Concepto de la Química como Ciencia

Objetivo: Identifican el concepto de química como ciencia

La Química hoy en día

Ciencia experimental que aún puede definirse como el estudio los materiales que constituyen el universo y de los cambios que dichos materiales experimentan

Hoy en día es una ciencia interdiciplinaria

La ciencia y sus métodos

Método Científico: técnica sistemática para la investigación

Definir problema

Experimentación

hacer observaciones cuidadosas y recopilar información acerca del sistema

Datos cualitativos Datos cuantitativos

Análisis de datos

Concluir y comunicación de los resultados

Explicación tentativa del conjunto de explicaciones

HIPÓTESIS

Teorías y Leyes

El Átomo y las moléculasDescribir la estructura básica del átomo y definir concepto de molécula

Toda la materia está formada por átomos. Son las unidades más pequeñas de una sustancia.

Las sustancias pueden ser elementos o compuestos .Un elemento es una sustancia que no se puede

separa en sustancias más simples por medios químicos. Hasta la fecha se han

identificado 109 elementos , de los cuales 83 se encuentran en formanatural en la tierra. Los elementos se representan mediante símbolos

Las moléculas están constituidas por átomos enlazados mediante fuerzas especiales

Un compuesto es una sustancia formada por átomos de dos o más elementos unidos químicamente en porciones definidas.

Molécula de oxígeno

A diferencia de las mezclas los compuestos no pueden separarse por medios físicos en sus componentes que son los átomos de los elementos presentes

Estructura atómica modernaPartículas subatómicas:

Núcleo protones (+)

neutrones

Corteza electrones (-)

1.602×10-19 c

Masa atómica:

Unidades de masa atómica (uma)= 1 uma = 1.66053x10-24 gRadio atómico (rat) 100 pm, radio del núcleo atómico 5×10-3pm

Localización de partículas sub-atómicas

rat

> Todos los átomos de un elemento tienen el mismo número de protones, número al cual se le denomina NUMERO ATOMICO.(Z)

> Átomos de un mismo elemento que difieren en el número de neutrones, y por tanto en su masa, se denominan ISOTOPOS.

> El número total de protones más neutrones en el átomo, se denomina NUMERO DE MASA.(M)

Algunos de los isótopos del átomo de carbono (C)

símbolo nº protones nº electrones nºneutrones

11C 6 6 5

12C 6 6 6

13C 6 6 7

14C 6 6 8

La Tabla Periódica> Importantes esfuerzos de observación y clasificación de

propiedades de los elementos, culminan en 1869 en el desarrollo de la tabla periódica

> Varios elementos exhiben fuertes similitudes, p. ej., Li, Na y K son todos metales muy reactivos. He, Ne y Ar son gases inertes. El arreglo en orden creciente de su N.A., muestra regularidades periódicas de sus propiedades.

Númeroatómico

Símbolo

gas inerte metal gas inerte metal gas inerte metal muy reactivo muy reactivo muy reactivo

El arreglo de elementos en orden creciente de Z con elementos teniendo propiedades similares ubicadas en columnas verticales, se conoce como:

La Tabla Periodica: propiedades> Los elementos en una columna de la tabla se conocen como un grupo y,

de acuerdo a la IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry), la nueva convención numera los grupos de 1 a 18 sin designaciones adicionales de A o B.

> Los elementos de un mismo grupo exhiben similitud en sus propiedades físicas y químicas. Algunos grupos presentan un nombre específico:

Grupo Nombre Elementos

1A Metales alcalinos Li, Na, K, Rb, Cs, Fr2A Metales alcalino-terreos Be, Mg, Ca, Sr, Ba,Ra6A Calcógenos O, S, Se, Te, Po7A Halógenos F, Cl, Br, I, At8A Gases nobles (o raros) He, Ne, Ar, Kr, Xe,Rn

Moléculas y Compuestos Moleculares

> Sólo los elementos de gases nobles se encuentran en la naturaleza como átomos aislados. La mayoría de la materia se compone de moléculas o iones, los cuales a su vez están formados de átomos.

> Una molécula es una unión de dos o más átomos estrechamente enlazados unos a otros.

> La resultante de la unión, el ensamble de átomos se comporta como una única entidad de propiedades diferentes.

Moléculas y Compuestos Moleculares

> Moléculas elementales. Dos o más átomos de la misma clase se combinan entre sí. Un caso típico lo constituye el oxígeno, cuyas fórmulas son:

O2 : oxígeno “normal”, esencial para la vida, gas incoloro e

inodoro;

O3 : ozono, tóxico, de olor picante e irritante de las mucosas.

