UNIDAD I QUIMICA

INSTITUTO TECNOLGICO SUPERIOR DE LA VENTAOrganismo Pblico Descentralizado del Gobierno del Estado

ANTOLOGIA DE QUIMICA

INTRODUCCIN"Los estudiantes que triunfan cometen errores, pero no se rinden, aprenden de ellos". Ralph A. Burns. Bienvenido a una emocionante aventura en el mundo de los tomos y las molculas que componen todo lo que se puede tocar, ver y oler. El conocimiento de las caractersticas e interacciones de estos materiales ocupan el corazn de la qumica. La qumica puede ser divertida y muy emocionante, pero tambin es una ciencia til y prctica. Estamos convencidos del papel que desempea en nuestras vidas y sabemos que ustedes llegarn a apreciarla y aprendern a aplicar muchos de sus fundamentos, si estn dispuestos a trabajar con nosotros que somos sus guas de esta aventura. Recuerda que no basta con desear tener xito en qumica, slo el trabajo constante produce buenos resultados. Es preciso tomar una decisin consciente del XITO, estableciendo tiempos de estudio definido todos los das. Hay que iniciar fijndonos metas especficas pequeas y alcanzarlas una a una. Las estrategias que habrn de aprenderse para resolver problemas, pueden ser utilizadas para solucionar situaciones de la vida cotidiana. Esta es una de las razones por la que estudiamos la qumica. El pensamiento activo y creativo, es fundamental para un estudio provechoso; por ejemplo, ver programas de T.V. no exige mucho pensamiento activo. Apenas se vuelve activo, cuando se lee y uno mismo se plantea preguntas, cuando uno escucha, cuando se comenta lo que se ha ledo o escuchado y cuando se resuelven problemas. No es posible aprender qumica observando a alguien ms "hacer qumica", el aprendizaje sucede cuando t haces qumica" Esperamos en verdad que disfrutes tu aventura en el mundo de la qumica, sabemos que ser de gran utilidad la qumica est en todas partes ! Inicia

tu aventura!

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QUMICA 1Del medio ambiente que te rodea, observa e identifica por lo menos 10 formas diferentes de materia que mas llame tu atencin y contesta lo siguiente: a).- Como crees que esta conformada? b).- En que estado fsico se encuentran? c).- Que propiedades qumicas presentan? d).- Aproximadamente que volumen y peso tendrn? Has cocinado alguna vez ? Usas jabn al lavar tu cuerpo? Has hecho algn dibujo ? Utilizas diariamente objetos de plstico ? Has usado algn medicamento, desodorante o cosmtico ? En efecto todos los das entramos en contacto con el ambiente qumico. Ello nos ocurre fuera del laboratorio qumico o de una fbrica porque sencillamente la qumica est en todas partes. Hay qumica fuera y dentro de nuestro cuerpo. Ahora mismo, que ests leyendo, debes saber que la tinta es un producto qumico y que el papel se obtiene tambin por procedimientos qumicos. Al respirar, moverse, comer o dormir, nuestro cuerpo funciona como una extraordinaria y compleja fbrica qumica. A partir de oxgeno y alimentos producimos sangre, clulas y tejidos, y almacenamos energa. Todo eso que identificamos como propio de los humanos, leer, rer, correr, pensar, no es ms que una multitud de reacciones qumicas ordenadas. La ropa que vistes, la silla donde te sientas, el techo de tu casa, la tierra donde crecen los cultivos; todo eso es materia, y es objeto de estudio de la qumica. El sol, el fuego, la electricidad, las diversas formas de energa estn relacionadas con la qumica, ya que sta estudia tambin la energa. La fotosntesis, la corrosin, la contaminacin, todo aquello que implica un cambio de la materia tambin forma parte del dominio de la qumica. Iniciemos, pues, el camino de la qumica, una ciencia que nos ha llevado a conocer, interpretar y transformar nuestro ambiente. El conjunto de los seres y hechos que nos rodean, forman lo que llamamos Naturaleza; estos hechos que observamos a nuestro alrededor no se han aislado y constituyen el campo de estudio de las Ciencias Naturales, principalmente la biologa, la fsica, la qumica y la astronoma .

Despus de haber contestado las preguntas anteriores, haz una descripcin detallada de lo que consideras mas importante. 13 13


Lee cuidadosamente el contenido de tu antologa sobre el tema Estructura atmica. Investiga en Internet, en Encarta o en cualquier libro de Qumica inorgnica, el contenido sobre el tema Estructura atmica y determina lo que creas mas importan En base a tus percepciones iniciales sobre estructura y propiedades de la materia y a lo que leste e investigaste, elabora un escrito comparativo donde detectes similitudes y diferencias. Elabora un cuadro sinptico de cmo se clasifica la materia de acuerdo a la informacin que obtuviste en la investigacin realizada.


