Guia de Quimica Inorganic A

8/14/2019 Guia de Quimica Inorganic A

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Contenido de la gua

Como presentar un informe

Material de laboratorio

Mtodo cientfico

Medida

Medidas y errores

La material

Compuestos

Sustancias simples y compuestas

Soluciones

Conceptos bsicos de qumica

Atomo.Modelos atmicostomo .Estructura

Sistema peridico

Elementos

Numero de oxidacin

Iones

Compuestos binarios

Ejercicios

Compuestos ternarios

Ejercicios

Estequiometria

Reacciones qumicas

Estequeometria.Ejercicios

Concepto de mol

Gases

Teora cinetica.Leyes de los gases

Problemas de mol y gases


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MATERIAL DE LABORATORIO

Medida de volmenes.

BuretaPipeta , micropipeta ymaterial de aspiracin

Probeta

Matraz debaln oesfrico

Matrazerlenmeyer

Matraz dedestilacin

Matrazaforado

Uso general

Vaso deprecipitados

Cpsula

MecheroBunsen

Embudo dedecantacinCristalizador

Embudo

Matraces

Aforo


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CMO TRABAJAN LOS CIENTFICOS?

:

El detective El cientfico

Visita el lugar de los hechos y lo revisa con aten-cin reparando en todos los detalles

Observa con cuidado un fenmeno que le pareceinteresante.

Recoge pistas (algunas vlidas, otras que noservirn) y toma notas.

Toma datos sobre las magnitudes que intervie-nen. Anota en su diario de laboratorio todo aque-llo que le parece interesante.

Clasifica las pistas, revisa las notasOrdena sus datos, consulta trabajos de otroscientficos que investigan sobre el mismo tema,repasa sus notas

Trata que todo encaje. Busca una posible expli-cacin, elabora una teora provisional de cmosucedi todo.

Emite suposiciones (hiptesis) de cmo estnrelacionadas las distintas magnitudes que inter-vienen en el fenmeno estudiado.

Intenta apoyar con pruebas su teora para de-mostrar que es cierta.

Disea experimentos para comprobar (o des-echar) las hiptesis.

Al final emite un informe definitivo de lo que su-cedi, procurando que todas sus afirmaciones seencuentren avaladas por pruebas.

Trata de obtener una funcin matemtica queligue las magnitudes de las que depende elfenmeno. Una vez conseguido esto est endisposicin de poder hacer predicciones.

Supongamos que estamos interesados en saber cmo se comporta un muelle cuando de l se cuel-gan pesos de distinto valor. Tenemos un objetivo:

Obtener una ecuacin matemtica que nos relacione las magnitudes implicadas(masa que se cuelga y alargamiento experimentado por el muelle) de forma que,usndola, podamos predecir cosas.

Observamos lo que queremos estudiar: el muelle se alarga al ir colocando pesas, pero es-ta simple descripcin no nos basta, queremos un conocimiento ms exacto:

Qu relacin existe entre la masa que se cuelga y lo que se alarga el muelle? Cmo podemos saber lo que se alargar si colgamos una masa de mgramos? Qu masa tenemos que colgar para que se alargue L cm? Cmo elegir un muelle que le alargue L cm cuando de l se cuelguen mgramos?

Tratamos de obtener datos. Para ello preparamos una experiencia en el laboratorio. Ala hora de hacerlo hay que tener en cuenta algunas cosas:

Es muy importante efectuar los apuntes de manera ordenada. El uso de tablas para orde-nar los datos puede ser muy til.

Hay que indicar siempre las unidades en que se mide. Procura anotar lo que lees en los aparatos de medida. Si es necesario realizar alguna

operacin matemtica para obtener el dato que necesitas, hazla posteriormente. Si consideras que algn dato es errneo, no lo borres. Tchalo, pero que sea visible.

Puede que lo necesites con posterioridad. Es mejor anotar datos de ms que omitir algn dato importante.

Existe una gran similitud entre la formade llevar una investigacin un detectivey el mtodo de trabajo de un cientfico


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Ejemplo:

Datos

Longitud del muelle (cm) 7,0

Masa del portapesas (g) 5,0

Masa real de las pesas (g)

5050,3

50,450,6

100101,2

100,5100,1

200 199,5 199,5

Tratamiento de los datos.

1. Expresin con el mismo nmero de cifras decimales.

Si realizas varias medidas de una misma magnitud (por ejemplo determinas la masa de varios obje-tos) expresa todas las medidas con el mismo nmero de cifras decimales. Este nmero no puedeser mayor que la sensibilidad del aparato de medida.

Por ejemplo si ests determinando la masa de varios objetos con una balanza que aprecia dcimasde gramo el resultado de varias pesadas podra ser:

Correcto Incorrecto

1,5 1,50

2,0 2

3,2 3,21

4,0 4

5,2 5,0

2. Redondeo.

A veces, sobre todo cuando realizamos operaciones con la calculadora, es necesario prescindir de

algunos decimales a la hora de utilizar los datos. Es lo que se conoce como redondeo. Para reali-zar el redondeo correctamente debes seguir las normas siguientes:

1. Si la cifra que suprimes es igual o superior a 5, aumenta la ltima cifra de la canti-dad que queda en una unidad.

2. Si la cifra que suprimes es inferior a 5, deja la ltima cifra de la cantidad que quedatal y como est.

Ejemplo. Redondear los nmeros siguientes a la dcima:

Cifra inicial Nmero redondeado

2,567 2,6

0,43 0,4

1,350 1,4

4,540 4,5

0,08 0,1

Magnitud medi-da y unidad enque se mide.

Datos ledos alpesar en la balanza

Media de losvalores (calcu-lado posterior-mente)

Ttulo explicativo


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m 234,0L 11,6 cm

20,12 20,12

Grficas

La representacin grfica de los datos obtenidos es un recurso muy utilizado en ciencia.

A la hora de hacer una grfica debes tener en cuenta:

La grfica debe ser fcilmente legible y de aspecto agradable a la vista.

Sealar los puntos con un pequeo crculo lleno o con un aspa. No pintar otras lneas.

Procurar que las divisiones se correspondan con valores sencillos: unidades, mltiplos de dos,mltiplos de cinco, mltiplos de diez

Si los nmeros que se corresponden con las divisiones quedan excesivamente juntos se ganaen claridad escribiendo uno s y uno no.

Distribuir adecuadamente los valores del eje X y del eje Y (considerar el recorrido de las varia-bles y distribuir el espacio disponible).

Rotular la grfica (ttulo) e indicar qu se recoge en el eje X (normalmente la variable indepen-diente, lo que se vara) y qu en el eje Y (normalmente la variable dependiente, lo que vara almodificar la variable independiente). Poner unidades entre parntesis.

Trazar (a ojo) la lnea que mejor se adapte a los puntos. Si algn punto queda claramente fuera

de la tendencia general, desecharlo. Se trata de un valor errneo. Interrogarse sobre la posibilidad de que la recta pase por el origen o no.

Si la grfica resultante es una recta que pasa por el origen las magnitudes representadas son di-rectamente proporcionales.

Ecuaciones

Tanto la Fsica como la Qumica usan muy a menudo expresiones o mtodos matemticos.

Una ecuacin matemtica nos puede servir para estudiar cmo vara una magnitud (llamada variabledependiente) cuando variamos otra (llamada variable independiente).

Ejemplo.Se sabe que la masa que se cuelga de un muelle (m) y lo que el muelle se estira (L) estn relacionadosmediante la siguiente ecuacin, en la que L se expresa en centmetros y m en gramos.

a. Qu masa debemos de colgar para que se produzca un alargamiento de 15,0 cm?b. Cunto se alargar el muelle si se coloca una masa de 234,0 g?c. Qu representa el nmero 20,12?

Solucin.a. Como la ecuacin nos da la relacin matemtica que existe entre m y L, contestamos a la primera

pregunta sin ms que sustituir el valor de L en la ecuacin y efectuar la operacin matemtica quenos indica:

m = 20,12 . 15,0 = 301,8 g

b. Para responder a la segunda cuestin primero hemos de obtener L en funcin de m. Para elloprimero despejamos L y despus sustituimos el dato:

c. 20,12 es la constante de proporcionalidad que relaciona la masa colgada (m) y lo que se estira elmuelle (L). Representa los gramos (20,12) que hay que colgar para que el muelle se estire 1 cm:

Recibe el nombre de constante elstica del muelle.

m = 20,12 L

m (g) g20,12

L (cm) cm


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La grfica puede servirnos para obtener la ecuacin matemtica que relaciona las variables quese representan en el eje X y en el eje Y:

Si la grfica es una recta que pasa por el origen, su ecuacin viene dada por:

Para calcular la pendiente de una recta:

Ejemplo 3

Supongamos que hemos obtenido (leyendo en la grfica) los valores siguientes:

Luego:

Alargamiento (cm)

Masa (g)

1. Seleccionar dos puntos (procurarque su lectura sea clara)

3. Leer los valorescorrespondientes de lamagnitud situada en eleje X y restarlos:

2 1L L L

2. Leer los valores co-rrespondientes de lamagnitud situada en eleje Y y restarlos

2 1m m m

4. Calcular el cociente de ambos:

ma

L

L1 L2

m2

m1L

m

m1 = 80,0 g L1 = 9,0 cm

m2 = 420,0 g L2 = 25,0 cm

2 1L L L 25,0 9,0 cm 16,0 cm

2 1m m m 420,0 80,0 g 340,0 gm 340,0 g cm

a 21,25L 16,0 cm g

Ecuacin:

m =21,25 L

y = a xMagnitud que se re-presenta en el eje Y

Magnitud que se re-presenta en el eje X

Pendiente (inclinacin)de la recta.


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Tambin podemos usar la grfica para obtener valores de las magnitudes representadas:

Ejemplo1

Qu masa tenemos que colgar del muelle para que ste se alargue 13,0 cm?

Ejemplo 2

Cunto se alargar el muelle si colgamos de l una masa de 160,0 g?

Alargamiento (cm)

Masa (g)

4. Leer el valor correspondiente (8 cm)

2. Trazar una lnea paralela al eje

X hasta que corte a la grfica

3. Trazar una lnea perpendi-cular hasta que corte el eje X.

1. Buscar el valor dela masa (160,0 g)

8

160

Alargamiento (cm)

Masa (g)

1. Buscar el valor del alargamiento

3. Trazar una lnea paralela aleje X hasta que corte al eje Y

2. Trazar una lnea perpendi-cular hasta encontrar la grfica

4. Leer el valor(aproximado) co-rrespondiente a lamagnitud represen-tada (260 g)

13,0

260


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LA MEDIDA

Materia es todo lo que tiene masa y volumen.

Basta echar una ojeada a nuestro alrededor para darnos cuenta que la materia es diversa: madera, ce-mento, plstico, aireExisten diversas sustancias o tipos de materia.

Por tanto masa y volumen son propiedades generales de la materia. Cualquier sustancia tiene masay volumen y no nos sirven para diferenciar unas sustancias de otras.

La unidad de masa del Sistema internacional (S.I.) esel kilogramo (kg)

1 kg = 1.000 g = 103

g

Para medir la masa de los cuerpos usamos la balanza.

