Upload
javier-munoz
View
116
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
resistencia materiales upm tema 1
Citation preview
Qumica
a) Clases expositivasteora (CE) : Grupo B
b) Prctica de aula (PA): PA 3 y PA 4
c) Tutoras grupales (TG): 7.....12
La asistencia a las tutoras grupales ser OBLIGATORIA
d) Prcticas de laboratorio (PL): PL7.....PL12
La asistencia a las prcticas de laboratorio ser OBLIGATORIA
Prof: M del Camino Trobajo Fernndez
Curso 2014/15
1 Curso 2014/15
Clases expositivas-teora CE (prueba escrita) +
Prcticas de aula (PA) y tutoras grupales (TG) 80%
Prcticas de laboratorio (PL) 20%
EVALUACIN
La nota mnima para la evaluacin en todos los
apartados tiene que ser 4
Curso 2014/15
2 Curso 2014/15
Bibliografa
Brown, Lemay, Bursten y Murphy. Qumica: La Ciencia Central. 11 Edicin. Editorial Prentice-Hall.
Petrucci, Harwood y Herring. Qumica General. 10 Edicin. Editorial Prentice Hall.
Chang. Qumica. 9a Edicin. Editorial McGraw Hill.
Reboiras, M.D. Qumica: La Ciencia Bsica. Editorial Thomson
Curso 2014/15
3 Curso 2014/15
Tema 1. Conceptos bsicos en Qumica (6 horas)
Objeto de la Qumica y su relacin con otras ciencias. tomos y
molculas. Smbolos atmicos y tabla peridica. Significado de las
frmulas qumicas y la nomenclatura qumica. Formulacin y
nomenclatura de compuestos inorgnicos y orgnicos simples. Cantidad
de sustancia, mol y nmero de Avogadro. Masas atmicas y
moleculares. Ecuaciones qumicas y clculos estequiomtricos.
Propiedades bsicas del enlace qumico.
Curso 2014/15
4 Curso 2014/15
Qumica es la rama de la ciencia que se dedica al
estudio de la materia y los cambios que sufre.
Desde el punto de vista microscpico:
Las sustancias estn constituidas por tomos,
molculas o iones.
Un tomo es una partcula extremadamente
pequea de materia que retiene su identidad
durante los cambios qumicos.
5 Curso 2014/15
Un tomo est constituido por un ncleo que contiene neutrones
y protones y una corteza donde estn los electrones.
La carga positiva de los tomos est concentrada en el ncleo y
en la corteza la carga negativa
Debido a que el nmero de protones es igual al de electrones, los
tomos son elctricamente neutros.
Que es un tomo?
6 Curso 2014/15
Partcula Masa Carga Carga (gramos) (Culombios) (unidad)
Electrn (e) 9,1 x 1028 1,6 x 1019 1
Protn (p+) 1,67 x 1024 +1,6 x 1019 +1
Neutrn (n) 1,67 x 1024 0 0
Masa del protn = Masa del neutrn = 1840 x masa electrn
La masa de los tomos puede considerarse suma de la masa de
neutrones y protones.
La carga de electrones y protones es igual pero de signo contrario 7
Partculas Subatmicas
Curso 2014/15
Nmero de protones en el ncleo = Nmero atmico (Z)
X A
Z
U 235 92 U 238 92
Nm. msico
Nm. atmico Smbolo del elemento
Istopos son tomos del mismo elemento (X) con diferente nmero
de neutrones en su ncleo.
Nmero msico (A) = nm. de protones + nm. de neutrones
= nm. atmico (Z) + nm. de neutrones
Los tomos de un elemento dado tienen el mismo Z pero pueden
diferir en A (difieren en el nmero de neutrones)
Ne 20 10 Ne
21 10 Ne
22 10
8
Composicin de cualquier tomo
Curso 2014/15
Los istopos de un elemento poseen idnticas
propiedades qumicas, pero experimentan reacciones
nucleares diferentes.