GENERALIDADES 14


Es costumbre situar los inicios de la qumica en el descubrimiento del fuego por el hombre y en el dominio de diversos materiales utilizados en sus actividades. Puesto que los objetos hallados por los arquelogos son de cermica, metal y vidrio. As como los perfumes y cosmticos para embalsamar a los muertos. Los sucesivos conocimientos en el campo de la metalurgia dieron lugar a las edades de oro, de plata, del bronce y el hierro. Los objetos metlicos ms antiguos son de oro y pueden datarse ms de 5000 aos a.C.; con posterioridad a la Edad de oro y de plata se descubri el cobre, metal que pronto adquiri gran importancia por su facilidad para formar aleaciones con otros metales (bronces). La edad de bronce se sita hacia el ao 4000 a.C. La Era del hierro hacia el 1200 a C. As surge en Grecia un importante movimiento filosfico que se plante muchas interrogantes sobre la naturaleza de la materia originndose la teora de los cuatro elementos (Tierra, Agua, Aire y Fuego). La qumica es por lo tanto, una ciencia natural. Podemos definir a la ciencia como un conjunto de conocimientos sistematizados ordenados lgicamente; que se refieren a hechos relacionados entre s y que se pueden comprobar mediante la experimentacin. Concepto de Qumica La qumica es la ciencia que estudia como est formada la materia y sus transformaciones; ahora bien, si est constituido de materia todo lo que nos rodea, resulta que todo el universo es objeto de estudio de esta ciencia. El hombre resume un cierto nmero de hechos en un enunciado conciso llamado LEY (o ley de la Naturaleza), generalmente el investigador se interesa en explicar racionalmente los hechos por medio de una Hiptesis o Teora para sugerir explicaciones de cmo o porqu ocurre algo. No es posible separar los hechos, leyes y teoras de la qumica de las correspondientes a otras ciencias. La qumica toma muchas ideas tiles de otras ciencias y contribuye tambin a ellas en otros aspectos.


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ANTOLOGIA DE QUIMICARamas de la qumica El campo de estudio de la qumica es muy amplio, esta razn determina que la qumica se divida en varias: QUMICA GENERAL. Estudia los principios bsicos que se refieren a la materia y a su estructura ntima. QUMICA INORGNICA. Su campo de estudio se refiere a las sustancias que forman el reino mineral. QUMICA ORGNICA. Estudia los compuestos del carbono. RAMAS QUMICA ANALTICA. Comprende mtodos de reconocimiento y determinacin de los constituyentes de los compuestos, tanto en calidad (anlisis cualitativo) como en cantidad (anlisis cuantitativo). FISICO-QUMICA. Se encarga del estudio de las leyes bsicas de la qumica, as como las hiptesis y teoras que se emplean para explicarlas. BIOQUMICA. Su campo se refiere a los procesos qumicos que ocurren en los seres vivos.

Ciencias que se relacionan con la qumica La qumica se relaciona con todas las ciencias debido a que su objeto de estudio es la materia, la energa y las transformaciones que en ella se efectan. En nuestro medio ambiente y en todo el universo actan las ciencias que se interrelacionan entre s, como la Fsica, las Matemticas y la Qumica. Los campos de estudio relacionados estrechamente con la Qumica son: La Bioqumica, Ecologa, Geoqumica, Electroqumica, Meteorologa, Matemticas, Fsica, Astroqumica. a) La Bioqumica. Estudia la estructura y funcin de los compuestos qumicos que forman parte de los seres vivos. b) La Geoqumica. Estudia la distribucin, proporcin y relacin de los elementos qumicos de la corteza terrestre y de las leyes que lo rigen. 16


ANTOLOGIA DE QUIMICAc) La Ecologa. Estudia las los seres vivos con su medio ambiente. relaciones que tienen

d) La Electroqumica. Estudia las transformaciones qumicas que se producen en las substancias al ser atravesadas por una corriente elctrica. e) La Astroqumica. Estudia la naturaleza qumica de los cuerpos celestes f) Meteorologa. Estudia el tiempo, el clima, las propiedades fsicas qumicas de la atmsfera terrestre as como las leyes que la rigen. g) Matemticas. Ciencia que estudia por razonamiento lgico los nmeros, las figuras y sus relaciones entre ellos.