La unidad de volumen del S.I. es elmetro cbico (m

3)

1 m3

= 1.000.000 cm3

= 106

cm3

El litro es unidad de capacidad

1 L = 1.000 cm3 = 10 3 cm3

1 L = 1.000 ml = 103

ml.

Por tanto: 1 mL = 1 cm3

Podemos calcular el volumen de algunoscuerpos regulares multiplicando el rea dela base por la altura.

Vcilindro = A base . h = r2 h Vprisma = A base . h = (a.b) h

A la hora de determinar el volumen con la bureta :

Determina cuanto vale cada divisin.

Lee colocando tus ojos a la altura de la superficie del lquido.

La lectura correcta es la que queda tangente por la parte inferiordel menisco.

Lectura

Al realizar medidas secometen errores cuyamagnitud es convenientesaber.

Error absoluto. Se define como la diferencia entre el valor medido yel valor verdadero o exacto.

Ea = Vmedido - Vverdadero

Si el error absoluto es positivo se comete un error por exceso (semide ms que el valor verdadero).

Si el error absoluto es negativo se comete error por defecto (se midemenos del valor verdadero)

Error relativo. Se puede definir como el tanto por ciento de error querepresenta el error absoluto:

Donde |Ea| es el valor del errorabsoluto con signo positivo.

ar

verd

EE 100V


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Tabla 1

Medidas h (cm) R (cm)

Tubo pequeo 12,0 0,700

Tubo grande 10,0 1,250

Vaso 5,0 3,400

Tabla 2

Resultados V calculado (cm3) V probeta (cm

3)

Tubo pequeo 19 20

Tubo grande 49 50

Vaso 181 184

Vamos a considerar como valor verdadero del volumen el medido usando agua y la probeta. Para calcular elerror cometido efectuando el clculo, procedemos de la siguiente manera:

Tubo pequeo:

E a = Valor Valor verdadero = 19 20 = - 1 cm3

(por defecto)

Realizando un clculo similar para los otros dos casos, obtendramos los siguientes resultados (comprobar):

Errores Ea (cm3) Er (%)

Tubo pequeo - 1 5

Tubo grande - 1 2

Vaso - 3 1,6

Como se puede observar, aunque el error absoluto es mayor en el caso del vaso, el error relativo esel ms pequeo, ya que no es lo mismo cometer un error de 3 cm

3midiendo 20 cm

3que 184 cm

3.

Puede ocurrir que desconozcamos el valor verdadero de la medida. En ese caso se realizan varias medidasde la magnitud y se toma como valor verdadero la media aritmtica de las medidas realizadas.

Ejemplo:

Tres miembros de un equipo miden la longitud de una mesa (con un metro que aprecia milmetros) y obtie-nen los siguientes datos: 162,2 cm, 161,8 cm y 162,3 cm.

Suponemos como valor verdadero para la longitud medida:

Errores (comprobar)

Errores Ea (cm) Er (%)

1 Medicn 0,1 0,06

2 Medicin - 0,3 0,19

3 Medicin 0,2 0,12

Como ejemplo supongamos que calculamos el volumen de un tubode ensayo pequeo, uno grande y un vaso de precipitados en losque se hace una marca a distintas alturas (ver figura y Tabla1).

Primero calculamos el volumen tericamente (con lpiz y papel)suponiendo que los tres recipientes son cilindros.

Vcilindro = R2

h

Despus llenamos los recipientes con agua hasta la marca y medi-mos el volumen usando una probeta.

Los resultados obtenidos estn en la Tabla 2 h = 5,0 cm

h= 12,0 cm

h= 10,0 cm

3a

r

verd

E 1 cmE 100

V 320 cm100 5%

162,2 161,8 162,3 cmmedia 162,1cm

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La densidad mide la masa de la unidad de volumen (1 cm3) de la sustancia considerada y de acuerdo

con ella podemos clasificar a las sustancias en ms o menos ligeras. Por ejemplo, el aluminio es unmetal que tiene una densidad baja (2,7 g/cm

3) y decimos que es un metal ligero, mientras que el plomo que

tiene una densidad alta (11,3 g/ cm3) decimos que es un metal pesado.

Consideremos, por ejemplo, un prisma macizo de 19x10x 6 cm (tamao de un brick de leche), pesar pocoms de 300 g si fuera de aluminio, cerca de 900 g si fuera de hierro y 22 kg si fuera de oro.

Densidad de algunos metales

Smbolo NombreDensidad

(g/cm3)

Mg Magnesio 1,7

Al Aluminio 2,7

Ti Titanio 4,1Sn Estao 5,6

Zn Zinc 7,1Fe Hierro 7,8

Cu Cobre 8,9Ag Plata 10,5

Pb Plomo 11,3

Hg Mercurio 13,6Au Oro 19,3

Para calcular la densidad de una sustancia, hay que

conocer su masa y su volumen.

Para determinar el volumen:

Si es un cuerpo regular(cubo, prisma, esfera) midelos datos que necesites (radio, altura, aristas) y calcu-la el volumen usando la frmula correspondiente.

Si el cuerpo no es de una forma regular puedes de-terminar su volumen sumergindolo por completo enagua y determinando el volumen de lquido desplazado.

Nota: el segundo procedimiento, como es lgico, tam-bin puede ser utilizado para determinar el volumen decuerpos regulares.

Si dividimos la masa de un cuerpo entre el volumen que ocupa, se ob-tiene una nueva magnitud: la densidad.

La densidad es una propiedad caracterstica de las sustanciasy puedeservirnos para identificarlas.

Aunque la unidad de densidad del S.I. es el kg/m3

se emplea mucho el g/cm3

1 g/cm3 = 1.000 kg/m3 = 10 3 kg/ m3

md

V

densidad

volumen

masa

Ejemplo 1.Prisma metlico de dimensiones: 10,0x6,0x2,0 cm

Masa del objeto: 852,0 g.

Calculamos su densidad: Vemos (tabla) que es zinc.3 3m 852,0 g g

d 7,1V 120,0 cm cm

Podemos usar la densidad para calcular la masa (sin pesar) a partir del volumen o viceversa.

Ejemplo2.

Calcular la masa que tendr una escultura cbica, maciza, de 2 m de lado y construida en titanio.

Volumen de la escultura : V = L3

= 23

m3

= 8 m3

Pasamos los m3 a cm3::

Usando el dato de densidad (ver tabla) calculamos la masa:

Ejemplo 3.

Cul es la masa de 1 litro de aceite de oliva sabiendo que su densidad es 0,92 g/cm

3

?

38 m6 3

3

10 cm

1 m

6 38 1 0 cm

6 3m V. d 8. 10 cm3

4,1g

1 cm

7 43,28.10 g 3,28.10 kg 32,8 Tm

3 3m V . d 10 cm3

0,92 g

1 cm920 g


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EJEMPLO DE TRABAJO

Medidas y errores

Tabla 1

Medidas h (cm) R (cm)

Tubo pequeo 12,0 0,700

Tubo grande 10,0 1,250

Vaso 5,0 3,400

Tabla 2

Resultados V calculado(cm

3)

V real(cm

3)

Tubo pequeo 19 20

Tubo grande 49 50

Vaso 181 184

Objetivos:

Realizar medidas de longitudes (metro y calibre) y de volumen.

Conocer cmo se calcula el error absoluto y relativo de una medida y cul es su significado.

Descripcin:

Para realizar esta actividad dispusimos de dos tubos de ensayo, uno pequeo y otro grande, y un vaso deprecipitados. Con un rotulador hicimos una marca en cada uno de los recipientes a distintas alturas (ver dibu-

jo). Con el calibre medimos el radio y con el metro la altura (marca) en cada caso. (ver Tabla 1).

Para reducir el error es conveniente usar el calibre para medir el dimetro del tubo y hacerlo por el interiorde ste.

A continuacin calculamos (lpiz y papel) la capacidad de cada uno de los recipientes suponiendo quefueran cilndricos.

Vcilindro = R2

h

Despus determinamos la capacidad real de cada uno llenndolos con agua hasta la marca y vertiendo acontinuacin el agua en una probeta graduada.

Comparando el volumen calculado con el medido realmente vimos que haba alguna diferencia, debido funda-mentalmente a que los tubos o el vaso no son realmente cilndricos (ver Tabla 2)

h = 5,0 cm

h= 12,0 cmh= 10,0 cm

Volumencalculado.Suponemosque el tubo esun cilindro.

Volumen realEl tubo no es uncilindro perfecto.


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Ejemplo del clculo del volumen:

V = R2 h = . 0,700 2 cm2. 12,0 cm = 18,5 cm3 (En la tabla se ha redondeado a la unidad)

Vamos a considerar como valor verdadero del volumen el medido usando agua y la probeta . Para calcu-lar el error cometido efectuando el clculo, procedemos de la siguiente manera:

Tubo pequeo:

E a = Valor Valor verdadero = 19 20 = - 1 cm3

(por defecto)

Realizando un clculo similar para los otros dos casos, obtendramos los siguientes resultados:

Errores Ea (cm3) Er (%)

Tubo pequeo - 1 5,0

Tubo grande - 1 2,0Vaso - 3 1,6

Conclusiones:

A la hora de tomar datos es muy importante hacerlo con limpieza, ordenadamente y usando unidades. Lastablas son de gran ayuda para conseguirlo.

Para reducir el error es conveniente usar el calibre para medir el dimetro del tubo y hacerlo por el interiorde ste.

A la hora de medir los volmenes de lquidos con una probeta es importante recordar que hay que situar lavista a la altura de la superficie del lquido y tomar como medida la de la divisin que quede tangente por laparte inferior del menisco.

El error relativo, al darnos el tanto por ciento de error, nos da una mejor idea del error cometido ya que noes lo mismo cometer un error de una unidad si medimos 5 (20%) que si medimos 100 (1%)

3

a

r

verd

E 1 cmE 100

V 320 cm

100 5%


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EL MUNDO QUE NOS RODEA.LA MATERIA

Basta echar un vistazo a nuestro alrededor para darnos cuenta que la materia se presenta en tres estadosde agregacin distintos:

Slido. Volumen y forma fijos. No pueden fluir.Lquido. Volumen fijo. No tienen forma fija. Pueden fluir.Gas. No tienen volumen ni forma fija. Pueden fluir.

Los lquidos y gases tienen en comn la propiedad de fluir (circular por tuberas). Por eso los lquidos y losgases reciben el nombre de fluidos.

Una manera (no la nica) delograr que una sustancia cam-bie de estado es calentarla oenfriarla. Los cambios de esta-do que absorben calor recibenel nombre de cambios de es-tado progresivos. Por el con-trario los cambios de estadoque necesitan que la sustanciase enfre (desprenda calor)reciben el nombre de cambiosde estado regresivos.

SOLIDO GAS

LQUIDO

Fusin

Solidificacin

Condensacin

Sublimacinregresiva

Sublimacin

Vaporizacin

Cambios de estado progresivos

Fusin. Paso de slido a lquido. La temperatura de fusin es una propiedad caractersticade las sustancias. Por tanto, puede servirnos para identificar a las sustancias. Vara con la pre-sin. A medida que sta disminuye la temperatura de fusin desciende.