Los istopos pueden ser de origen natural o artificial
Protio o Hidrgeno (99,985%) Deuterio (0,015%) Tritio (trazas)
Istopos del Hidrgeno
9 Curso 2014/15
Istopos del Carbono
10 Curso 2014/15
El modelo de Bohr explica bien el espectro del tomo de hidrgeno, los e-
giran en torno al ncleo en orbitas circulares de energa fija, pero falla en
tomos polielectrnicos.
Los electrones se mueven de forma catica en regiones del espacio ms o menos definidas, no en rbitas circulares alrededor del ncleo
Mecnica Cuntica
- Funcin de onda de Schrdinger (1927)
2 densidad de probabilidad
Estructura electrnica de los tomos
La funcin de onda () describe la localizacin y la energa del electrn.
Un orbital es una solucin particular de la ecuacin de onda (su cuadrado,
densidad electrnica, indica la regin del espacio donde hay una
probabilidad muy alta de encontrar el electrn).
11 Curso 2014/15
En la Mecnica Cuntica se necesitan tres nmeros cunticos para
describir la posicin de los electrones alrededor del ncleo y un cuarto
nmero cuntico que describe el comportamiento de un electrn.
Nmero cuntico principal (n). Puede tomar valores n = 1, 2, 3,...
Este nmero est relacionado con la distancia promedio entre el ncleo
y el electrn.
Mayor distancia mayor energa menor estabilidad
Nmero cuntico del momento angular (l). Puede tomar valores l = 0,
1, 2, ..., n - 1
Este nmero indica la forma de los orbitales
Nmero cuntico magntico (ml). Puede tomar valores
ml = -l, -(l-1),,0,,(l-1),l
Este nmero describe la orientacin del orbital en el espacio
Nmeros cunticos
12
Curso 2014/15
Representacin de los orbitales atmicos
A medida que aumenta el valor de n aumenta el tamao del orbital. 13
Curso 2014/15
Representacin de los orbitales atmicos
14 Curso 2014/15
Representacin de los orbitales atmicos
El nmero total de orbitales para cada nivel n es n2
15 Curso 2014/15
En el tomo de Hidrgeno, n, representa la energa del
orbital. Todos los orbitales atmicos con el mismo valor de n
tienen la misma energa.
Un conjunto particular de estos tres nmeros cunticos
describe un orbital del tomo de hidrgeno. 16 Curso 2014/15
ms = + or -
ms = - ms = +
Nmero cuntico de spin
17
Curso 2014/15
Nmeros cunticos
18 Curso 2014/15
a) 1 0 0 +1/2
b) 3 2 1 -1/2
c) 3 3 -2 -1/2
d) 2 -2 0 +1/2
e) 2 0 0 +1/2
f) 2 1 0 0
n l ml ms
Nmeros cunticos, cules estn permitidos?
Indicar los valores de n y l para cada uno de los
siguientes orbitales (si existen).
6s, 2p, 4f, 2d, 3f 19 Curso 2014/15
Energa de los orbitales en los
tomos multielectrnicos
tomos multielectrnicos
Orbitales con el mismo nmero
cuntico tienen la misma energa
20 Curso 2014/15
Energa de los orbitales en los
tomos multielectrnicos
tomos multielectrnicos
La energa de los orbitales se rige por los nmeros cunticos n y l
A mayor valor de n+l mayor energa. A igualdad de n+l el orbital
con mayor n tendr mayor energa
P.ej. en el orbital 4s tenemos
que n+l = 4, por eso tiene
menor energa que el orbital 3d,
dnde n+l = 5
P.ej el orbital 4s tiene ms
energa que el 3p porque
aunque ambos poseen igual n+l
= 4, el 4s tiene mayor nmero n
21 Curso 2014/15
22
El estado ms estable de un tomo (estado fundamental) es la
configuracin electrnica en la que los electrones del tomo se
encuentran en sus estados energticos ms bajos posibles.
Cada tomo posee un diagrama de energas orbitales diferente.
Curso 2014/15
La configuracin electrnica de un tomo es la distribucin de sus
electrones en los diferentes orbitales atmicos.
