3 PERIODICIDAD QUMICA1p e r i o d o s1 2 3 4 5 6 7104 105 106 107 108 109 110 1111

18 grupos (columnas)

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

18 13 14 15 16 17

TABLA PERIDICA En 1869, el qumico Ruso Dimitri Mendeleiev, public una tabla de los elementos a la que llam Tabla Peridica, donde mostr que las propiedades de los elementos se repiten peridicamente a intervalos regulares. Este hecho se conoce hoy como la Ley Peridica. La ley peridica resumen muchas observaciones sobre las propiedades de los elementos. Se puede establecer como sigue: Cuando los elementos se acomodan en orden creciente de sus nmeros atmicos, muestran propiedades similares peridicamente. Todos los elementos estn ordenados de acuerdo con el valor creciente de sus pesos atmicos, formando hileras horizontales llamados periodos, con propiedades fsicas y qumicas que cambian en forma progresiva a travs de la tabla, y columnas verticales llamadas grupos o familias, con propiedades similares. La IUPAC elabor la Tabla Peridica actual, los elementos fueron acomodados uno tras otro, en grupos, debido a sus propiedades qumicas semejantes. Las estructuras electrnicas similares conducen a propiedades fsicas y qumicas semejantes. 3.1. LEY PERIDICA Despus de muchos intentos de clasificar los elementos, desde Dobereiner (triadas) hasta Mendeleiev (periodicidad por masa atmica), Moseley lleg a la conclusin de que si se ordena los elementos por su nmero atmico, se encuentran propiedades comunes para ciertos elementos, as por ejemplo, el 11, 19, 37, 55 y 87 tienen propiedades comunes que se incrementan o disminuyen segn su nmero atmico y constituyen los metales alcalinos. Gracias a esta conclusin se estableci la Ley peridica para clasificar los elementos en una Tabla peridica:

El nmero de elementos oficialmente reconocidos por IUPAC es 112 y estn ordenados en grupos y periodos. 3.3. GRUPOS Y PERIODOS Grupos: Son las columnas de arriba hacia abajo; enumerados del 1 al 18 o en nmeros romanos del I al VIII familias A y B.. Grupo 1 o IA Grupo 2 o IIA Grupo 3 o IIIB Grupo 4 o IVB Grupo 5 o VB Grupo 6 o VIB Grupo 7 o VIIB Metales alcalinos: Li , Na, K, Rb, Cs, Fr. Metales alcalinotrreos: Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra. Grupo del escandio: Sc, Y, La, Ac Grupo del titanio: Ti, Zr, Hf, Rf. Grupo del vanadio: V, Nb, Ta,Db. Grupo del cromo: Cr, Mo, W,Sg. Grupo del manganeso: Mn, Tc, Re,Bh.

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Grupos 8, 9 y 10 o VIIIB Grupo 11 o IB Grupo 12 o IIB Grupo 13 o IIIA Grupo 14 o IVA Grupo 15 o VA Grupo 16 o VIA Grupo 17 o VIIA Grupo 18 o VIIIA

Fe, Co, Ni; Ru, Rh, Pd y Os, Ir, Pt. Hs, Mt, Ds. Grupo del cobre: Cu, Ag, Au,Rg. Grupo del cinc: Zn. Cd, Hg, Cp. Grupo del boro: B, Al, Ga, In, Tl. Grupo del carbono: C, Si, Ge, Sn, Pb. Grupo del nitrgeno: N, P, As, Sb, Bi. Calcgenos o grupo del oxgeno: O, S, Se, Te, Po. Halgenos: F, Cl, Br, I, At. Gases nobles: He, Ne, Ar, Kr, Xn, Rn.