Vaporizacin.Paso de lquido a gas. Tiene lugar a cualquier temperatura y en la superficie libredel lquido (los lquidos se evaporan a cualquier temperatura). Sin embargo, si aumentamos latemperatura llega un momento que la evaporacin se produce en todo el lquido formndosegrandes burbujas (llenas de vapor del lquido) que ascienden hasta la superficie. Decimos que ellquido comienza a hervir o que entra en ebullicin. La temperatura a la que un lquido hiervees otra propiedad caracterstica llamada temperatura de ebullicin. Vara con la presin. Amedida que sta disminuye la temperatura de ebullicin desciende.

Sublimacin. Paso directo de slido a gas sin pasar por el estado lquido. Como la vaporizacinocurre a cualquier temperatura (de ah que podamos oler sustancias slidas. Pequeas porcio-nes del slido subliman y llegan en forma de vapor a nuestra nariz). La mayor parte de las sus-tancias necesitan encontrarse a presiones muy bajas para que la sublimacin sea apreciable.

Cambios de estado regresivos

Solidificacin. Paso de lquido a slido. Ocurre a la misma temperatura que la fusin. Vara conla presin.

Condensacin. Paso de gas a lquido.

Sublimacin regresiva. Tambin llamada sublimacin inversa o deposicin. Paso directo degas a slido sin pasar por el estado lquido.


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Sustancia T Fus (0C) T Ebu (

0C)

Agua 0 100

Aluminio 660 2400

Amoniaco -78 -34

Butano -138 -0,5

Etanol -114 78,5

Hidrgeno -259 -253

Hierro 1540 2800

Mercurio - 39 357

Nitrgeno - 210 -196

Plomo 328 1750

Wolframio 3387 5527

Zinc 420 907

Fusin y ebullicin

Como se ha dicho ms arriba cada sustancia tiene (a una presin dada) unas temperaturas de fu-sin y ebullicin caractersticas que pueden servir para su identificacin (ver Tabla).

Ocurre, adems, que mientras una sustancia est fundiendo o hirviendo su temperatura permane-ce invariable.

Imaginmonos que partimos de hielo a -200

C y empezamos a calentarlo (ver grfica). Su temperaturaempezar a subir. Cuando lleguemos a la temperatura de fusin (0

0C) el hielo comenzar a transformar-

se en lquido (fusin). Mientras suceda esto, aunque se siga calentando, la temperatura de la mezclahielo-agua permanecer constante en 0

0C. Cuando todo el hielo pase a lquido la temperatura comen-

zar a subir nuevamente hasta llegar a la temperatura de ebullicin (1000C). Entonces, y mientras existalquido, la temperatura permanecer invariable.

T (0C)

t (min)

100

0

-20

Fusin. La temperatura

permanece invariable

Ebullicin. Latemperaturapermanece

invariable.

Una sustancia ser slida si sutemperatura se encuentra por deba-jo de la temperatura de fusin.

Una sustancia ser lquida si sutemperatura se encuentra entre latemperatura de fusin y la de ebulli-cin.

Una sustancia ser gaseosa si sutemperatura se encuentra por enci-ma de la de ebullicin.

T fus

T ebull

Si la temperatura de la sustanciaest en esta zona ser un slido.

Si la temperatura de la sustanciaest en esta zona ser un lquido.

Si la temperatura de la sustanciaest en esta zona ser un gas

Ejemplos (ver valores de Tfus y Tebu en la tabla):

Consideremos como temperatura ambiente 200

C. A esta temperatura el aluminio es un slido ya que(T


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Las distintas sustancias que existen se pueden mezclar.

Al mezclarlas, no obtenemos una sustancia distinta.

Las sustancias que forman la mezcla conservan sus propiedades y se pueden separar porprocedimientos fsicos: filtracin, cristalizacin, decantacin, destilacin

A la hora de pensar en un procedimiento para separar los componentes de una mezcla

nos apoyamos en las propiedades de las sustancias que forman la mezcla y aprovechamoslas diferencias que puedan existir para efectuar la separacin.

Algunos ejemplos

Mezcla de arena y limaduras de hierro.

Una propiedad del hierro (que no tiene la arena) es que es atrado por un imn. Si aprovechamosesto podemos separar una mezcla de hierro y arena usando un imn que atraer las limaduras.

Mezcla de sal comn y arena

La sal es soluble en agua y la arena no. Por tanto aprovechamos esta circunstancia para separarlas.Disolvemos el conjunto en agua y filtramos. Como la arena no se disuelve quedar retenida en elfiltro, mientras que la sal estar disuelta en el agua. Para recuperarla slo tendremos que evaporar elagua.

Mezcla de alcohol y agua

El alcohol tiene un punto de ebullicin de 780C, mientras que el agua hierve a 100

0C. Si ponemos a

hervir la mezcla, el vapor obtenido inicialmente estar formado (preferentemente) por alcohol. Portanto si lo condensamos obtendremos alcohol (aunque no puro). Este procedimiento recibe el nom-

bre de destilacin.

El vapor es ms rico en el com-ponente que tiene un menor pun-to de ebullicin.

El refrigerante se enfra con agua paraprovocar la condensacin del vapor.

El lquido obtenido es msrico en el componente demenor punto de ebullicin.Si queremos enriquecerloan ms, se puede volver

a destilar

La destilacin sirve para separar lquidos condistinto punto de ebullicin.


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Qu mtodo de separacin debo usar?

No existen recetas, la imaginacin y el ingenio juegan un papel importante en la decisin. Es muyfrecuente que se tengan que combinar varios mtodos, aunque de forma general se puede decir:

La decantacin es apropiada para separar mezclas de lquidos y slidos no solubles, tambinse puede usar para separar lquidos no miscibles (usar embudo de decantacin).

La filtracin se usa para separar lquidos y slidos no solubles (al igual que la decantacin)con un grado de efectividad muy alto.

La destilacin la usaremos para separar mezclas de lquidos con distinto punto de ebullicin.

La cristalizacin es usada para separar slidos disueltos en lquidos.

Un concepto clave: investiga las propiedades de las sustancias disueltas y aprovecha las diferenciaspara efectuar la separacin.

Otra caracterstica de las mezclas es que las sustancias que la componen se pueden mezclaren proporciones arbitrarias, obtenindose mezclas diversas.

Ejemplo.

Se pueden mezclar 100 ml de agua con 100 ml de alcohol, 250 ml de agua con 50 mol de alcohol, 500 ml de agua con 350 nl de alcoho,

Propiedades tales como la densidad, puntos de fusin o ebullicin no tendrn, en conse-cuencia, valores fijos, variando con la composicin de la mezcla.

Esta variacin de algunas propiedades podemos utilizarla para saber si una sustancia dada eso no una mezcla. Por ejemplo un lquido puro sometido a ebullicin debe conservar invariable latemperatura a la que hierve. Sin embargo, si es una mezcla, observaremos que la temperatura deebullicin ir aumentando a medida que el lquido va perdiendo el componente ms voltil (el demenor punto de ebullicin)

Las mezclas se clasifican en:

Mezclas homogneas. Son aquellas en lasque no se pueden distinguir a simple vista suscomponentes.

Mezclas heterogneas. Son aquellas en lasque podemos distinguir a simple vista suscomponentes.

Las disoluciones son un buen ejemplo de mezclashomogneas.

En las disoluciones hay que distinguir el soluto (loque se disuelve) y el disolvente (en lo que se disuel-ve)

Ejemplos:

Disolucin de azcar en agua. Soluto: azcar. Disol-vente: agua

Aire. Es una mezcla de nitrgeno y oxgeno (funda-mentalmente) en la que podemos considerar que eldisolvente es el nitrgeno (el que est en mayor pro-

porcin, 79%) y el soluto el oxgeno (el que est enmenor proporcin, 21%)

Granito, mezcla hete-rognea. A simplevista se pueden dis-tinguir los componen-tes: cuarzo, feldespa-to y mica.

Disolucin de sal comn enagua. Mezcla homognea(disolucin).Es imposibledistinguir la sal disuelta.


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Algunas veces los compuestos se pue-den romper y obtener los elementos quelos forman calentndolos fuertemente.

Por ejemplo, calentando un xido de mercu-rio se desprende un gas: el oxgeno y seobserva que en las partes fras del recipien-

te que contiene el xido aparecen unasgotitas brillantes de mercurio metlico.

NOTA. Para realizar este experimento hayque tomar precauciones. Los vapores demercurio son muy txicos.

Gotas de mercu-rio lquido

O2

xido de mercurio

Una molcula es un conjunto de tomosunidos mediante enlace covalente. Cuandolos tomos enlazados no son iguales te-nemos la molcula de un compuesto.

La molcula es la unidad ms pequea de

los compuestos, ya que si la rompemos ob-tendremos los elementos que la forman, peroya no existir el compuesto.

Las molculas se representan medianteuna frmula qumica que consta de lossmbolos de los elementos que la formanafectados de unos subndices que indican laproporcin en que los tomos estn combina-dos.

Conviene recordar que los compuestos ini-cos no forman molculas, sino grandesagregados de iones o cristales. En estecaso la frmula indica los iones enlazados y laproporcin en que se encuentran.

Las molculas tienen formas distintas: linea-les, triangulares, tetradricas que viene de-terminada por el nmero de tomos o grupos

Molcula de agua.

Frmula: H2 O

Proporcin:

2 tomos de H1 tomo de O

Molcula de trixidode azufre.

Frmula: SO3

Proporcin:

1 tomo de S3 tomos de O

Na Cl

Frmula de un compuesto inico.

Iones que se enlazan: Cl

y Na+

Proporcin:

1 in Cl

1 in Na+

Es importante distinguir entre sustancia simple y compuesto.

Una sustancia simple es la que est formada por un solo tipo de tomos:

Ejemplos : Fe, Na, He, O2 (una molcula de oxgeno).

Un compuesto es una sustancia formada por tomos distintos enlazados.Ejemplos: CO2 , NH3 , CH4 , HNO3.

Las sustancias (tanto simples como compuestas) pueden mezclarse. Muchas veces el con-cepto de mezcla se opone al de sustancia pura o no mezclada.

Puede ocurrir que dos sustancias estn mezcladas, pero una de ellas se encuentre en una propor-cin muy baja. Se dice entonces que la sustancia ms abundante est impurificada o contaminadapor la otra.


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SUSTANCIAS SIMPLES Y COMPUESTAS. MEZCLAS (I)

Las distintas sustancias que forman la MATERIA se pueden clasificar en:

MATERIA es todo lo que tiene masa y volumen. La materia es diversa.Existen diversos materiales o sustancias (aire, plstico, madera...) que sepueden distinguir o identificar mediante propiedades caractersticas oespecficas tales como: densidad, punto de fusin, punto de ebullicin,dureza, conductividad ...