Importancia y aplicaciones de la qumica. Gracias a la aplicacin cientfica de la qumica se han obtenido millares de substancias que el hombre ha creado para su bienestar; ayuda poderosamente a nuestro sustento, al fabricar abonos artificiales, productos qumicos que incrementan la cantidad y calidad de los alimentos, as como su conservacin y utilizacin; contribuye a nuestro vestido, al proporcionar fibras artificiales que sustituyen la demanda de fibras vegetales y animales a las que, como el algodn, la seda, casi han sido desplazados; favorece nuestra salud al suministrar drogas, medicamentos que, como las vitaminas, las hormonas, quinina, sulfamidas, penicilina, anestsicos, desinfectantes, salvan y prolongan la vida humana al combatir y alejar la enfermedad, aliviar el dolor, los sufrimientos de los infortunados; por ltimo, hace ms fcil y agradable la vida, al facilitarnos materiales de construccin, comunicacin, transporte y la fabricacin de numerosos productos que diariamente utilizamos.

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE I. Contesta las siguientes preguntas: 17


ANTOLOGIA DE QUIMICA1. Define con tus propias palabras el concepto de qumica.

2. Menciona 5 ejemplos de sustancias qumicas.

3. Investiga y describe los pasos del mtodo cientfico.

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

5. De los ejemplos que se mencionan a continuacin, Cules se consideran que estn elaborados de compuestos qumicos? Vitaminas , algodn, frutas, vidrio, nylon, pintura.

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

7. Analiza y escribe en forma breve lo que para ti significa la expresin sin sustancias qumicas, la vida misma no sera posible.

8. En que forma contribuyen los qumicos y las sustancias qumicas, rendimiento de los cultivos agrcolas.

a aumentar el

9. Nombra tres productos qumicos que se utilicen en la tecnologa moderna. 10. Expresa una conclusin personal sobre los beneficios de la qumica en la vida cotidiana. ACTIVIDAD DE EVALUACIN 1. Subraya la respuesta correcta. 18


ANTOLOGIA DE QUIMICA1. Descripcin detallada y exacta de los relativas a los mismos. a) Ciencia b) Universo c) Materia 2. Son las cosas que suceden a) Ideas b) Hechos c) Materia hechos e ideas

3. Son Las ciencias basadas en los hechos naturales. a) Ciencias formales. b) Ciencias naturales c) Ciencias humanas 4. Son las cosas que suceden sin la presencia de los humanos. a) Fenmeno social b) Fenmeno natural c) Fenmeno humano 5. Clasificacin de los fenmenos naturales. a) Fsicos y qumicos b) Biolgicos y sociales c) Psicolgicos y econmicos

6. Es la transformacin de los cuerpos la cual vuelve a su estado original por si sola. a) Fenmeno biolgico b) Fenmeno fsico c) Fenmeno qumico. 7. Ejemplo de fenmeno fsico a) Combustin b) Condensacin c) Descomposicin

8. Transformacin de los cuerpos en la cual no vuelve a su estado original por si sola. a) Fenmeno qumico b) Fenmeno fsico c) Fenmeno social 9. Ejemplo de fenmeno qumico a) Crecimiento b) Ebullicin c) Estiramiento

10. Es la ciencia que estudia la constitucin ntima de la materia, sus transformaciones y las leyes que la rigen. a) Fsica b) Qumica c) Biologa

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

Los ejemplos que describiste anteriormente, puedes reconocerlos o distinguirlos mediante sus propiedades. Las propiedades de la materia se definen por las caractersticas que la identifican. Estas pueden ser: Generales. Especficas. Fsicas. Qumicas. Organolpticas. Son aquellas que posee toda la materia. Las que son especficos de la materia Las que describen a la materia tal y como se encuentra en la naturaleza. Son aquellas propiedades que modifican a la materia, como la combustin, la oxidacin, etc. Son aquellas que podemos identificar a travs de los sentidos.

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ANTOLOGIA DE QUIMICAEstados de agregacin de la materia La materia se encuentra en diferentes estados de agregacin: slido, lquido y gaseoso, y algunos estados intermedios o temporales como son: vapor y plasma.