Primera serie de transicin Segunda serie de transicin Tercera serie de transicin Cuarta serie de transicin Elementos de transicin interna, f: Incluye: Lantnidos. Primera serie de transicin interna Actnidos. Segunda serie de transicin internas p elementos representativos1 2 3 4 5 6 7 57 89

a 29Cu 37Y a 47Ag 57La a 79Au No est completa

21Sc

58Ce 90Th

a 71Lu a 103Lr

El hidrgeno aunque se ubica en el grupo 1 no es un metal alcalino. Periodos: Son las filas horizontales de izquierda a derecha, enumeradas del 1 al 7. En cada uno de los periodos encontramos los siguientes nmeros de elementos: 1er periodo 2 elementos (del H al He) 2do periodo 8 elementos (del Li al Ne) 3er periodo 8 elementos (del Na al Ar) 4to periodo 18 elementos (del K al Kr) 5to periodo 18 elementos (del Rb al Xe) 6to periodo 32 elementos (del Cs al Rn) 7mo periodo 26 elementos (del Fr al Cp) Despus del uranio (Z = 92) todos los elementos se llaman transurnidos y son artificiales; es decir, se obtienen en el laboratorio y no se han encontrado en forma natural. Categoras en las que se agrupan los elementos Elementos representativos, s y p: Tambin conocidos como elementos de los grupos principales, son los elementos que se encuentran en los extremos izquierdo y derecho de la tabla; al lado izquierdo los metales tienen una configuracin electrnica que termina en orbitales s; y a la derecha, los no metales cuya configuracin electrnica termina en orbitales p. Todos tienen incompletos los subniveles s o p del mximo nmero cuntico principal. Estos elementos muestran en general variaciones distintivas y muy regulares de sus propiedades con el nmero atmico. Elementos de transicin o metales de transicin, d: Se les considera como transiciones entre los elementos alcalinos de la izquierda y los formadores de cidos a la derecha. Todos son metales y se caracterizan por un aumento progresivo de electrones en los orbitales d, incluye las siguientes series:

elementos de trans icin

d

elementos de trans icin interna Lantnidos Actnidos58 90

f

Grupos representativos de la tabla peridica: a) Metales alcalinos: Li, Na, K, Rb, Cs ns1

No aparecen en la naturaleza en estado libre porque se oxidan con facilidad. Se obtienen de sus sales fundidas por electrlisis. Las elevadas reactividades se ilustran mediante sus reacciones con el agua. El potasio, rubidio y cesio arden al ser sumergidos en agua segn: K(s) + H2O(l) K(OH)-(ac) + H2(g) + 481.16 kJ

Sus tomos muestran la mxima tendencia a perder electrones.

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Al aumentar el nmero atmico aumenta la densidad, volumen atmico, radio atmico, etc. Son metales muy blandos. Al aumentar el nmero atmico aumentan sus puntos de fusin. Se conservan en petrleo o atmsfera inerte. Forman hidrxidos slidos blancos. ns2

Los elementos de la parte inferior se denominan elementos de transicin interna: lantnidos o tierras raras y actnidos se caracterizan porque su distribucin electrnica termina en orbitales f. Utilizando la numeracin romana, los grupos se dividen en familias A y familias B. 3.5. PROPIEDADES PERIDICAS Radio atmico: El tamao de un tomo est directamente relacionado con el radio atmico. El radio atmico de un tomo individual no puede medirse directamente, porque no existe aislado. Por lo tanto, el radio atmico se define como la mitad de la distancia entre los ncleos de dos tomos adyacentes de una molcula homonuclear, como Cl2, H2, Br2, etc. En la tabla peridica el radio atmico en los grupos aumenta de arriba hacia abajo, as en el primer grupo el Li es el ms pequeo y el Fr el ms grande. Esto se debe a que el electrn del ltimo nivel se va alejando del ncleo conforme se incrementa el nmero atmico, al ocupar niveles de mayor energa.a u m e n t aH Li Na K Rb Cs Fr

b) Metales Alcalinotrreos: Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra Sus actividades aumentan de arriba hacia abajo. Casi todos sus compuestos son inicos. No aparecen libres en la naturaleza. Se obtienen por electrlisis de sus cloruros fundidos.