Medianteprocedimientosqumicos se puedendescomponer en lassustancias simples(elementos) queforman el compuesto

Sustancias COMPUESTAS(COMPUESTOS)

Sustancias SIMPLES(ELEMENTOS)

Se representanmediante elsmbolo

NO se puedendescomponer ensustancias ms

simples

Ejemplos:Fe, He, Na, CO2, S8, N2

Sus propiedadescaractersticas:densidad. p. fusin yebullicin... soninvariables y pueden

servir para suidentificacin

Ejemplos:H2O, CO2,H2SO4, NaClCuSO4, HCl

Ejemplo:El H y el O se combinanen proporcin 2:1 paraformar H2O. Esto es, enuna proporcin en pesode 11% de H y 89% de O

Se representanmediante lafrmulacorrespondiente

La proporcin en quese combinan loselementos paraformar el compuestoes fija e invariable

Las propiedades delcompuesto no tienen nada quever con las de los elementosque lo forman. Es una nuevasustancia

Sus propiedadescaractersticas:densidad. p. fusin yebullicin... soninvariables y sirvenpara su identificacin

Las unidadesestructuralesson tomos omolculas contomos iguales

Las unidadesestructurales sonmolculasformadas por launin de tomosdiferentes.Recuerda que enlos compuestosinicos no sepuede hablar demolculas sino demacromolculaso cristales


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SUSTANCIAS SIMPLES Y COMPUESTAS. MEZCLAS (II)

Las sustancias, ya sean simples ocompuestas se pueden MEZCLAR

MezclasHOMOGNEAS(Disoluciones)

MezclasHETEROGNEAS

Los componentes de una mezcla se puedenseparar por procedimientos fsicos: filtracin,cristalizacin, decantacin, destilacin...

Las sustancias mezcladas conservan suspropiedades.Precisamente nos apoyamos en esas diferenciasen las propiedades para separar las sustancias

Sus componentes se pueden distinguir asimple vista .Ejemplo: mezcla de hierro, azufre y arena

En las disoluciones hay que distinguir el soluto (lo que sedisuelve) y el disolvente (en lo que se disuelve)En las disoluciones slido- lquido el soluto es el slido.En las disoluciones lquido-lquido o gas-gas se consideracomo soluto el componente que est en menor proporcin.Ejemplo: el aire es una mezcla (disolucin) gas-gas en laque el O2 puede ser considerado como el soluto (21%) y elN2 (79%) el disolvente

Sus componentes no se pueden distinguir a simple vista.Ejemplo: disolucin de sulfato de cobre (II) en agua, aire...

La proporcin en que se pueden mezclar lassustancias no es fija. Pueden obtenerse mezclascon proporciones distintas.

Propiedades tales como densidad, puntos defusin o ebullicin , no tienen valores fijos,variando con la composicin de la mezcla

Esta variacin de algunas propiedades puedeservirnos para identificarr una mezcla:Ejemplo: Un lquido sometido a ebullicin debeconservar invariable la temperatura a la quehierve. Sin embargo, si es una mezcla, latemperatbura de ebullicin ir variando a medidaque se evapore uno de los componentes, ya queentonces, variar la composicin de la mezcla.


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Una disolucin es una mezcla homognea (los componentes no se pueden distinguir a simple vista)de dos a ms sustancias.

En las disoluciones hay que distinguir el soluto, el disolvente y la propia disolucin

Soluto, es la sustancia que se disuelve.

Disolvente, es la sustancia en la que se disuelve el soluto.

Disolucin, es el conjunto formado por el soluto y el disolvente

En aquellos casos en los que pueda existir duda sobre quin es el soluto y quin el disolvente se con-sidera disolvente al componente que est en mayor proporcin y soluto al que se encuentra en menorproporcin.

DISOLUCIONES

Hay muchos tipos de disoluciones. Se mencionan a continuacin las ms importantes:

Disoluciones slido - lquido. Ejemplo: azcar y agua. El soluto es el slido y el disolvente el l quido.

Disoluciones lquido lquido. Ejemplo: alcohol y agua. Si preparamos una disolucin mezclando250 cm

3de alcohol y 500 cm

3de agua, el soluto ser el alcohol y el disolvente el agua.

Disoluciones lquido- gas. Ejemplo: oxgeno y agua. El soluto es el gas, el disolvente el lquido.

Disoluciones gas gas. Ejemplo: el aire. Se considera soluto el oxgeno (21%) y disolvente el nitr-geno (79%) (se considera que el aire est formado slo por oxgeno y nitrgeno).

Cunto soluto se puede disolver en una cantidad dada de disolvente?

Podemos contestar que una cantidad mxima. Si vamos aadiendo soluto (p.e. azcar) poco a poco,observamos que al principio se disuelve sin dificultad, pero si seguimos aadiendo llega un momentoen que el disolvente no es capaz de disolver ms soluto y ste permanece en estado slido, posa n-do en el fondo del recipiente.

La cantidad mxima de soluto que se puede disolver recibe el nombre de solubilidad y depende devarios factores:

De quin sea el soluto y el disolvente. Hay sustancia que se disuelven mejor en unos disolven-

tes que en otros. De la temperatura. Normalmente la solubilidad de una sustancia aumenta con la temperatura.

Slido (NaCl)DisolucinLquido (H2O)

Cuando un slido se disuelve en un lquido las partculas

que lo forman quedan libres y se reparten entre las mol-culas del lquido que .se sitan a su alrededor.


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Ejemplo 1.

Indica los pasos a seguir para preparar 150 cm3

de disolucin de sal comn de concentracin 15 g/l.

Solucin:

Segn la definicin de concentracin en gramos litro dada ms arriba, la disolucin a preparar con-tendr 15 g de sal comn en 1 litro de disolucin.

Calculo la cantidad de sal que contendrn los 150 cm3

de disolucin:

Para preparar la disolucin sigo los siguientes pasos:

1. Peso en balanza 2,25 g de sal.

2. En un vaso echo una cantidad de agua inferior a 150 cm3. Por ejemplo 125 cm

3. Disuelvo la

sal en el agua. Al final del proceso observo que el volumen ya no es 125 cm3, sino algo

ms, debido a la presencia del soluto disuelto.

3. Completo con agua hasta los 150 cm3.

Como las disoluciones se pueden preparar mezclando cantidades variables de soluto y disolvente, sehace necesario establecer una forma para poder indicar estas cantidades, lo que se conoce con elnombre de concentracin de la disolucin.

Una manera (muy poco precisa) de indicar la concentracin de una disolucin es con las palabras:diluida, concentrada y saturada.

Disolucin diluida: aquella que contiene una cantidad pequea de soluto disuelto.

Disolucin concentrada: si tiene una cantidad considerable de soluto disuelto.

Disolucin saturada: la que no admite ms soluto (ver ms arriba).

Es fcil entender que expresar la concentracin de una disolucin usando los trminos diluida, concen-trada o saturada es muy impreciso, por eso se hace necesario dar un valor numrico.

Una forma muy usada de expresar la concentracin de una disoluciones en g/L :

Observa que en la definicin se dice litro de disolucin (conjunto de disolvente y soluto) no de disol-vente.

gramos de solutoConcentracin en g / l (c)

litro de disolucin

3150 cm disolucin3

15 g sal

1000 cm disolucin2,25 g de sal

1. Pesar el soluto 2. Disolver en un volumende disolvente menor queel de la disolucin que hayque preparar.

3. Completar conms disolvente has-ta el volumen dedisolucin pedido.

2,25 g sal

2,25 g sal

125 cm agua

150cm3 disolucin


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Ejemplo 2.

Disponemos de 500 cm3

de una disolucin de azcar en agua cuya concentracin es de 20 g/l. Si queremostener 7 g de azcar qu volumen de disolucin deberemos tomar?

Solucin:

Aprovechamos el dato de concentracin para calcular la cantidad de soluto solicitada:

Ejemplo 3

Preparamos una disolucin de bicarbonato en agua, tal que su concentracin sea de 25 g/l. Si tomamos 125cm

3de esta disolucin qu cantidad de bicarbonato estaremos tomando?

Ejemplo 4

Se desean preparar 250 cm3de una disolucin de cloruro potsico en agua, cuya concentracin sea

0,30 M. Realizar los clculos necesarios e indicar cmo se procedera.

Solucin:

Una disolucin 0,30 M es la que contiene 0,30 moles de soluto por litro de disolucin. Calculamospor tanto la cantidad de soluto necesario:

Disolveramos 5,6 g de KCl en 200 cm3

de agua. Una vez disuelto lo trasvasamos a un matraz afo-rado de 250 cm3 y completamos, enrasando con cuidado, hasta 250 cm3.

Ejemplo 5

Para cierta reaccin qumica necesitamos tomar 5,4 g de sulfato de cobre (II) y se dispone de unadisolucin de dicha sal de concentracin 1,50 M. Calcular el volumen de disolucin que sera nece-sario tomar.

Solucin:

7 g azcar 1 litro dislocin20 g azcar

30,35 l disolucin 350 cm disolucin

3125 cm disolucin3

25 g bicarbonato

1000 cm disolucin3,13 g bicarbonato

Otra forma de expresar la concentracin, quizs la ms caracterstica, sea la molaridad.

Se define molaridad (M) como moles de soluto por litro de disolucin.

moles de solutoMolaridad (M)

litro de disolucin

3250 cm disolucin0,30 moles KC

3

l

1000 cm diso

74,6 g KCl

1 mol KCl.5,6 g KCl

l

45,4 g CuSO41 moles CuSO

4159,6 g CuSO

3

4

1000 cm disol.

1,50 mol CuSO

322,6 cm disolucin

Factor que convierte cm3

dedisolucin en moles de soluto

Factor que conviertemoles en gramos.

Factor que conviertegramos en moles.

Factor que convierte moles desoluto en cm3 de disolucin.


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4

Normalmente esta forma de expresar la concentracin viene complementada por el dato de la densidad dela disolucin que permite transformar gramos de disolucin en cm

3.

Ejemplo 6.

Se dispone de una disolucin de cido clorhdrico de concentracin 35 % (d= 1,18 g/cm3).

a) Determinar el volumen de la misma que se debe tomar si se desea que contenga 10,5 g de HClb) Calcular su concentracin en moles/L.

Solucin:

a)

b)

Ejemplo 7

Se dispone de cido ntrico del 70% (d = 1,41 g/L) y se desea preparar 250 cm3

de una disolucin2,5 M. Indicar cmo se procedera.

Solucin:

Primero calculamos la cantidad de soluto (HNO3) necesario para preparar 250 cm3

de disolucin deconcentracin 2,5 M:

Calculamos ahora el volumen de cido del 70% que contenga esa cantidad de HNO3

Para preparar la disolucin deberemos medir 39,9 cm3 de cido del 70 %, echar agua (unos 150cm3) en un matraz aforado de 250 cm3 y verter el cido sobre el agua. A continuacin aadir msagua con cuidado hasta completar los 250 cm

3.

Aunque la molaridad sea la forma ms comn de expresar la concentracin de una disolucin en qumi-ca, se usa bastante el tanto por ciento en peso.

Se define el tanto por ciento en peso como los gramos de soluto que hay por 100 g de disolucin.

g solutoTanto por ciento en peso (%)

100 g disolucin

Factor que convierte gramos desoluto en gramos de disolucin.

El dato de densidad permite transfor-mar gramos de disolucin en cm

3.

10,5 g HCl

100 g disol.

35,0 gHC

31cm disol

l 1,18 g diso

3

25,4 cm disolucinl

Factor que convierte gramos desoluto en moles.

El dato de densidad permite transfor-mar gramos de disolucin en cm

3.

35,0 g HCl

100 g diso

1,18 g diso

l 3

l

1 cm diso

1mol HCl

36,5 g HCll

31000 cm disol moles HCl11,32 11,32 M

1L disol L

3250 cm disol 33

2,5 moles HNO.

1000 cm disol30,625 moles HNO

.