FUSIN

EVAPORACIN

SLIDO

LQUIDO

GASEOSO

SOLIDIFICACINSUBLIMACIN

CONDENSACIN

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ANTOLOGIA DE QUIMICAACTIVIDAD DE APRENDIZAJE. 1. Identifica el estado fsico de los siguientes materiales a temperatura ambiente: Oxgeno_____________________ Vapor de agua________________ Cera de vela_________________ Alcohol______________________ Nieve_______________________ Mercurio_____________________ Helio________________________ 2. Basndote en el diagrama de cambio de estado de la materia, escribe una definicin de: Solidificacin:________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ Fusin:______________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ Condensacin:________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ Evaporacin._________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ Sublimacin:_________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ Licuefaccin:_________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________

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ANTOLOGIA DE QUIMICAClasificacin de las propiedades de la materia:

PROPIEDADES:

EJEMPLOS: Masa, peso, volumen, inercia, porosidad. impenetrabilidad, divisibilidad. P. de fusin, P. de ebullicin, densidad, peso especfico y dureza. Cambios de estado, elasticidad, maleabilidad, ductibilidad, fragilidad, tenacidad, dilatacin, conductibilidad. Oxidacin, combustin, su comportamiento con otro tipo de materia Olor, color, sabor, dureza.

GENERALES_ ESPECFICOS:

FSICAS:

QUMICAS:

ORGANOLPTICAS

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE I.- Consulta en alguna enciclopedia, o libros de qumica general, la definicin de cada una de las propiedades que se mencionan en el cuadro anterior, antalas en tu cuaderno, analzalas en clase con tus compaeros y maestro.

Cambios qumicos y fenmenos fsicos y qumicos Los cambios que la materia sufre, se definen como fenmenos.

FENMENO FSICO: Es el cambio que la materia sufre sin daar la estructura qumica de la materia QUMICO: Es aquel que al producirse cambia la estructura qumica de la materia.

EJEMPLO Dilatacin, lluvia, color, viento, crecimiento de un rbol, en general todos los cambios de estado de la materia. Oxidacin, combustin, digestin, fotosntesis, el revelado de una fotografa, la muerte.

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ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE. I. Contesta lo que se te pide:


1. Cul es la diferencia entre fenmeno fsico y fenmeno qumico? ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________ 2. Escribe a la derecha de cada enunciado, si se trata de un fenmeno fsico o qumico. La oxidacin de un clavo_________________________________ La evaporacin del agua_________________________________ El revelado de una fotografa______________________________ La formacin de las nubes________________________________ Una vela quemndose___________________________________ El empaamiento de la plata______________________________ La respiracin__________________________________________ La fotosntesis__________________________________________

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ANTOLOGIA DE QUIMICAElementos, compuestos y mezclas.

MATERIA

HOMOGNEA HETEROGNEA SUBSTANCIAS

SOLUCIN MEZCLA

ELEMENTOS

COMPUESTOS

MOLCULAS

MOLCULAS

TOMOS DE UNA CLASE

TOMOS DE DIFERENTES CLASES

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ANTOLOGIA DE QUIMICADiferentes tipos de materia

CONCEPTO Mezcla Homognea

Mezcla Heterognea Solucin Substancias Elemento Mezcla

Compuesto

Molcula

tomo

DEFINICIN Es aquella en que sus partculas (componentes) no se distinguen a simple vista. Es aquella en que sus partculas (componentes) se distinguen con facilidad. Mezcla homognea Tipo de materia que presenta ciertas caractersticas que la identifican. Materia que tiene tomos de la misma clase. Es un todo en el cual las sustancias participantes conservan sus propiedades fsicas y qumicas. Unin qumica de dos o ms elementos en cantidades exactas y constantes. Parte ms pequea en que se puede dividir una sustancia que conserva sus propiedades. Parte ms pequea de la materia capaz de reaccionar qumicamente.

EJEMPLO Aire

Una ensalada Suavitel, pinol Gasolina, alcohol Elementos de la tabla peridica.

Limonada. Sal, azcar.

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

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

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ACTIVIDAD DE EVALUACIN I. Escribe F (falso) V (Verdadero) 1. ( 2. (


) La qumica se clasifica en general e inorgnica. ) La qumica aplicada estudia la materia bajo un punto de vista terico y las propiedades comunes en todos los cuerpos.

3. ( 4. ( 5. ( 6. ( 7. ( 8. ( 9. (

) La qumica general estudia a los enlaces qumicos. ) La qumica orgnica estudia a la materia que proviene del reino mineral. ) Los gases son sustancias que estudia la qumica inorgnica. ) Energa es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio, tiene masa y puede impresionar nuestros sentidos. ) La materia es una caracterstica que sirve para identificar. ) Las propiedades se clasifican en generales y especficas. ) La masa, el peso y la inercia son propiedades especficas.