Tienen tendencia a perder dos electrones y formar cationes divalentes. Los metales de este grupo son ms duros que los metales alcalinos. Tienen puntos de fusin y ebullicin mayores que los metales alcalinos. Los metales de este grupo no forman iones complejos, ni sus xidos se reducen fcilmente con carbn. Estos metales se obtienen por electrlisis de sus sales fundidas. ns2np5

el radio atmico disminuye

He Ne Ar Kr Xe Rn

c) Halgenos: F, Cl, Br, I

A medida que aumenta el nmero atmico, son mayores el punto de fusin, ebullicin, densidad, etc. La estabilidad del ion haluro frente a la oxidacin disminuye al aumentar el nmero atmico. Las molculas de los halgenos en estado gaseoso son diatmicas; Tienden a formar cidos y luego sales.

3.4. ELEMENTOS DE LOS BLOQUES: s, p, d, f Se denominan elementos representativos a los elementos que se encuentran en los extremos izquierdo y derecho de la tabla; al lado izquierdo los metales cuya configuracin electrnica termina en orbitales s y a la derecha los no metales cuya configuracin electrnica termina en orbitales p. Los elementos situados en la parte central Grupos del 3 al 12 o familias B, se denominan elementos de transicin y sus distribuciones electrnicas terminan en orbitales d.

En un periodo, el radio atmico disminuye de izquierda a derecha, esta tendencia no parece lgica ya que en los periodos tambin se va incrementando el nmero atmico; pues bien, en un periodo el nmero de niveles ocupados es el mismo, pero conforme se va avanzando a la derecha se incrementa el nmero de protones y el nmero de electrones, aumentando as la atraccin entre el ncleo y la nube electrnica, causando una contraccin del tomo y por lo tanto en un periodo es ms pequeo el tomo mientras mayor sea el nmero atmico. Energa de ionizacin: Es la energa necesaria que se debe dar a un tomo gaseoso para arrancarle un electrn y as formar un ion gaseoso. Ejemplos: Lio (g) + Ko (g) + Cao (g) + 520 kJ/mol Li+ (g) + e418.8 kJ/mol K+ (g) + e+ 589.5 kJ/mol Ca (g) + e-

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Si se desea arrancar ms de un electrn a un tomo neutro, entonces usaremos los trminos: 1ra energa de ionizacin, 2da energa de ionizacin, etc. Esta energa se incrementa al tratar de sacar ms electrones, por ejemplo: (1ra) Coo(g) + 757.3 kJ/mol Co +(g) + e(2da) Co+(g) + 1 644 kJ/mol Co 2+(g) + e(3ra) Co2+ (g) + 2 231.7 kJ/mol Co 3+(g) + eaume nta a u m e n t aH Li Na K Rb Cs Fr He Ne Ar Kr Xe Rn

aumenta a H u Li m Na e n K t Rb a CsFr He Ne Ar Kr Xe Rn

Considerando la afinidad como energa liberada cuando un tomo gana un electrn la tendencia en la tabla peridica es la siguiente: En un grupo o columna la afinidad electrnica aumenta de abajo hacia arriba. En un periodo la afinidad electrnica aumenta de izquierda a derecha. La afinidad electrnica es lo contrario de la energa de ionizacin. Los elementos con afinidades electrnicas muy negativas ganan fcilmente electrones, como los halgenos. Electronegatividad: Es una medida de la tendencia relativa de un tomo a atraer electrones, cuando est qumicamente combinado con otro tomo.aumenta d i s m i n u y eH Li Na K Rb Cs Fr He Ne Ar Kr Xe Rn

En la tabla peridica vara de la siguiente manera: En un grupo, la energa de ionizacin de los tomos aumenta de abajo hacia arriba. Esto se debe a que al aumentar el nmero de niveles el electrn perifrico se encuentra ms alejado del ncleo, por consiguiente tendr menor fuerza de atraccin. En un perodo la energa de ionizacin de los tomos aumenta de izquierda a derecha. Esto se debe a que aumenta la carga nuclear y de igual manera la fuerza de atraccin de los electrones.