30,625 moles HNO3

3

63,0 g HNO

1 mol HNO339, 4 g HNO

339,4 gHNO100 g cido

370gHNO

31cm cido.

1, 41 g cido

339,9 cm cido


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CONCEPTOS BSICOSDE QUMICA

Los tomos de distintos elementos pueden unirsemediante un enlace (inico o covalente) formandoun compuesto.

Cuando se forma un compuesto se obtieneuna nueva sustancia, cuyas propiedades notienen nada que ver con las de los elementosque lo forman.

Cuando dos (o ms) elementos se combinanpara formar un compuesto lo hacen siempreen la misma proporcin.

Una vez formado el compuesto no es fcil volver

a obtener los elementos que lo integran. Algu-nas veces slo podemos lograr una recupera-cin parcial (de alguno de los elementos) y hayque usar procedimientos muy distintos a losusados para separar las mezclas (decantacin,filtracin, destilacin) que en muchas ocasio-nes implican el aporte de una cantidad conside-rable de energa.

Una molcula es un conjunto de tomosunidos mediante enlace covalente. Cuandolos tomos enlazados no son iguales te-nemos la molcula de un compuesto.

La molcula es la unidad ms pequea delos compuestos, ya que si la rompemos ob-tendremos los elementos que la forman, peroya no existir el compuesto.

Las molculas se representan medianteuna frmula qumica que consta de lossmbolos de los elementos que la formanafectados de unos subndices que indican la

proporcin en que los tomos estn combina-dos.

Conviene recordar que los compuestos ini-cos no forman molculas, sino grandesagregados de iones o cristales. En estecaso la frmula indica los iones enlazados y laproporcin en que se encuentran.

Las molculas tienen formas distintas: linea-les, triangulares, tetradricas que viene de-terminada por el nmero de tomos o grupos

Molcula de agua.

Frmula: H2 O

Proporcin:

2 tomos de H1 tomo de O

Molcula de trixidode azufre.

Frmula: SO3

Proporcin:

1 tomo de S3 tomos de O

Na Cl

Frmula de un compuesto inico.

Iones que se enlazan: Cl y Na+

Proporcin:

1 in Cl

1 in Na+

Algunas veces los compuestos se pue-den romper y obtener los elementos quelos forman calentndolos fuertemente.

Por ejemplo, calentando un xido de mercu-rio se desprende un gas: el oxgeno y seobserva que en las partes fras del recipien-te que contiene el xido aparecen unasgotitas brillantes de mercurio metlico.

NOTA. Para realizar este experimento hayque tomar precauciones. Los vapores demercurio son muy txicos.

La electrolisis utiliza la corriente elctricapara romper los compuestos y obtener loselementos que los integran.

De esta manera se puede descomponerel agua en sus elementos: hidrgeno yoxgeno.


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Los tomos son extraordinariamente pequeos y su masa, en consecuencia, pequesima, tanto que siusamos como unidad para medirla las unidades de masa a las que estamos acostumbrados (kg),obtendramos valores muy pequeos, difcilmente manejables. Por ejemplo, el tomo de hidrgenotiene una masa de 1, 66 . 10

27 kg y el de carbono 2,00 . 10 26 kg.

Por esta razn para medir la masa de los tomos se adopta una nueva unidad: la unidad de masa

atmica (u.m.a). La u.m.a se define de la siguiente manera:Consideremos un tomo del istopo ms abundante de C, el

12C, lo dividimos en doce partes iguales y

tomamos una de ellas. La masa de esta parte sera la unidad de masa atmica (u. m .a)

Considerando esta nueva unidad el12

C tiene una masa de 12 u.

A la hora de calcular la masa de un elemento hay que tener en cuenta que no todos los tomos soniguales, ya que pueden existir varios istopos. La masa se obtiene como masa ponderada de todos susistopos. Por eso las masas que se pueden leer en las tablas no son enteras.

Para obtener la masa de una molcula sumamos las de los tomos que la integran.

1/12 parte del tomo de12

C.Su masa en kg es 1, 66. 10

27kg

1 unidad de masa atmica

Teniendo en cuenta lo anterior podramos preguntarnos:

Cuntos tomos de 12 C sera necesario reunir para tener una masa manejable en el laboratorio, por

ejemplo, 12 g (valor de la masa atmica expresada en gramos)?12

12 23 12

27

1u 1tomo de C0,012 kg de C 6,02.10 tomos de C

12 u1,66.10 kg

Otros ejemplos

Elemento/compuesto

Masa (uma) masa en kgUnidades elementales que hay en una cantidad igual a su

masa atmica o molecular expresada en gramos

H 1,00 1, 66 . 10 27

1,00 g de H contiene 6.02.10 23 tomos

N 14,00 2, 32 . 10 26

14,00 g de N contienen 6.02.10 23 tomos

CO2 44,00 7,30 . 10 26

44,00 g de CO2 contienen 6.02.1023

molculas de CO2

Cl2 70,90 1,18 . 10 25

70,90 g de Cl2 contienen 6.02.1023

molculas de Cl2

H2O 18,00 2,99 . 10 26

18,00 g de H2O contienen 6.02.1023

molculas de H2O

H2SO4 98,00 1,62. 10 25 98,00 g de H2SO4 contienen 6.02.10

23molculas de H2SO4

El nmero 6,02. 10 23 es muy importante en qumica.

Recibe el nombre de Nmero o Constante de Avogadro (NA)

Es el nmero de tomos de C que hay que reunir para que su masa sea igual a 12 g (el valor de lamasa atmica en gramos).Por tanto:

Masa de 1 tomo de C: 12,0 uMasa de 6,02.1023 tomos de C: 12,0 g


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Comparemos ahora las masas de un tomo de C y uno de H:

Masa de 1 tomo de C : 12 uMasa de 1 tomo de H: 1 u

Observa que un tomo de H tiene una masa 12 veces inferior a uno de C.

Si ahora tomamos 6,02.1023tomos de C y el mismo nmero de tomos de H, resultar que stos

tendrn una masa 12 veces menor:

Masa de 6,02.1023 tomos de C: 12,0 g

Masa de 6,02.1023 tomos de H: 1,0 g

Si repetimos este razonamiento para otros tomos llegaramos a idnticas conclusiones:

Masa de 6,02.1023 tomos de O: 16,0 g

Masa de 6,02.1023 tomos de N: 14,0 g

Masa de 6,02.1023 tomos de S: 32,0 g

Masa de 6,02.1023 tomos de Cl: 35,5 g

Observa que si se toma una cantidad de carbono, tal que contenga 6,02.1023 tomos, y la pesamos,su masa ser 12,0 g.

Invirtiendo el razonamiento: si pesamos 12,0 g de carbono, podemos asegurar que en esa canti-dad habr 6,02.10 23 tomos de C.

As:

1mol de (tomos) decarbono

es la cantidadde carbono su masa es 12,00 g

1mol de (molculas)de agua

1mol de (tomos) dehierro

1mol de (molculas)

de amoniaco

es la cantidadde agua

es la cantidad

de amoniaco

es la cantidadde hierro

que contiene 6,02.10 23molculas de agua

que contiene 6,02.10 23tomos de carbono

que contiene 6,02.10 23tomos de hierro

que contiene 6,02.10 23

molculas de amoniaco

su masa es 18,00 g

su masa es 17,00 g

su masa es 63,54 g

Se define el mol como la cantidad de sustancia que contiene 6,02.10 23 unidades elementa-les. Cuando se usa el mol las unidades elementales deben ser especificadas, pudiendo ser to-mos, molculas, iones

El mol es la unidad de cantidad de materia del Sistema Internacional de Unidades (S.I.)

El concepto de mol permite relacionar la masa o el volumen de una sustancia (medida en gramos ocm

3) con el nmero de entidades elementales que la forman (tomos, molculas, iones) Podemos

contar entidades elementales determinando la masa o midiendo volmenes:

230,0 g CO21 mol CO

244,0 g CO

232

2

6,02.10 molculas CO

1 mol CO

23

24,10.10 molculas CO

Si, por ejemplo, queremos coger el doble de molculas de H2 que de O2 para que reaccionen, debere-mos coger el doble de moles. Por ejemplo, deberamos tomar:

2 molH 22

2

2,0 g H

1 mol H24,0 g H

1 mol O 22

2

32,0 g O

1 mol O232,0 g O


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Determinacin de la frmula de un compuesto conocida su composicin centesimal

Calculamos a continuacin los moles de cada elemento contenidos en 100 g de compuesto:

Luego los tomos contenidos en 100,0 g de compuesto estarn en esa relacin. Si tomamos el mspequeo de los valores como unidad, podemos determinar en qu relacin estn combinados. Paralograrlo dividimos todos los valores por el menor y aproximamos al valor entero:

El conocimiento de la masa molecular del compuesto permite establecer cul es la frmulamolecular. Efectivamente. La masa molecular de CH3 es: 15,0 g/mol. Si nos dicen que la masa mo-lecular aproximada es 29, 5 g/mol, deducimos que n =2. Por tanto, la frmula molecular del com-puesto ser : C2H6.

Una vez determinada la frmula molecular se puede establecer su masa atmica exacta sumandolas masas atmicas de los tomos que la integran.

NOTA.

Puede ocurrir que tras la divisin por el menor nmero nos de nmeros tales como:

Elemento A : 1,00

Elemento B : 1,45

Elemento C : 2,95

Es decir, que uno de los nmeros est prximo a 0,50, 1,50, 2,50En este caso para obtener sub-ndices enteros, multiplicar por 2 todos los nmeros obtenidos:

Elemento A : 1,00 2

Elemento B : 1,45 2,90 3

Elemento C : 2,95 5,80 6

Stanislao CannizzaroPalermo. Sicilia.

(1826 1910)

Ejemplo 3.

Se analiza un compuesto de C e H obtenindose un 80,0 % de C yun 20,0 % de hidrgeno.

La determinacin aproximada de su masa molecular dio un valor de

29, 5 g/mol.

Determinar la frmula de la sustancia.

Solucin:

El mtodo propuesto por Cannizzaro permite averiguar la frmulaprobable de la sustancia (tambin llamada frmula emprica). Siadems se conoce la masa molecular (aunque sea aproximada) sepuede determinar la frmula verdaderao molecular.

Partimos del significado de la composicin centesimal.

Que el compuesto tenga un 80 % de C y un 20% de H, significa que

si tomamos 100,0 g de compuesto 80,0 g sern de C y 20,0 g de H.

80,0 gC1mol tomos C

12,0 g C6,67 mol tomos C

20,0 gH1mol tomos H

1,0 g H20,0 mol tomos H

6,67C : 1 16,67

20,0H : 2,9 3

6,67

Por tanto una frmula posible para la molcula ser CH3 , pero hay quetener en cuenta que en las siguientes molculas: C2 H6 C3H9 y C4 H12tambin los tomos estn combinados en proporcin 1 : 3 . Es decir, sino conocemos ms datos slo podemos afirmar que la frmula proba-ble o emprica del compuesto ser (CH3) n

Frmula emprica: (A2B3C6)n


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1

El tomo

Demcrito(460-370 aJC)

Aristteles(384-322 aJC)

En la antigua Grecia dos concepciones compitieron por dar unainterpretacin racional a cmo estaba formada la materia.