10. ( ) La inercia es el resultado de la accin de la gravedad sobre la masa. II. Completa las siguientes cuestiones 1. ___________________________ son caractersticas que hacen diferentes a los cuerpos entre s. 2. ___________________________ son caractersticas que al ser observadas no cambia la naturaleza fsica de la sustancia. 3. La combustin es un ejemplo de propiedad ___________________________. 4. El fierro, el cobre y el aluminio son ejemplos de _______________________. 5. ___________________________ tipo de materia que se compone de molculas iguales. 6. ___________________________ es una sustancia formada por dos o ms elementos combinados qumicamente. 7. El HCl, NaOH, KBr, AgNO3, son ejemplos de ___________________________. 8. ___________________________ es un cuerpo formado por dos o ms sustancias combinadas fsicamente. 9. ___________________________ es un cuerpo en el que se pueden distinguir a simple vista sus componentes. 10. El aire, el agua potable y los refrescos son ejemplos de ____________________ 27


ANTOLOGIA DE QUIMICAMtodos de separacin de mezclas:

MTODO

SEPARACIN a) Slido - lquido b) Lquido - lquido a) Slido - lquido

INMISCIBLES

Decantacin Filtracin

Centrifugacin

a) Slido lquido

Magnetismo

Slido slido Slido-lquido

Destilacin Lquido-lquido Slido-lquido Lquido-lquido

Evaporacin

Inmiscibles Partculas slidas de mayor dimensin que el poro del papel filtro Partculas en suspensin separadas por movimiento rotacional. Uno de los slidos tiene que ser metlico con propiedades magnticas. Miscibles Con diferentes puntos de ebullicin Miscibles Con diferentes puntos de ebullicin

La energa en su entorno Bases fundamentales de la qumica. La Qumica estudia todo lo que hay en el universo, donde la materia y la energa son manifestaciones de una misma cosa por la cual la materia se puede convertir en energa y la energa en materia, pero afortunadamente la naturaleza est hecha de tal manera que de una rosa no se tenga una explosin atmica que puede acabar en nuestros sueos de obtener la perfeccin. Cualquier cambio fsico o qumico implica manifestacin de energa. En la vida cotidiana podemos adquirir y emitir energa de diferentes formas, por ejemplo: al asolearnos absorbemos la luz solar; al caminar; los automviles en movimiento; las aves al volar. Todo esto tiene algo en comn, ese algo que nos hace capaces de ejecutar un trabajo, es la energa. Energa proviene de dos races griegas En = dentro ; Ergos = trabajo 28


ANTOLOGIA DE QUIMICAClasificacin de la energa

ENERGA POTENCIAL

TIPO Qumica

DEFINICIN

CONTENIDO EN:

Energa almacenada en Gasolina, alimentos y la estructura molecular. fertilizantes Energa desprendida por la fisin nuclear Ncleo atmico Energa almacenada en la estructura atmica.

Es aquella energa que poseen los cuerpos en Nuclear virtud de su posicin

Atmica CINTICA Es la energa que adquiere un cuerpo al estar en movimiento Calorfica

Ncleo atmico Debido al movimiento Vapor, gas interno de las molculas. Energa proveniente de Rayos X, rayos solares un alambre conductor. Es el paso de electrones a travs de un alambre Luz conductor. Energa que proviene del sol.

Radiante

Elctrica

Solar

Fotosntesis

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Interrelacin de la materia y la energa


En 1905 Albert Einsten estableci que la materia y la energa no eran separadas, sino, manifestaciones de un mismo origen y por lo tanto, la materia se poda transformar en energa establecindose la ley de la conservacin de la materia y la energa: La materia y la energa no se crean ni se destruyen, solo se transforman

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE. 1. Define el concepto de energa. _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ 2. Escribe la clasificacin de la energa? _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ 3. Define con tus propias palabras la Ley de la Conservacin de la Materia y Energa. _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ 4. En los siguientes procesos energticos, indica el tipo de energa que se tena al inicio y la que se tiene al final de la reaccin. EJEMPLO Colisin de dos automviles Incendio forestal Tormenta tropical Proyeccin de una pelcula Desgaste de una suela INICIO FINAL

_________________ ____________________ _________________ ____________________ _________________ ____________________ _________________ ____________________ _________________ ____________________