Resumiendo: Los elementos con bajas energas de ionizacin pierden electrones ms fcilmente. Formando iones positivos. Afinidad electrnica: Es el cambio de energa que experimenta un tomo en estado gaseoso cuando gana un electrn y se convierte en un ion negativo. Se dice cambio de energa porque en algunos casos libera energa y en otros se necesita energa, por ejemplo: Br(g) + O (g) + O-(g) + 1 e- Br-(g) 1 e- O- (g) 1 e- O2- (g) + 322 kJ/mol (emite) + 142 kJ/mol (emite) - 378 kJ/mol (absorbe)

a u m e n t a

En los grupos la electronegatividad va disminuyendo de arriba hacia abajo, conforme aumenta el nmero atmico, mientras que en los perodos se incrementa de izquierda a derecha. Los elementos ms electronegativos estn en el lado derecho superior de la tabla (Halgenos F) y los menos electronegativos se ubican en el lado inferior izquierdo (metales alcalinos, Fr).

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Radios inicos: Muchos elementos del lado izquierdo de la tabla peridica, al combinarse pierden electrones y quedan convertidos en cationes. Mientras que los elementos del lado derecho tienden a ganar electrones y trasformarse en aniones. Comparando los tomos neutros con sus iones positivos o negativos, se puede afirmar: a) Los iones simples con carga positiva (cationes), son siempre ms pequeos que sus respectivos tomos neutros. Na > Na+ Mg >> Mg2+ Los aniones son siempre ms grandes que los tomos neutros correspondientes: P3 - > P Cl- > Cl

Estado de oxidacin: Es el nmero aparente de electrones ganados o perdidos en promedio por los tomos de un elemento cuando forma un compuesto. As por ejemplo, el Na en el NaCl pierde un electrn por tomo; por lo tanto, su nmero de oxidacin es +1. El O en el H2O aparentemente gana 2 electrones, su nmero de oxidacin es -2. Grupo Nmeros oxidacin de IA +1 IIA +2 IIIA +3 IVA +4 +2 VA +5 +3 VIA +6 +4 +2 -2 VIIA +7 +5 +3 +1 -1 VIIIA 0

b)

3.6. TENDENCIAS DEL PUNTO DE EBULLICIN Y PUNTO DE FUSIN En un grupo los puntos de fusin y de ebullicin se incrementa de arriba hacia abajo, as por ejemplo en los halgenos los puntos de ebullicin para el Cl2, Br2 y I2 son: 34,6C, 58,6C y 184,4C respectivamente. En un periodo, para los metales aumentan de izquierda a derecha y en los no metales se incrementan de derecha a izquierda. Carcter metlico y no metlico A lo largo de cualquier periodo, las propiedades fsicas y qumicas de los elementos cambian de manera gradual de metlicas a no metlicas. La comparacin de las propiedades de los elementos del mismo grupo es ms vlida si se trata de elementos del mismo tipo en relacin con su carcter metlico. Valencia Es el nmero de electrones que un tomo puede ganar o perder para conseguir una distribucin electrnica de gas noble, como el mximo de electrones en ltimo nivel ocupado o nivel de valencia es 8, entonces, las valencias fluctan entre 1 y 4. Cada elemento solo tiene una valencia y depende del grupo en que se encuentra: Grupo Valencia IA 1 IIA 2 IIIA 3 IVA 4 VA 3 VIA 2 VIIA 1 VIIIA 0

-4

-3

3.7. EJERCICIOS: 1. Indique la verdad (V) o falsedad (F) de las siguientes proposiciones: I. Mendeleiev clasific los elementos qumicos en orden creciente de sus pesos atmicos, agrupndolos en grupos y en periodos, primando siempre las propiedades qumicas y fsicas.