Demcrito consideraba que la materia estaba formada por pe-queas partculas indivisibles, llamadas tomos. Entre los tomoshabra vaco.

Aristteles era partidario de la teora de los cuatro elementos,segn la cual toda la materia estara formada por la combinacinde cuatro elementos: aire, agua, tierra y fuego.

La teora de los cuatro elementos fue la aceptada durante muchos siglos. Siguiendola teora aristotlica los alquimistas (que estn considerados como los primerosqumicos) intentaban obtener la Piedra Filosofal que les permitira transmutar los me-tales en oro, curar cualquier enfermedad y evitar, incluso, la vejez y la muerte.

Su incesante trabajo en el laboratorio dio como fruto la invencin o perfeccionamientode muchos procedimientos an hoy usados en los laboratorios (entre ellos la destila-cin), la sntesis de numerosos compuestos (como el cido clorhdrico, sulfrico ontrico), el descubrimiento de tcnicas metalrgicas, la produccin de tintes, pinturaso cosmticos etc.

En 1808 John Dalton recupera la teora atmica de Demcrito y con-sidera que los tomos (partculas indivisibles) eran los constituyentesltimos de la materia que se combinaban para formar los compuestos.

En 1897 los experimentos realizados sobre la conduccin de laelectricidad por los gases dieron como resultado el descubri-miento de una nueva partcula con carga negativa: el electrn.

Los rayos catdicos, estaban formados por electrones quesaltan de los tomos del gas que llena el tubo cuando es so-metido a descargas elctricas. Los tomos, por tanto, noeran indivisibles.

J.J Thomson propone entonces el primer modelo de tomo:

Los electrones (pequeas partculas con carga negativa)se encontraban incrustados en una nube de carga posi-tiva. La carga positiva de la nube compensaba exacta-mente la negativa de los electrones siendo el tomoelctricamente neutro.

John Dalton(1766-1844)

J. J. Thomson(1856-1940)

Primer modelo de tomo compuesto (Thomson, 1897)

Los electrones, diminutas partculas con carga elctrica negativa,estn incrustadas en una nube de carga positiva de forma similara las pasas en un pastel.


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3

Ncleo del tomo Dimensiones muy reducidas comparadas con el tamao del tomo En el ncleo radica la masa del tomo Partculas: protones y neutrones (nucleones). El nmero total de nucleones viene

dado por el nmero msico, A.

Los nucleones estn unidos muy fuertemente por la llamada fuerza nuclear fue r-te El nmero de protones del ncleo es lo que distingue a un elemento de

otro. El nmero atmico, Z, nos da el nmero de protones del tomo y el nmero de

la casilla que ste ocupa en el S.P

EL TOMO . Conceptos fundamentales

Corteza del tomo Los electrones orbitan en torno al ncleo. Los electrones (carga - ) son atrados por el ncleo

(carga + ).

El nmero de electrones coincide con el de pro-tones, por eso los tomos, en conjunto, no tie-nen carga elctrica.

Los tomos de elementos distintos se diferencian en que tiene distinto nmero deprotones en el ncleo (distinto Z).

Los tomos de un mismo elemento no son exactamente iguales, aunque todos

poseen el mismo nmero de protones en el ncleo (igual Z), pueden tener distintonmero de neutrones (distinto A).

El nmero de neutrones de un tomo se calcula as: n = A - Z Los tomos de un mismo elemento (igual Z) que difieren en el nmero de neutro-

nes (distinto A), se denominan istopos. Todos los istopos tienen las mismas propiedades qumicas, solamente se dife-

rencian en que unos son un poco ms pesados que otros.Muchos istopos pue-den desintegrarse espontneamente emitiendo energa. Son los llamados isto-pos radioactivos

CARACTERSTICAS DE LAS PARTCULAS ATMICAS

Protn: m p = 1, 67. 1027 kg = 1,007 u ; q p = + 1, 60 . 10

19 CNeutrn: m n = 1, 68. 10

27 kg = 1,009 u ; q n = 0Electrn: m e = 9,11. 10

31 kg = 0,0005 u ; q e = 1, 60 . 10 19 C

Observa que m p 2. 000 m em p m nq p = q e (aunque con signo contrario)

NOMENCLATURA DE LOS TOMOS (ISTOPOS)

x

A

Z Smbolo del tomo

n msico

n atmico (se puede suprimir)

Ejemplos:4 He : Helio- 414

C : Carbono- 14235 U : Uranio- 235


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4

EL TOMO . Formacin de iones

Si se comunica energa a un electrn puede saltar del

tomo venciendo la fuerza de atraccin que lo une alncleo. Esto es tanto ms fcil cuanto ms alejado seencuentre del ncleo.Al quitar un electrn el tomo queda con carga (+), yaque ahora hay un protn ms en el ncleo que electronesen la corteza. El tomo ya no es elctricamente neutro,tiene carga. Es un in. A los iones positivos se les de-nomina cationes

En determinadas condiciones un tomo puede captar un electrn.Sucede, entonces, que al haber un electrn de ms el tomo quedacargado negativamente. Es un in negativo o anin

El proceso de obtener iones con carga (+) o catio-nes no puede hacerse aadiendo protones en elncleo. Los nucleones estn muy firmemente uni-dos y el proceso de arrancar o introducir uno en elncleo implica poner en juego una cantidad enor-me de energa (reaccin nuclear)

H

Si al istopo ms abundante del hidrgeno se le arranca su nicoelectrn lo que queda es un protn:

H e H +

De aqu que una de las formas de referirnos al protn sea como H +

H +

Nomenclatura de iones

XnSmbolo

tomo Cargadel in

EjemplosLi +O-2Al +3

Cl Fe +2

Si al tomo de He se le arrancan sus dos electronesobtenemos el ncleo de He con carga + 2. Es lo quese llama una partcula

He 2 e He + 2

He + 2

He


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EL TOMO . Esctructura de la corteza

Los electrones del tomo se distribuyen en rbitas o capas alrededor del ncleo. Las distintas rbitas se identifican por un nmero entero, n, llamado nmero cunti-

co principal. As para la primera capa (la ms prxima al ncleo n = 1; para la se-gunda n = 2; para la tercera n = 3...

El nmero de capas u rbitas que posee un elemento viene dado por el nmero delperiodo en que est situado en la tabla peridica Para distribuir los electrones en las capas se deben tener en cuenta unas reglas ob-

tenidas de la experimentacin:1. Las capas se van llenando por orden: primero se llena la de n = 1, a con-

tinuacin n= 2, despus n = 3 ...2. No se puede empezar a llenar un nivel superior si an no est lleno el in-

ferior.3. El nmero mximo de electrones que se puede alojar en cada capa es:

n n mx electrones

1 2

2 83 18

4 32

Primera capa (n = 1).N mximo de electrones= 2

Segunda capa (n = 2).N mximo de electrones= 8

Tercera capa n = 3.Solamente tiene unelectrn, an podra

alojar otros 17.

La ltima capa, o capa ms externa, recibe elnombre de capa de valencia y los electronessituados en ella electrones de valencia.En este tomo la capa de valencia es la tercera ytiene un solo electrn de valencia


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6

EL TOMO . Configuracin electrnica

Los electrones se distribuyen en las capas ocupando los distintosniveles que en ellas existen

CAPA NIVELES1 s

2 s, p3 s, p, d4 s, p, d, f5 s, p, d, f6 s, p, d, f7 s, p, d, f

Cada nivel puede alojar un nmero mximo de electrones NIVELES N Maxs 2p 6d 10

f 14

Los niveles se van llenando por orden y hasta que un nivel no est totalmente lleno nose pasa a llenar el siguiente

El orden de llenado de los niveles se obtiene a partir del diagramade Meller:

1s

2s 2p

3s 3p 3d

4s 4p 4d 4f

5s 5p 5d 5f

6s 6p 6d 6f

7s 7p

Para obtener la configuracin electrnica de un tomo:

1. Considera el nmero de electrones que debes distribuir. Recuerda que elnmero de electrones en un tomo neutro viene dado por el nmero atmico Z.

2. Vete colocando los electrones por orden en los niveles de cada capa. Cuandoun nivel se complete, pasa al siguiente (aydate del diagrama de Meller)

3. Cuando hayas colocado todos los electrones habrs terminado.4. Ordena por capas la configuracin obtenida.

EjemplosLi Z = 3 1s2 2s 1

N Z = 7 1s2 2s 2p3

Mg Z = 12 1s2 2s2 p6 3s2Si Z = 14 1s2 2s2 p6 3s2 p2S Z = 16 1s2 2s2 p6 3s2 p4

Ar Z = 18 1s2

2s2

p6

3s2

p6

Ti Z = 22 1s2 2s2 p6 3s2 p6 4s2 3 d2 = 1s2 2s2 p6 3s2 p6 d24s2Ga Z = 31 1s2 2s2 p6 3s2 p6 4s2 3 d10 4 p1 = 1s2 2s2 p6 3s2 p6 d10 4s2 4 p1Br Z = 35 1s2 2s2 p6 3s2 p6 4s2 3 d10 4 p5 = 1s2 2s2 p6 3s2 p6 d10 4s2 4 p5


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EL TOMO . Masa de los tomos

Los tomos son extraordinariamente pequeos y su masa, en consecuencia, pequesima, tanto quesi usamos como unidad para medirla las unidades de masa a las que estamos acostumbrados (kg),obtendramos valores muy pequeos, difcilmente manejables. Por ejemplo, el tomo de hidrgenotiene una masa de 1, 66 . 10 27 kg y el de carbono 2,00 . 10 26 kg.

Por esta razn para medir la masa de los tomos se adopta una nueva unidad: la unidad de masaatmica (u.m.a). La u.m.a se define de la siguiente manera:

Considera que coges un tomo del istopo ms abundante de C, el 12 C, lo divides en doce partesiguales y tomas una de ellas. La masa de esta parte sera la unidad de masa atmica (u. m .a)Considerando esta nueva unidad el 12 C tiene una masa de 12 u.

A la hora de calcular la masa de un elemento hay que tener en cuenta que no todos los tomos soniguales, ya que pueden existir varios istopos. La masa se obtiene como masa ponderada de todossus istopos. Por eso las masas que puedes leer en las tablas no son enteras.

1/12 parte del tomo de 12 C.Su masa en kg es 1, 66. 10 27 kg



Cuntos tomos de 12 C sera necesario reunir para tener una masa manejable en el laboratorio, porejemplo, 12 g (valor de la masa atmica expresada en gramos)?