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ANTOLOGIA DE QUIMICAACTIVIDAD DE EVALUACIN I. Subraya la respuesta correcta. 1.Es aquello que hace capaz a un cuerpo de realizar un trabajo: a) Materia b) Energa c) Propiedades 2. La luz, el calor y la electricidad son ejemplos de: a) Formas de materia b) Formas de energa c) Formas de cuerpos. 3. Es la energa que tiene un cuerpo por la posicin que ocupa: a) Energa calorfica b) Energa cintica c) Energa potencial

4. Es la energa que tiene un cuerpo debido al movimiento interno de sus componentes: a) Energa calorfica b) Energa cintica c) Energa potencial 5. Es la energa debido al flujo de electrones a travs de un conductor: a) Energa qumica b) Energa elctrica c) Energa calorfica 6. Cientfico que predijo que la materia se podra transformar en energa y la energa en materia : a) Jhon Dalton b) Ernest Rutherford c) Albert Einsten 7. Esta ley dice La materia y la energa no se crean ni se destruyen, solo se transforman: a) Ley de la materia b) Ley de la energa c) Ley de la materia y energa 8. Es la energa que tiene un cuerpo debido a su estructura molecular: a) Energa elctrica b) Energa qumica c) Energa nuclear.

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ANTOLOGIA DE QUIMICA 1. ESTRUCTURA ATMICAA travs de los tiempos el hombre ha tratado de explicarse cmo realmente esta conformada la materia en su interior Para poder entender y comprender las propiedades tanto fsicas como qumicas de la materia en la actualidad es importante analizar el nuevo modelo atmico. 1.1 ATOMO Es la parte ms pequea de la materia capaz de reaccionar qumicamente y que conserva sus propiedades, te invitamos a que conozcas como se inicia su descubrimiento. 1.1.1 Modelos y teoras atmicas Los filsofos griegos primera TEORA ATMICA, realmente en el siglo V a.C., fueron los primeros en introducir la palabra tomo, que se refera a una porcin de materia y que era indivisible; todas las cosas se componan de tomos. Esta idea prevaleci hasta fines del siglo XVIII en que John Dalton, de Inglaterra, propuso la primera TEORA ATMICA, realmente til en su tiempo. Su teora propona que los tomos eran partculas indestructibles, muy pequeas y de forma esfrica, slidas y de peso fijo. An cuando en la actualidad conocemos ciertas inexactitudes de la teora atmica de Dalton, su importancia es indiscutible e influy de manera extraordinaria en la forma de pensar de los qumicos durante ms de un siglo.

Representacin del tomo de Dalton. Se caracteriza por su masa

Ms adelante, experimentos con tubos de descarga elctrica demostraron que la materia es de naturaleza elctrica y por primera vez se sospechaba su divisibilidad. A fines del siglo XIX Thomson sugiri un modelo atmico semejante al de una gelatina con pasas. El tomo era una esfera de electrificacin positiva en la que se encontraban los electrones incrustados. Los electrones eran las primeras partculas constituyentes del tomo y su carga elctrica era negativa.

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Representacin del tomo de Thomson. Destaca


su naturaleza elctrica

En Francia, en 1898, Becquerel y los Curie descubrieron el fenmeno de la radioactividad, que consista en la emisin espontnea de radiaciones y partculas (alfa, beta y gamma) por parte de un tomo. Este fenmeno aport ideas sobre la divisibilidad del tomo. En 1911, el ingls Rutherford propuso otro modelo atmico como resultado de sus experimentos al bombardear lminas de oro y platino con partculas alfa, descubriendo as el ncleo del tomo y se propuso que en su mayor parte, el tomo era espacio vaco. La masa y la carga positiva del tomo estaban concentradas en un ncleo, los electrones giraban a manera de satlite, describiendo diferentes trayectorias. e-

Representacin del tomo de Rutherford. Aparece el concepto de ncleo

Modelo de Bohr Niels Bohr, modific en 1913 el modelo de Rutherford y propuso un tomo cuntico, tomando como base el espectro de emisin del tomo de hidrgeno, las teoras sobre el comportamiento dual de la luz y las ideas de Max Planck. Este modelo tuvo limitaciones ya que slo se aplicaba a los tomos con un solo electrn externo, como el del hidrgeno. El modelo atmico de Bohr, recibi aportaciones con las ideas de Sommerfeld y posteriormente, con los trabajos de Heinsenberg y se desarroll un modelo matemtico que prevalece en nuestros das y que explica el comportamiento de la materia.