II. Meyer al clasificar los elementos qumicos en orden creciente de sus pesos atmicos, dej espacios vacos para ubicar los futuros elementos no descubiertos. III. La periodicidad establecida por Mendeleiev le permiti predecir las propiedades de algunos elementos an no descubiertos A) VVV 2. B) FFF C) VVF D) VFV E) FVV

Indique la proposicin incorrecta, respecto a la Tabla Peridica: A) Meyer pone en manifiesto que se obtienen curvas peridicas al representar.; frente al peso atmico, diversas propiedades como: fusibilidad, volatilidad, maleabilidad, fragilidad y comportamiento electroqumico. B) Mendeleiev ordena los elementos en forma de tabla, de acuerdo a su peso atmico y desde el punto de vista qumico. C) Mendeleiev considera en su ordenamiento los periodos. D) Solo Meyer dej espacios vacos en 12 tablas para ubicar elementos aun no conocidos. E) La ley peridica surgi de modo emprico antes de conocerse sus fundamentos

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Diga que proposiciones son correctas: I. Actualmente los elementos qumicos se ubican en 18 grupos y 7 periodos. II. El primer, segundo y tercer periodo contienen 2,8 y 18 elementos qumicos; a partir del cuarto periodo son 32 elementos, hasta el sptimo que aun es incompleto. III. Los grupos 1, 2, 3, 4 y 5 contienen 7 elementos qumicos cada uno. A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) I y II E) II y III

7.

Indique cul de las siguientes proposiciones es incorrecta: A) Los metales alcalinotrreos tienen sus electrones de valencia en subnivel s. B) Los no metales y los semimetales tienen electrones de valencia en subniveles s y p. C) Los no metales y los semimetales estn ubicados en el mismo bloque de la tabla peridica. D) En el grupo de los halgenos no existen semimetales. E) Ningn elemento de transicin es no metal.

4.

Segn la ley peridica moderna marque lo correcto: A) Fue establecida por Mendeleiev en 1913. B) Las propiedades fsicas de los elementos no tienen variacin. C) Las propiedades fsicas y qumicas de los elementos varan en funcin peridica de nmeros atmicos. D) Las propiedades qumicas de los elementos varan en funcin peridica de sus masas atmicas. E) Las propiedades qumicas de los elementos varan en funcin peridica de sus valencias.

8.

Dada la configuracin de los siguientes elementos:

C : [He]2 s 2 3 p 5A) B) C) D) E) 9. A y B son metales A y B son no metales A y C son no metales B y C son no metales A y B son no metales

B : [ Ar ]4s 2 3d 10 4 p 1

A : [ Ar ]4s 2 3d 10

5.

Indique verdadero (V) o falso (F) segn corresponda: I. Los grupos 1, 2, 13, 14, 15, 16, 17 y 18 son elementos representativos. II. Los grupos 3 al 12 son elementos de transicin. III. Los electrones de valencia de los elementos de transicin se ubican en orbitales s y d. IV. Los gases nobles ubican sus electrones de valencia en orbitales s y p, excepto el helio. A) VVV B) FFFF C) FVFV D) VFVF E) VVFV

Diga qu proposicin es correcta: I. Los elementos: Hg, Cu, Au, P, Ca, Na, son metales II. Los elementos: C, B, N, S, O, Cl , son no metales. III. Los elementos: Cr, Mn, Zn, Al , Ge, Te son semimetales IV. Los elementos metlicos, no metales, semimetales y gases nobles, constituyen todos los elementos qumicos existentes A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo IV E) I y II

6.