Cdetomos10.02,6u12

Cdetomo1

kg10.66,1

u1Cdekg012,0 1223

12

27

12

Otros ejemplos

Elemento masa en u. m.a masa en kgtomos que hay en una cantidad igual a su masa

atmica expresada en gramosH 1,00 1, 66 . 10 27 1,00 g de H contiene 6.02.10 23 tomos

N 14,00 2, 32 . 10 26 14,00 g de N contienen 6.02.10 23 tomos

O 16,00 2, 66 . 10 26 16,00 g de O contienen 6.02.10 23 tomos

Cl 35,45 5,89 . 10 26 35,45 g de Cl contienen 6.02.10 23 tomos

Fe 55,85 9,26 . 10 26 55,85 g deFe contienen 6.02.10 23 tomos

Pb 207,19 3,44. 10 25

207,19 g de Pb contienen 6.02.1023

tomos


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EL TOMO . Formacin de iones

Si se comunica energa a un electrn puede saltar deltomo venciendo la fuerza de atraccin que lo une alncleo. Esto es tanto ms fcil cuanto ms alejado seencuentre del ncleo.Al quitar un electrn el tomo queda con carga (+), yaque ahora hay un protn ms en el ncleo que electronesen la corteza. El tomo ya no es elctricamente neutro,tiene carga. Es un in. A los iones positivos se les de-nomina cationes

En determinadas condiciones un tomo puede captar un electrn.Sucede, entonces, que al haber un electrn de ms el tomo quedacargado negativamente. Es un in negativo o anin

El proceso de obtener iones con carga (+) o catio-nes no puede hacerse aadiendo protones en elncleo. Los nucleones estn muy firmemente uni-dos y el proceso de arrancar o introducir uno en elncleo implica poner en juego una cantidad enor-me de energa (reaccin nuclear)

H

Si al istopo ms abundante del hidrgeno se le arranca su nicoelectrn lo que queda es un protn:

H e H +

De aqu que una de las formas de referirnos al protn sea como H +

H +

Nomenclatura de iones

XnSmbolo

tomo Cargadel in

EjemplosLi +O-2Al +3

Cl Fe +2

Si al tomo de He se le arrancan sus dos electronesobtenemos el ncleo de He con carga + 2. Es lo quese llama una partcula

He 2 e He + 2

He + 2

He


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EL TOMO . Esctructura de la corteza

Los electrones se distribuyen en las capas ocupando los distintos niveles (s,p,d,f) que en ellas existen, teniendoen cuenta que cada nivel puede alojar un nmero mximo de electrones:

CAPA NIVELES1 s

2 s, p3 s, p, d4 s, p, d, f5 s, p, d, f6 s, p, d, f7 s, p, d, f

NIVELES N Maxs 2

p 6d 10f 14

Los niveles se van llenando por orden y hasta que un nivel no est totalmente lleno no se pasa a llenar el si-guiente. El orden de llenado viene dado por el diagrama de Meller

1s

2s 2p

3s 3p 3d

4s 4p 4d 4f

5s 5p 5d 5f

6s 6p 6d 6f

7s 7p

Los electrones del tomo se distribuyen en rbitas o capas alrededor del ncleo.

Las distintas rbitas se identifican por un nmero entero, n, llamado nmero cuntico principal. Aspara la primera capa (la ms prxima al ncleo n = 1; para la segunda n = 2; para la tercera n = 3...

El nmero de capas u rbitas que posee un elemento viene dado por el nmero del periodo en queest situado en la tabla peridica.

La ltima capa, o capa ms externa, recibe el nombre de capa de valencia y los electrones situadosen ella electrones de valencia.

Para obtener la configuracin electrnica de un tomo:

1. Considera el nmero de electrones que debes distribuir. Recuerda que el nmero de electronesen un tomo neutro viene dado por el nmero atmico Z.

2. Vete colocando los electrones por orden en los niveles de cada capa. Cuando un nivel se comple-te, pasa al siguiente (aydate del diagrama de Meller)

3. Cuando hayas colocado todos los electrones habrs terminado.4. Ordena por capas la configuracin obtenida.

EjemplosS Z = 16 1s2 2s2 p6 3s2 p4Ar Z = 18 1s2 2s2 p6 3s2 p6Ti Z = 22 1s2 2s2 p6 3s2 p6 4s2 3 d2 = 1s2 2s2 p6 3s2 p6 d24s2

Ga Z = 31 1s2 2s2 p6 3s2 p6 4s2 3 d10 4 p1 = 1s2 2s2 p6 3s2 p6 d10 4s2 4 p1Br Z = 35 1s2 2s2 p6 3s2 p6 4s2 3 d10 4 p5 = 1s2 2s2 p6 3s2 p6 d10 4s2 4 p5Ag Z = 47 1s2 2s2 p6 3s2 p6 4s2 3 d10 4 p6 5s2 4 d9 = 1s2 2s2 p6 3s2 p6 d10 4s2 p6 d9 5s2


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EL TOMO . Masa de los tomos

Los tomos son extraordinariamente pequeos y su masa, en consecuencia, pequesima, tanto quesi usamos como unidad para medirla las unidades de masa a las que estamos acostumbrados (kg),obtendramos valores muy pequeos, difcilmente manejables. Por ejemplo, el tomo de hidrgenotiene una masa de 1, 66 . 10 27 kg y el de carbono 2,00 . 10 26 kg.

Por esta razn para medir la masa de los tomos se adopta una nueva unidad: la unidad de masaatmica (u.m.a). La u.m.a se define de la siguiente manera:

Considera que coges un tomo del istopo ms abundante de C, el 12 C, lo divides en doce partesiguales y tomas una de ellas. La masa de esta parte sera la unidad de masa atmica (u. m .a)Considerando esta nueva unidad el 12 C tiene una masa de 12 u.

A la hora de calcular la masa de un elemento hay que tener en cuenta que no todos los tomos soniguales, ya que pueden existir varios istopos. La masa se obtiene como masa ponderada de todossus istopos. Por eso las masas que puedes leer en las tablas no son enteras.

1/12 parte del tomo de 12 C.Su masa en kg es 1, 66. 10 27 kg



Cuntos tomos de 12 C sera necesario reunir para tener una masa manejable en el laboratorio, porejemplo, 12 g (valor de la masa atmica expresada en gramos)?

Cdetomos10.02,6u12

Cdetomo1

kg10.66,1

u1Cdekg012,0 1223

12

27

12

Otros ejemplos

Elemento masa en u. m.a masa en kgtomos que hay en una cantidad igual a su masa

atmica expresada en gramosH 1,00 1, 66 . 10 27 1,00 g de H contiene 6.02.10 23 tomos

N 14,00 2, 32 . 10 26 14,00 g de N contienen 6.02.10 23 tomos

O 16,00 2, 66 . 10 26 16,00 g de O contienen 6.02.10 23 tomos

Cl 35,45 5,89 . 10 26 35,45 g de Cl contienen 6.02.10 23 tomos

Fe 55,85 9,26 . 10 26 55,85 g deFe contienen 6.02.10 23 tomos

Pb 207,19 3,44. 10 25

207,19 g de Pb contienen 6.02.1023

tomos

La masa atmica de los elementos que aparece

en las tablas es la masa atmica ponderada desus istopos.

Ejemplo.

El cloro se encuentra en la naturaleza como75,53% de 35Cl (34,97 uma) y 24,47 % de 37Cl(36,97 uma).

La masa atmica del cloro ser, por tanto:(0,7553 x 34,97) + (0,2447 x 36,97) = 35,46 uma


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1

SISTEMA PERIDICO

He

Li Be B C N O F Ne

LaAc

Gases nobles

H

Alcalinos

Alcalino-trreos Boroideos o

Trreos

Carbonoideos

Nitrogenoideos

Halgenos

Anfgenos oCalcgenos

Elementos de transicin

Los actnidos(14 ele-mentos) se consideraque estn incluidos en lacasilla del Actinio.

Los lantnidos(14elementos) se consi-dera que estn in-cluidos en la casilladel Lantano.

Actnidos

Lantnidos

El hidrgeno, el elemento ms ligero, tiene propiedades singulares, por eso a menudo no se le coloca en ninguno de losgrupos.

En la tabla peridica los elementos se clasifican en filas, periodos, y columnas, grupos o familias.

Todos los elementos de un grupo tienen propiedades qumicas semejantes.

Mendeleiev orden los elementos de menor a mayor masa atmica, aunque en dos ocasiones (Ar y K, Te y I) tuvo queinvertir el orden para que los elementos se situaran en el grupo que les correspondera por sus propiedades qumicas.

El nmero del periodo nos da el nmero total de capas u rbitas de los tomos.

Configuracin de la lti-ma capa (n es el nmerode la ltima capa, coincidecon el nmero del periodo):

Alcalinos: ns1

Alcalino-trreos: ns2

Boroideos: ns2p

1

Carbonoideos: ns2p2

Nitrogenoideos: ns2p

3

Anfgenos : ns2p

4

Halgenos: ns2p

5

Gases nobles: ns2p

6

(excepto He)

La tabla peridica, o sis-tema peridico de los ele-mentos, fue presentada porMendeleiev en 1869 comouna manera de clasificarlos elementos conocidos.

Permita establecer rela-ciones entre sus propieda-des facilitando su estudio.


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2

HeLi Be B C N O F Ne

La

Ac

Los gases nobles tienen una estructura electrnica especialmente estable que se corresponde con ocho electrones en su ltima capa: ns2p6(excepto el He que tiene dos).

Todos los elementos tiende a adquirir la estructura de gas noble. Para eso tratan de captar o perder electrones.

Los elementos, como los halgenos o anfgenos, a los que les faltan solamente uno o dos electrones para adquirir la configuracin de gas noble, tienenmucha tendencia a captar electrones transformndose en iones con carga negativa. Se dice que son muy electronegativos. En general los no metalesson elementos electronegativos y tienden a captar electrones para dar iones negat ivos.

Los elementos, como los alcalinos o alcalinotrreos, que estn muy alejados de la configuracin del gas noble siguiente, les resulta mucho ms sencilloperder uno o dos electrones y adquirir la configuracin electrnica del gas noble anterior. Por tanto, mostrarn mucha tendencia a formar en iones concarga positiva. Se dice que son muy poco electronegativos. En general los metales son poco electronegativos y tienden a perder electrones paradar iones positivos.

Los metales tienen energas de ionizacin bajas (cuesta muy poco arrancarles un electrn), la razn es bastante sencilla: si tienden a ceder electronesbastar con comunicarles muy poca energa para que los cedan.

Los no metales, sin embargo, muestran energas de ionizacin elevadas: si lo que quieren es captar electrones mostrarn muy poca tendencia a ceder-los. Por tanto, habr que comunicarles mucha energa para arrancrselos.

H

Una lnea quebrada separa, aproximadamen-te, los metales (que se sitan a la izquierdade la lnea) y los no metales (a la derecha).

A izquierda y derecha de la lnea que divide metales yno metales se sitan una serie de elementos (tramaoscura) que tienen propiedades de ambos, son los

llamados semimetales o metaloides.

Los gases (tra-ma vertical) seconcentran a laderecha del S.P

Buena parte de los metales tpicos: hierro,cobre, zinc, plata, oro se encuentran entre

los elementos de transicin.

Todos los elementos deun mismo grupo tienenla misma estructuraelectrnica en su ltimacapa o capa de valencia,de ah que tengan unaspropiedades qumicassimilares.

Las propiedades qumi-cas de los elementosestn ntimamente liga-

das a la estructuraelectrnica de su ltimacapa.


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3

Electronegatividad

La electronegatividad mide la ten-dencia de los elementos a captarelectrones.

Electronegatividades altas indican granapetencia por los electrones. Los no

metales son muy electronegativos.Una electronegatividad baja indicatendencia a perder electrones. Losmetales tienen electronegatividadesbajas.

En un periodo la electronegatividadaumenta hacia la derecha.

En un grupo los elementos mselectronegativos son los situadosms arriba y la electronegatividaddisminuye a medida que se des-ciende.