Podramos imaginar el tomo de Bohr de la siguiente manera: una canica pequea representara al ncleo; imaginmosla dentro de una pelota de bisbol (nicamente el forro de 33


la pelota), este forro representara el primer nivel; enseguida imaginemos este forro de pelota y la canica dentro de una pelota de voleibol, esta representara el segundo nivel, ahora estos dentro de una pelota de bsquetbol, la que representara el tercer nivel, etc.


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

Canica (ncleo) ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE8

Forro de pelota de bisbol(1er. Nivel)

Subraya la respuesta correcta de las siguientes preguntas. 1. El experimento de Rutherford demostr la existencia de: a) El tomo b) La molcula c) Electrones d) El ncleo atmico 2. La Teora de Dalton determin que: a) Los tomos son partculas esfricas, slidas y de peso fijo. b) Los tomos son esferas de electrificacin negativa. c) Los tomos son espacios vacos donde la masa est concentrada en el ncleo. 3. Con la Teora de este cientfico se establecieron las bases del modelo matemtico que prevalece hasta nuestros das. a) Thomson b) Becquerel c) Heinsenberg y Schdinger d) Bohr

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ANTOLOGIA DE QUIMICA1.1.2 Particulas subatomicas El estudio del tomo y su estructura ha pasado por varias etapas pero la concepcin actual es: TOMO ES LA PARTCULA MAS PEQUEA DE UN ELEMENTO COMPOSICIN Y PROPIEDADES DEL MISMO. Y RETIENE LA

TOMO ES LA PARTCULA MAS PEQUEA EN QUE SE PUEDE DIVIDIR LA MATERIA, MEDIANTE PROCEDIMIENTOS QUMICOS Y QUE EST FORMADO POR CARGAS ELCTRICAS. El tomo est constituido por un ncleo positivo formado por protones (partculas positivas) y neutrones (partculas neutras), rodeado por una envoltura o corteza de electrones (partculas negativas). EL TOMO ES ELECTRICAMENTE NEUTRO. (Tiene igual nmero de protones y electrones) . Los electrones se distribuyen alrededor del ncleo, formando rbitas con su trayectoria. Estas rbitas reciben el nombre de niveles de energa. El nmero de niveles de energa depende del nmero de electrones que tenga el tomo. El mximo nmero de niveles que un tomo puede tener es siete. Los electrones no se distribuyen en forma arbitraria en los diferentes niveles de energa, sino que se sigue una regla establecida por Rydberg, que se enuncia de la siguiente manera: "Los electrones se distribuyen alrededor del ncleo, en los diferentes niveles de energa, de acuerdo con el doble del cuadrado de los nmeros naturales". Esto es 2n2 , donde los valores de "n" van desde uno hasta siete. Despus del tercer nivel quedan 25 electrones los que no se pueden colocar en el nivel cuarto, pues aunque es el cuarto y admite 32 quedara como ltimo y tendra ms de ocho, por lo que los 25 electrones faltantes, se reparten en 18 en el cuarto nivel que queda como el penltimo y los siete restantes en el quinto nivel que vendra siendo el ltimo.

TEORIA CUANTICA

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ANTOLOGIA DE QUIMICAEl modelo actual del tomo se basa en la ondulatoria, la cual est fundamentada en cunticos, mediante los cuales puede describirse un electrn en mecnica cuntica cuatro nmeros un tomo.

El desarrollo de est teora durante la dcada de 1920 es el resultado de las contribuciones de destacados cientficos entre ellos Einstein, Planck (1858-1947), de Broglie, Bohr (1885-1962), Schrdinger (1887-1961) y Heisenberg.. La siguiente figura muestra las modificaciones que ha sufrido el modelo del tomo desde Dalton hasta Schrdinger.

Los Nmeros CunticosLos nmeros cunticos determinan la regin del espacio-energa de mayor probabilidad para encontrar a un electrn. El desarrollo de la Teora Cuntica fue realizado por Plank, Maxwell, Schrdinger, Pauling, Heisenberg, Einstein, De Broglie y Boltzmann, etc. Descripcin de los Nmeros Cunticos: n = Nmero Cuntico Principal: proporciona el Nivel y la distancia promedio relativa del electrn al Ncleo. n posee valores de 1, 2, 3,.... l = Nmero Cuntico Azimutal: proporciona el subnivel. cada orbital de un subnivel dado es equivalente en energa, en ausencia de un campo magntico. l posee valores desde 0 hasta n-1. m = Nmero Cuntico Magntico: Define la orientacin del Orbital. m posee valores desde -l pasando por 0 hasta +l s = Nmero Cuntico de Spin: Define el giro del Electrn. s posee valores de +1/2 y -1/2.