Indique la verdad (V) o falsedad (F) de las siguientes relaciones: I. Periodo - arreglo horizontal. II. Grupo - diferente nivel de valencia. III. Periodo - igual nivel de valencia. IV. Grupo - igual configuracin electrnica en la ltima capa. A) FFFF B) VFFF C) VVFF D) VVVF E) VVVV

10. Seale las proposiciones correctas: I. Los elementos representativos solo terminan en subniveles s, en su configuracin electrnica. II. Todos los elementos de transicin son metales. III. Los elementos representativos, todos son no metales. A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) I y II E) II y III

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11. Qu configuracin no corresponde al elemento indicado? I. II. III. A) Solo I D) I y II

2 55 Cs : [Xe]6 s

Cr : [ Ar ]4s 3d 2 10 1 31 Ga : [ Ar ]4 s 3d 4 p1 5 24

D) P: 3 G: VIA

E) P: 5 G: IIA

B) Solo II E)II y III

C) Solo III

17. Indique la verdad (V) o falsedad (F) de las siguiente proposiciones: I. El Oxgeno (Z=8) pertenece a la familia de los anfgenos. II. Los elementos de transicin interna pertenece al grupo IIIB. III. El 29Cu pertenece al grupo VIIIB. A) VVV D) VFF B) VFV E) FVV C) VVF

12. Indique la verdad (V) o falsedad (F) de las siguientes proposiciones: I. Se trata de un elemento representativo, 19K. II. Se trata de un elemento de transicin, 21Sc III. La configuracin electrnica de un elemento alcalinoterreo termina en s1 A) VVV B) VFV C) VVF D) FVV E) VFF

13. Seale las proposiciones verdaderas (V) o las falsas (F): I. Son ejemplos de metales del bloque s: H, Na, K, Ca. II. Son elementos de transicin: Fe, Co, Ni. III. Los elementos del bloque f son metales. A) VVV B) FVF C) VFV D) FVV E) FFF

TEMA 4 ENLACES QUMICOS

14. Indique la veracidad (V) o falsedad (F) de las proposiciones siguientes: I. El hidrgeno es un alcalino (Z = 1) II. El elemento con Z= 17 pertenece al bloque p III. El elemento con (Z =30) pertenece a un elemento de transicin. A) VVV D) VFV B) FFV E) VVF C) FFV

4.1. INTRODUCCIN En la mesa de casi todas las cafeteras podemos encontrar dos sustancias cristalinas blancas: sal de mesa y azcar granulada. A pesar de su aspecto tan similar, la sal de mesa es cloruro de sodio, NaCl soluble en agua, que se compone de iones sodio, Na+ e iones cloruro, Cl- . El azcar granulada no contiene iones, mas bien, consta de molculas de sacarosa, C12H22O11, en los que existen fuertes enlaces covalentes entre los tomos de cada molcula. Generalmente, nos hacemos las siguientes preguntas respecto a la naturaleza de las sustancias: Por qu reaccionan los tomos de los distintos elementos? Por qu algunas sustancias se componen de iones y otras de molculas? Cules son las fuerzas que contienen unidos a los tomos en las molculas y a los iones en los compuestos inicos? Qu formas adoptan? Las respuestas se encuentran en las estructuras electrnicas de los tomos en cuestin y en la naturaleza de las fuerzas qumicas dentro de los compuestos.

15. Un elemento con la configuracin de valencia 5s24d105p4 se llama: A) Teluro B) Antimonio C) Germanio D) Zinc E) Selenio 16. Determine la ubicacin de un elemento que tiene un catin divalente con 36e- totales, sealando su periodo y grupo respectivo: A) P: 3 G: IIA B) P: 4 G: VIA C) P: 4 G: IA

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PD

F T ra n sf o

rm

Y

PD

F T ra n sf o

rm

er

er

ABB

ABB

y

bu

bu C lic k he re tow

yw.A B B Y Y.c

2.0

2.0

re

to

C

lic

k

_________________________________om

QUMICA

_______________________________________________w

he

w

w.