(presente normalmente en la estratosfera, protege al planeta de la radiación UV)

> Los elementos más comunes que existen como moléculas diatómicas son: H2, N2, O2, F2, Cl2, Br2, ,I2

Compuestos moleculares> Compuestos moleculares. Contienen

más de un tipo de átomos : por ej., la molécula de agua:

H2O : combinación de 2 átomos de H y

1 átomo de O, o bien;

H2O2 : Hidrógeno y Oxígeno en

diferente proporción relativa.

> Algunas moléculas comunes simples se presentan en el esquema. Es importante observar que:

> La composición de cada compuesto esta dada por su fórmula química;

Moléculas y Compuestos Moleculares

> Fórmula Molecular: Indica el número exacto de átomos de cada elemento en una molécula. Las fórmulas anteriores son moleculares. Los subíndices son siempre múltiplos enteros de los subíndices de las fórmulas empíricas correspondientes.

> Fórmula Empírica: Indica sólo el número relativo de átomos de cada tipo en la molécula. Aquí, los subíndices indican siempre la relación de números enteros más pequeña.

Fórmula Molecular Fórmula Empírica

H2O2 HO

C2H4 CH2

Moléculas y Compuestos Moleculares

Fórmula Estructural: Muestra qué átomos están unidos a otros dentro de la molécula. Las líneas entre los símbolos de los elementos representan las uniones químicas entre átomos.

Una fórmula estructural no exhibe la geometría real de la molécula, esto es, los ángulos verdaderos a los cuales están unidos los átomos. Sin embargo, se puede representar como un dibujo en perspectiva para dar un sentido tridimensional.

Representaciones Moleculares

estructural

perspectiva

modelo

esferas

Iones y Compuestos IónicosEl núcleo de un átomo permanece inalterado en los procesos

químicos, pero el átomo puede ganar o perder electrones con facilidad originando partículas cargadas denominadas IONES. Si la carga es positiva se llama CATION, si la carga es negativa se llama ANION.

Por ejemplo, el átomo de sodio:

Ahora, el átomo de cloro

Iones y Compuestos Iónicos

> En general, los átomos de metales pierden electrones con facilidad y los átomos de los no metales tienden a ganar electrones.

Dé el símbolo químico completo de: a) un ion con 26 p, 30 n y 24 e –; b) el ion fósforo con 16 n y 18 e –.

a) El elemento con 26 p (nº atómico = 26) es: Fe, cuyo nº de masa = 26 p + 30 n = 56. Hay 2 cargas (+) en exceso, por tanto, la carga neta del ion es 2+ . El símbolo completo será:

2656Fe2

b) El P tiene un nº atómico de 15, luego entonces tiene 15 p, y un nº de masa de (15 p + 16 n) 31. Tiene además una carga neta de 18 e – - 15

p = 3 e –,o sea 3- , así que el símbolo será:

1531P3

Iones y Compuestos Iónicos

Iones Poliatómicos.- Consisten en átomos unidos como en una molécula, pero con una carga neta positiva o negativa, p. ej.:

> ¿Cómo se predicen las cargas iónicas?

Se parte de la idea de que la ganancia o pérdida de electrones conduce a un átomo a adquirir una configuración de gas noble, como en el caso del Na y del Cl.

(NO3 )- o (SO4 )2

Iones y Compuestos IónicosLa tabla periódica es una herramienta útil para recordar las cargas de los

iones, en especial los de los extremos de la misma.

Metales alcalinos (+1)

Metales alcalinos (+2) Calcógenos (-2)

Halógenos (-1)

Iones y Compuestos IónicosCompuestos iónicos.- Aquellos que contienen iones cargados positivamen-

te y iones cargados negativamente.

Atomo de Naneutro

Atomo de Clneutro

pierde un electron

gana un electron

De la composición podemos saber, frecuentemente, si es compuesto iónico (constituido por iones) o molecular (constituido por moléculas).

Iones y Compuestos IónicosEn general, los metales forman catiónes y los no-metales aniónes. Por

tanto, los compuestos iónicos son en general combinaciones de metales y no-metales (p.ej. NaCl), en tanto que los moleculares se componen en general únicamente de no-metales (H2O).

> ¿Qué especies se espera sean iónicas?: N2O, Na2O, CaCl2 y SF4.

> ¿Qué especies se espera sean moleculares?: Cl2, FeS, PbF2 y P4O6.

Iones y Compuestos Iónicos

> Sólo se pueden escribir fórmulas empíricas para los compuestos iónicos, y si no estan en forma iónica, siempre son eléctricamente neutros, así que las cargas deberán estar balanceadas.

> ¿Cuáles son las fórmulas empíricas de los compuestos formados por los iones?: a) Al3+ y Cl- ; b) Al3+ y O2- ; c) Mg2+ y NO3

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