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1) NMERO CUNTICO PRINCIPAL (n)


Representa los niveles energticos. Se designa con nmeros enteros positivos desde n=1 hasta n=7 para los elementos conocidos. Para calcular el nmero mximo de electrones que acepta cada nivel se calcula con la frmula 2 2n donde "n" es el nivel. El valor de "n" determina el volumen efectivo. Ejms: NIVEL ( n Nmero mximo de ) electrones 1 2 3 4 2(1) 2(2) 2(3) 2(4) =2 =8 = 18 = 32

2) NMERO CUNTICO SECUNDARIO O AZIMUTAL ( l ) Determina el subnivel y se relaciona con la forma del orbital. Cada nivel energtico ( n ) tiene "n" subniveles. Ejms. NIVEL ENERGTICO ( n ) Nmero de subniveles contenidos en el nivel

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1


ANTOLOGIA DE QUIMICA2 3 2 3

Se designa con nmeros que van de cero a n-1, los cuales se identifican con las letras s, p, d, f. SUBNIVEL NIVEL (nmero asignado) l=0 l=0 l=1 = = 0 1 s p d LETRA

1 2 3l l l=2

s s p

4

l=0 l=1 l=2 l=3

s p d f

A continuacin se muestra la forma de los 4 subniveles: s, p, d, f

Cada subnivel acepta un nmero mximo de electrones: s = 2 ep = 6 ed = 10 ef = 14 e-

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ANTOLOGIA DE QUIMICA3) NMERO CUNTICO MAGNTICO (m)

Representa los orbitales presentes en un subnivel. Se designa con nmeros que van de -l a + l pasando por cero.

n 1 2 3

l0(s) 0(s) 1(p) 0(s) 1(p) 2(d)

m 0 0 -1, 0, +1 0 -1, 0, +1 -2, -1, 0, +1, +2

Cada orbital acepta un mximo de 2 electrones. 4) NMERO CUNTICO POR SPIN (s) Se relaciona con el giro del electrn sobre su propio eje. Al estar juntos en un mismo orbital, un electrn gira hacia la derecha y otro hacia la izquierda. Se le asignan nmeros fraccionarios: -1/2 y +1/2

+ -

Si el electrn sigue en sentido al de las manecillas del reloj En caso contrario

Tambin es habitual representar los spines mediante flechas:

Valor positivo

Valor negativo Grficamente se emplea muy a menudo un cuadrado con una diagonal descendente (casilla cuntica) para indicar un orbital, representacin que se denomina diagrama energtico. 39



Orbital incompleto Casilla cuntica u orbital (ocupado por un solo electrn)

Orbital completo (ocupado por dos electrones con spines opuestos)

La flecha hacia arriba indica el spin con un valor de + y la dirigida hacia abajo el spin con valor de - . Relacin entre los nmeros cunticos y las caractersticas de un orbital. Numero n l m s Se relaciona con Indica El volumen o energa de un Nivel orbital. La forma de un orbital. La orientacin de un orbital. Subnivel El numero de orbtales

La posibilidad de que un orbital Giro del electrn acepte o no un electrn.

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE9 Seala con una "X" el nmero incorrecto de las series mostradas a continuacin, dando una breve explicacin justificando su respuesta. El primer rengln est resuelto como ejemplo sealando con rojo el nmero incorrecto.

n 5 0 4 1

l

s

m

Explicacin En n = 5 l = 0,1,2,3 y 4

5 -2 +1/2 1 0 0 -1/2 0 0

2 -3 +1/2

-2 1 -1 +1/2 3 3 2 6 4 1 +2 -1/2 2 -1 +1/3 3 -1 -1/2 5 -5 3 2 +3 -1/2 6 -2 0 +1/2

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CONFIGURACIN ELECTRNICA.Muestra el acomodo de los electrones en el tomo en niveles y subniveles. La configuracin electrnica puede mostrarse en dos formas: a) Condensada b) Desarrollada a) CONDENSADA.- Solo muestra el nivel, el subnivel y el nmero de electrones.Ejm: PRINCIPIO DE EDIFICACIN PROGRESIVA O REGLA DE AUFABU

Establece que: " Los electrones van formando los orbitales atmicos de menor a mayor contenido de energa."Cada uno de los subniveles con su respectivo nivel principal de energa, tiene diferente energa. Los subniveles estn ordenados de acuerdo co su incremento de energa en la siguiente lista (el smbolo < se lee "menor que".) 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d

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