A B B Y Y.c

om

w

Las fuerzas qumicas se clasifican en: Enlaces inicos, enlaces covalentes y enlaces metlicos. Enlace Qumico: Puede definirse como las fuerzas que mantiene unidos a los tomos de elementos en un compuesto. Para que se forme un enlace qumico, entre dos tomos, debe haber una disminucin neta de energa potencial del sistema, es decir, los iones o molculas producidas por las distribuciones electrnicas deben estar en un estado energtico ms bajo que el de los tomos aislados. 4.2. CLASIFICACIN

como mximo. Los cuatro lados del smbolo son equivalentes, la colocacin de dos electrones o de uno es arbitraria. 4.3.1. Smbolos de electrn-punto: Elemento Li Be Configuracin electrnica [He]2s1 Li [He]2s2

Smbolo de electrn-punto

N de grupo en la tabla peridica 1 , IA 2 , IIA

Be

ENLACE INTERATMICO ENLACE QUMICO

- Inico - Covalente - Metlico

- Normal o no polar - Covalente polar - Coordinado

B C

[He]2s2 2p1

13 , IIIA 14 , IVA

B

[He]2s 2p

2

2

FUERZAS DE VAN DER WAALS OFUERZAS INTERMOLECULARES

- Interaccin dipolo dipolo: Pte. Hidrgeno - Interaccin in - dipolo - Interaccin dipolo inducido: Fzas. Dispersin de London

C

N

[He]2s2 2p3

N:

15 , VA

O 4.3. REPRESENTACIN LEWIS, REGLA DEL OCTETO Los smbolos de electrn punto, llamados tambin smbolos de puntos de Lewis, son una forma de mostrar los electrones de valencia de los tomos y de seguirles el camino durante la formacin de enlaces. El smbolo de electrn-punto para un elemento consiste en el smbolo qumico del elemento ms un punto por cada electrn de valencia. Por ejemplo, el Flor tiene la configuracin electrnica 1s2, 2s2, 2p5, por tanto, su smbolo de electrn-punto muestra siete electrones de valencia:

[He]2s 2p

2

4

16 , VIA

:O

F Ne

[He]2s 2p

2

5

:F

17 , VIIA 18 , VIIIA

[He]2s2 2p6

: Ne :

:F.

Debido a que se consideran los electrones de valencia, es decir los electrones de los orbitales s y p. Observe que los puntos se colocan en los cuatro lados del smbolo atmico: arriba, abajo y a la izquierda, a la derecha. Cada lado puede dar cabida a dos electrones

Los electrones de valencia que participan en los enlaces qumicos se denominan electrones de valencia. El trmino valencia est relacionado con la formacin de enlaces qumicos. Los electrones de valencia son los que residen en la capa electrnica exterior parcialmente ocupada de un tomo.

24

Y

Y

Y

PD

F T ra n sf o

rm

Y

PD

F T ra n sf o

rm

er

er

ABB

ABB

y

bu

bu C lic k he re tow

yw.A B B Y Y.c

2.0

2.0

re

to

C

lic

k

_________________________________om

QUMICA

_______________________________________________w

he

w

w.

A B B Y Y.c

om

w

El nmero de electrones de valencia de cualquier elemento es el mismo que el nmero de grupo en el que est el elemento de la tabla peridica. Por ejemplo, los smbolos de Lewis para el oxgeno y el azufre, miembros del grupo 16, tienen seis puntos. Oxgeno [He]2s2 2p4 Azufre [He]3s2 3p4

Solo hay seis electrones alrededor del boro. El comportamiento qumico es congruente con esta representacin. 3) Molculas en las que un tomo tiene ms de un octeto: Consiste en molculas o iones en lo que hay ms de ocho electrones en la capa de valencia de un tomo. Por ejemplo, la estructura Lewis para el PCl5 es:

:O : S

Cl Cl P Cl Cl Cl

Los tomos con frecuencia ganan, pierden o comparten electrones tratando de alcanzar el mismo nmero de electrones que los gases nobles ms cercanos a ellos en la tabla peridica. Los g