- Estado fundamental: el de mnima energa
- Estado excitado: todo estado con una energa superior a la del
estado fundamental. Para que un tomo pase de su estado
fundamental a un estado excitado debemos aportar energa
Para conocer la configuracin electrnica en el estado fundamental
de un tomo debemos aplicar el Principio de AUFBAU:
1. Los orbitales se llenan por orden creciente de energa
2. Se debe cumplir la regla de HUND
3. Se debe cumplir el principio de exclusin de PAULI
Configuracin electrnica
23 Curso 2014/15
2p
Configuracin electrnica
1. Principio de Aufbau. Los electrones
llenan primero los orbitales de menor
energa (suma de n+l ms pequea)
1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s
< 4d < 5p < 6s.
2. Principio de exclusin de Pauli. En un
orbital atmico solo caben, como
mucho, dos electrones, con sus
espines opuestos.
3. Regla de Hund. Cuando se ocupan
orbitales de la misma energa se
disponen de forma que tengan el
mximo de electrones desapareados. 24
Curso 2014/15
25 Curso 2014/15
Configuracin electrnica
La configuracin electrnica de un elemento puede abreviarse
escribiendo entre corchetes el smbolo del gas noble anterior y, a
continuacin, la configuracin electrnica externa
26 Curso 2014/15
Configuraciones electrnicas de aniones y cationes
27
En la formacin de un anin se agregan los electrones siguiendo el principio
de Aufbau
Los aniones fluoruro, xido y nitruro son isoelectrnicos entre s e isoelectrnicos
con el nen.
Por lo general, en la formacin de un catin a partir de un tomo neutro, los
electrones se pierden de la capa n mas alta ocupada.
Los cationes Na+ y Al3+ son isoelectrnicos entre s e isoelectrnicos con el
nen. Curso 2014/15
Excepciones a la configuracin electrnica (metales
de transicin)
Con las reglas de Aufbau se pueden conocer las configuraciones
electrnicas de la mayora de los tomos, pero hay bastantes excepciones:
1. Los estados con subniveles completos o semicompletos (o totalmente
vacos) tienen una estabilidad especial (24Cr y 29Cu) :
24e- Cr: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d5 (4s23d4)
29e- Cu: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d10 (4s23d9)
2. Al formar cationes, los electrones se sacan primero de los orbitales np,
luego ns y finalmente (n-1)d: (25Mn Mn2+)
25e- Mn: [Ar] 3d5 4s2 Mn2+: [Ar] 3d5
No
No
28 Curso 2014/15
29
Curso 2014/15
30 Curso 2014/15
La tabla peridica Metales alcalinos
Alcalinotrreos
Metales de transicin
Halgenos
Gases nobles
Lantnidos y actnidos
Grupo principal
Grupo principal
31 Curso 2014/15
Los elementos del mismo grupo, que experimentalmente tienen
propiedades similares, tienen configuraciones electrnicas semejantes
Los orbitales de valencia son aquellos orbitales con electrones que
estn situados en las capas ms externas y son los que participarn
en las reacciones qumicas 32
Curso 2014/15
Cuales son los orbitales y electrones de valencia?
ltimo orbital s + ltimo orbital
33 Curso 2014/15
Propiedades peridicas
Propiedades que dependen de la configuracin electrnica
34 Curso 2014/15
Radio atmico y radio inico
Energa de ionizacin
Afinidad electrnica
Electronegatividad
Carcter metlico
Propiedades peridicas
35 Curso 2014/15
Propiedades peridicas
-La determinacin del tamao de los tomos
no es trivial, no tiene lmites definidos
-Se toma como la mitad de la distancia entre
dos ncleos iguales
-El valor es aproximado ya que la distancia
depende del tipo de enlace
Tamao de los tomos y de los iones
Radio atmico Radio covalente
El radio atmico es la mitad de la distancia que separa los ncleos
de dos tomos adyacentes de un mismo elemento. Se suele
expresar en picmetros (1 pm = 10-12 m) o en angstrm (1 = 10-10m)
36 Curso 2014/15
El radio covalente es la mitad de la distancia existente entre
los ncleos de dos tomos idnticos unidos por un enlace
covalente simple.
El radio metlico se toma como la mitad de la distancia
existente entre los ncleos de dos tomos contiguos del
metal slido cristalino.