En conjunto, por tanto, la electrone-gatividad aumenta hacia arriba y hacia la derecha.Los elementos ms electronegativos son los si-tuados en el ngulo superior derecho de la tabla.

Tamao de los tomos

El tamao de un tomo viene condicionado por dos factores:

El nmero de capas que posea. Los tomos que tengan ms capas tendrn, lgicamente, un tamaosuperior a aquellos otros que posean pocas capas.

El nmero de electrones situado en la ltima capa o capa de valencia. La existencia de muchoselectrones en la ltima capa hace que aumente el tamao del tomo, ya que los electrones, al ser cargas

negativas, se repelen y tienden a separarse unos de otros.La carga del ncleo. Un electrn situado a determinada distancia del ncleo estar ms fuertementeatrado por ste (tendiendo a si-tuarse a menor distancia) si la car-ga nuclear es grande.

Si nos situamos en un grupo, los to-mos tendrn mayor nmero de capasa medida que descendemos. Loselementos ms pequeos estarnsituados en la parte superior y losms voluminosos en la parte deabajo del sistema peridico.

En un periodo todos los elementostienen igual nmero de capas (aunquelos elementos de transicin colocanlos electrones en el nivel d de lapenltima capa, ste se encuentramuy cerca de la ltima). En los perio-dos cortos, y a medida que vamoshacia la derecha, aumenta la carganuclear y la tendencia es a disminuir el tamao de los tomos, ya que el efecto de repulsin entre loselectrones no es grande debido a que no existe una gran acumulacin en la capa.

En los periodos largos, y hasta aproximadamente la mitad del mismo, la tendencia es a disminuir el tamaode los tomos debido al aumento de carga nuclear. A partir de la mitad, y debido a la gran concentracin de

electrones, el efecto de repulsin se hace ms importante y la tendencia es a que el tamao crezca.

En resumen, en los periodos largos, el tamao decrece desde la izquierda hacia el centro y aumentadesde ste a la derecha. Los tomos ms pequeos se encuentran situados hacia la mitad periodo.

Valores de electronegatividad.Fuente: Merck. http://pse.merck.de/merck.php?lang=ES

Radios atmicos.Fuente: Merck. http://pse.merck.de/merck.php?lang=ES


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Nombres y smbolos de los elementos (3 ESO)

Alcalinos

Alcalino-

trreos

Metales de

transicin Boroideos Carbonoideos Nitrogenoideos Anfgenos Halgenos

Gases

nobles

Li Litio Be Berilio Cr CromoB

Boro C Carbono N Nitrgeno O Oxgeno F Flor He Helio

Na Sodio Mg Magnesio W Wolframio Al Aluminio Si Silicio P Fsforo S Azufre Cl Cloro Ne Nen

K Potasio Ca Calcio Mn Manganeso Ga Galio Ge Germanio As Arsnico Se Selenio Br Bromo Ar Argn

Rb Rubidio Sr Estroncio Fe Hierro Sn Estao Sb Antimonio Te Teluro I Iodo Kr Kriptn

Ba Bario Co Cobalto Pb Plomo Xe Xenn

Ra Radio Ni Niquel Rn Radn

Pt Platino

Cu Cobre

Ag Plata

Au Oro

ZnZincCinc

Hg Mercurio

H: Hidrgeno


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(N2)

NMEROS DE OXIDACIN MS USUALES DE ALGUNOS ELEMENTOS

METALES

Nmero de oxidacin Elementos

+ 1 Li, Na, K, Rb, Cs y Ag

+2 Be, Mg, Ca, Sr, Ba ; Zn y Cd

+3 B, Al

+1, +2 Cu y Hg

+1, +3 Au

+2 , +3 Fe, Co, Ni, Cr, Mn

+2, +4 Pt, Pb, Sn

NO METALES

Nmero de oxidacin Elementos

-1 F

- 1, +1 H

- 2 O

-2 , +4, +6 S, Se, Te

- 3, +3, +5, N, P, As, Sb

+4 C, Si

-1, +1, +3, +5, +7 Cl, Br, I


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1

EL ENLACE QUMICO

Los tomos tienden a unirse unos a otros para formar entidades ms complejas. De esta manera se cons-truyen todas las sustancias.

Por qu los tomos tienden a unirse y no permanecen aislados como tales tomos?Por qu un tomo de cloro se une a uno de hidrgeno y, sin embargo, un tomo de oxgeno se combinacon dos de hidrgeno o uno de nitrgeno con tres de hidrgeno?Cul es el mecanismo que mantiene unidos los tomos?

La teora del enlace qumico trata de dar respuesta a estas cuestiones.

ENLACE INICO

Si enfrentamos un tomo al que le falten pocos electrones en su capa de valencia para adquirir la configura-cin de gas noble (muy electronegativo, tendencia a coger electrones), tal como el cloro, con otro cuya elec-tronegatividad sea baja (tendencia a ceder electrones), tal como el sodio, ste ceder un electrn al cloro.Como consecuencia, el cloro se convertir en un in negativo (anin) mientras que el sodio se convierte enun in positivo (catin). Ambos se unen debido a la atraccin entre cargas de distinto signo (atraccin elec-trosttica)

.

En realidad este proceso se realiza simultneamente en un nmeroenorme de tomos con el resultado de que se formarn gran nmero deiones positivos y negativos que se atraen mutuamente formando unaestructura de iones dispuestos en forma muy ordenada. Es lo que seconoce con el nombre de red inicaocristal.

Este enlace tendr lugar entre tomos de electronegatividad muydistinta: entre metales y no metales.

En los compuestos inicos no se puede hablar de molculas individua-les, sino de grandes agregados. Por tanto, en los compuestos inicos lafrmula no podemos decir que represente una molcula. Solamenteindica la proporcin en la que los iones se encuentran combinados.

Ejemplos:

NaCl. La relacin de iones de Na

+

e iones Cl

es 1:1 (hay el mismonmero de ambos)

CaCl2. Hay doble nmero de iones Clque de iones Ca 2+

La causa determinante de que los tomos traten de combinarse con otros es la tendencia de todosellos a adquirir la configuracin de gas noble (ns2 p6) en su capa ms externa o capa de valencia.

sta es una configuracin especialmente estable a la que tienden todos los elementos

Cristal de NaCl

Los iones Cl (esferas msgrandes, verdes) se rodean deiones Na + (esferas ms peque-as, moradas) y stas, a su vez,son atradas por los iones negati-

vos formando una red inica.(Fuente: Wikimedia)

-+

-

El tomo ms electro-negativo (derecha),capta el electrn quepierde el menos elec-tronegativo (izquierda).

Los iones formados se atraen con unafuerza dada por la ley de Coulomb:

2

q QF k

d

El proceso fundamental consiste en la transferencia de electro-nes entre los tomos(uno cede electrones y el otro los coge),formndose iones de distinto signo que se atraen.


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2

El nmero de iones de determinado signo que rodean a otro de signo contrario recibe el nombre de ndicede coordinacin del iny depende del tamao relativo de ambos. Por ejemplo, el cloruro de sodio cristali-za con una estructura en la cual el in sodio est rodeado de seis iones cloruro y ste de seis iones sodio.

Los compuestos inicos tienen las siguientes propiedades:

Son slidos cristalinoscomo revela su estructura muy ordenada y compacta.

Poseen puntos de fusin y ebullicin elevados, ya que el enlace inico es de una gran fortaleza y pa-ra que el compuesto se convierta en lquido o en gas es necesario romper esos enlaces, para lo cual hayque suministrar una cantidad considerable de energa.

Son duros, ya que para rayar un slido es necesario romper cierto nmero de enlaces y el enlace esmuy fuerte.

Suelen ser solubles en aguay al disolverse se rompen en iones positivos y negativos.

En estado slido no conducen la electricidadya que los iones estn fuertemente unidos y no haycargas libres que puedan circular.

Fundidos o en disolucin acuosa son buenos conductores de la corriente elctricadebido a laexistencia de iones (tomos con carga) que se dirigen a los electrodos de polaridad contraria.

+ -

+

+

+ +

-

---

Polo positivo o nodo. Losiones negativos (aniones)presentes en la disolucin,son atrados por l.

Polo negativo o ctodo. Losiones positivos (cationes)presentes en la disolucin,se dirigen hacia l.

Un compuesto inico se rom-pe en iones positivos y nega-

tivos al disolverse en agua.

Ampliacin

Las sales son compuestos inicos, a pesar de lo cual muchas de ellas no son solubles enagua. Determinar si un compuesto va a ser soluble en agua no es fcil, ya que la disolucin deuna sal en agua es un proceso bastante complejo. De manera general podemos decir que lasolubilidad es ms probable:

Si los iones no tienen carga elevada. A mayor carga, mayor atraccin y, por consiguien-te, ms dificultad para romper la red cristalina.

Si los iones no son muy pequeos. Iones pequeos hacen que la distancia entre cargassea menor y esto condiciona (ley de Coulomb) que la fuerza de atraccin sea mayor.

Ejemplos:

El NaCl es soluble, los iones tienen poca carga y son bastante grandes.

El AgCl, sin embargo, es muy insoluble debido, probablemente, a que el in Ag+ es pequeo.

Los carbonatos de los metales alcalinos (Na2CO3, K2CO3) son solubles, probablemente de-

bido a la pequea carga de los cationes ,+1. Sin embargo, los carbonatos de los metales alca-lino trreos o metales divalentes (CaCO3, PbCO3

) son insolubles debido a la mayor carga de

los cationes, que es ahora +2.

Idntica razn sirve para justificar la solubilidad de los sulfuros de los metales alcalinos (Na 2S,

K2S) frente a la elevada insolubilidad de los sulfuros de los metales divalentes (PbS, CuS)


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ENLACE COVALENTE

Si los tomos que se enfrentan son ambos electronegativos (no metales), ninguno de los dos ceder elec-trones. Una manera de adquirir la configuracin de gas noble en su ltima capa es permanecer juntos con elfin de compartir electrones.

Es un enlace caracterstico entre tomos de electronegatividad alta (no metales).

Cuando los tomos se unen mediante este tipo de enlace se forman unas nuevas entidades integradas porlos tomos unidos: las molculas. Las molculas son las unidades bsicas de los compuestos cova-lentes.

Las molculas se representan de manera abreviada mediante las frmulas qumicas.

Para escribir la frmula qumica correspondiente a un compuesto se citan los tomos que lo forman (si-guiendo ciertas reglas) mediante su smbolo afectado de un subndice que indica el nmero de tomos queforman la molcula.

Para representar las molculas resultantes de la unin mediante enlace covalente se utilizan a menudo losdiagramas de Lewis. En ellos se representan por puntos o cruces los electrones de la capa de valencia deltomo y los electrones compartidos se sitan entre los dos tomos. De esta manera es fcil visualizar loselectrones compartidos y cmo ambos tomos quedan con ocho electrones (estructura de gas noble).

Para simplificar la escritura los electrones de enlace se representan por una raya que une ambos tomos.Los pares no enlazantes se representan tambin por rayas situadas sobre el smbolo del elemento:

tomo de Cl tomo de H Molcula de HCl

El proceso fundamental en este tipo de enlace es la comparticin de electrones. Los tomos per-manecen juntos con el fin de poder compartir los electrones, adquirien

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Guia de Quimica Inorganic A