El radio inico est basado en la distancia existente entre
los ncleos de iones unidos por un enlace inico.
El radio de van der Waals corresponde a la mitad de la
distancia entre los ncleos de tomos vecinos en una
muestra del gas solidificado.
37 Curso 2014/15
38
Disponga los tomos siguientes en orden de radio atmico : Na, Be y Mg
Radio atmico
Curso 2014/15
39
Radio atmico
Curso 2014/15
Radios catinicos
Los cationes son ms pequeos
que los tomos de los que
proceden.
Na+ y el Mg2+ son especies
isoelectrnicas.
Los radios inicos de cationes
isoelectrnicos son tanto menores
cuanto mayor sea su carga
positiva.
Radios aninicos
Los aniones son mayores que los
tomos de los que proceden.
Los radios inicos de los aniones
isoelectrnicos son tanto mayores
cuanto ms negativa sea su carga.
40 Curso 2014/15
41
O .... 1s22s22p4
F .... 1s22s22p5
Na .... 1s22s22p63s1
Mg .... 1s22s22p63s2
O2-, F-, Na+, Mg2+
(isoelectrnicos)
1s22s22p6
- -
Tamao de especies isoelectrnicas
El tamao disminuye al aumentar la carga positiva del ncleo Curso 2014/15
Comparacin de radios
atmicos e inicos
42 Curso 2014/15
Energa de ionizacin (EI)
La energa de ionizacin, EI, es la energa que hay que
suministrar a un tomo neutro gaseoso en su estado
fundamental para poder arrancarle un electrn. El electrn
que se pierde es el que est ms dbilmente atrado por el
ncleo:
X(g) + EI1 X+(g) + e-
Na(g) + EI1 Na+(g) + e-
1s22s22p63s1 1s22s22p6
Se habla de 1 EI cuando se
extrae el primer electrn,
2 EI cuando se extrae el
segundo...
Se expresa en kJ/mol y es
siempre positiva
43 Curso 2014/15
44 Curso 2014/15
Por qu el valor de EI1 es menor para el B que para el Be,
cuando lo previsible es que
fuera al revs?
Be: 1s2 2s2 B : 1s2 2s2 2p1
Por qu el valor de EI1 es menor para el O que para el N,
cuando lo previsibles es que
ocurriera al revs?
N es 1s2 2s22px12py12pz1 O es 1s2 2s22px22py12pz1
Pero debemos preguntarnos:
45 Curso 2014/15
Aumento de la primera energa de ionizacin
Au
me
nto
de
la
prim
era
en
erg
a d
e io
niz
aci
n
46 Curso 2014/15
Las energas de ionizacin miden la fuerza con que el tomo retiene sus electrones. Energas pequeas indican una fcil eliminacin de electrones y
por consiguiente una fcil formacin de iones positivos.
Las energas de ionizacin sucesivas para un mismo elemento crecen muy
deprisa, debido a la dificultad creciente para arrancar un electrn cuando
existe una carga positiva que le atrae y menos cargas negativas que le
repelan.
El conocimiento de los valores relativos de las energas de ionizacin sirve
para predecir si un elemento tender a formar un compuesto inico o
covalente
Energa de
ionizacin
Tendencia del
elemento
Tipo de
compuesto
Baja Perder electrones y
dar iones positivos Inicos
Elevada Compartir
electrones Covalentes
Muy elevada Ganar electrones y
dar iones negativos Inicos
Energa de ionizacin (EI) Resumen
47
Curso 2014/15
F(g) + e- F-(g) AE1 = -328 kJ/mol
F(1s22s22p5) + e- F-(1s22s22p6)
La afinidad electrnica (AE) es la cantidad de energa que se
pone en juego cuando un tomo, o in, en estado gaseoso y
fundamental, capta un electrn para formar un anin en
estado gaseoso y fundamental.
Normalmente esta energa es negativa (se desprende)
aunque es positiva en los gases nobles y metales alcalino-
trreos.
Afinidad Electrnica (AE)
48 Curso 2014/15
Al igual que ocurra con la EI, tambin podemos hablar de 2, 3.. .AE
(formacin de aniones divalentes, trivalentes...). Todos estos procesos
son endotrmicos (AE2, AE3, etc. toman valores positivos).
49 Curso 2014/15
50
El valor positivo de AE2 hace que la formacin de O2- gaseoso parezca
poco probable. Sin embargo, el ion O2- (xido) existe en numerosos
compuestos inicos (ej. Li2O(s), MgO(s)), cuya formacin va acompaada
de otros procesos favorables desde el punto de vista energtico
Curso 2014/15
Valor ms negativo de la 1 afinidad electrnica
Valo
r m
s n
egativo d
e la 1
afinid
ad e
lectr
nic
a
51
El flor formar el anin fluoruro
(F-) muy fcilmente
El francio formar el anin (Fr-
???) muy difcilmente
Curso 2014/15
52
Ejemplo: Coloca los siguientes tomos C, Si, Ca y Sr en orden creciente de su
a) Energa de ionizacin
b) Afinidad electrnica
c) Radio atmico
Ejemplo: De cada uno de los grupos de tomos siguientes, indicar a cul corresponde la propiedad que se cita.
a) Mayor tamao: C, N, Si, P.
b) Mayor energa de ionizacin: B, C, Al, Si.
c) Menor afinidad electrnica: Al, Si, Ga, Ge.
Curso 2014/15
La electronegatividad no es una propiedad de los tomos aislados
Electonegatividad ()
53 Curso 2014/15
54
Carcter metlico
El carcter metlico es la tendencia de un elemento a ceder electrones.
Los METALES tienden a perder electrones para alcanzar la configuracin electrnica de los
gases nobles, mientras que los NO-metales tienden a hacer lo contrario, es decir ganar
electrones para alcanzar la configuracin electrnica de los gases nobles.
Curso 2014/15
Carga inica
Los metales forman cationes y los no metales forman aniones
55 Curso 2014/15
56
Carcter metlico
Curso 2014/15
57
Susceptibilidad magntica
Valor numrico de la desviacin observada para
cada sustancia en presencia de un campo
magntico.
Paramagnetismo: atraccin que experimenta
una sustancia en un campo magntico como
consecuencia de la existencia de electrones
desapareados.
Diamagnetismo: repulsin que experimenta una
sustancia en un campo magntico como
consecuencia de tener todos los electrones
apareados.
Curso 2014/15
Resumen Propiedades Peridicas
58 Curso 2014/15
Cantidad de sustancia, mol y nmero de Avogadro.
Masas atmicas y moleculares.
Ecuaciones qumicas y clculos estequiomtricos
Formulacin y nomenclatura de compuestos
inorgnicos y orgnicos simples.
59
Curso 2014/15
Curso 2014/15
tomos, Iones, Molculas y Cristales
Los tomos son las partculas bsicas de la materia.
A excepcin de los gases nobles, la materia no se presenta en forma de tomos
aislados. Los tomos pueden combinarse para buscar una mayor estabilidad
energtica, dando lugar a dos tipos bsicos de agrupaciones: molculas o cristales.
Las molculas y cristales formados por tomos idnticos forman los elementos,
mientras que molculas y cristales formados por tomos diferentes dan lugar a
compuestos.
Las molculas estn constituidas por un nmero determinado y pequeo de tomos,
mientras que los cristales estn formados por un nmero indeterminado de tomos,
iones o molculas que se disponen en estructuras geomtricas ordenadas que se
repite en las tres direcciones del espacio.
Curso 2014/15 60
tomos, Iones, Molculas y Cristales
Un elemento es una sustancia pura que no se puede separar en otras sustancias
puras ms simples. Cada elemento qumico est constituido por tomos idnticos,
con las mismas propiedades qumicas. Estos tomos idnticos pueden presentarse
aislados (solo los gases nobles) o combinados (resto de elementos).
Un compuesto es una sustancia pura que an se puede separar en otras ms
simples (los elementos qumicos que la conforman), mediante mtodos qumicos
(reacciones qumicas). Los compuestos estn formados por la unin de tomos de
diferentes elementos. Por ejemplo, el agua es un compuesto formado por la unin
de oxgeno e hidrgeno, y se puede separar en sus elementos constituyentes
mediante electrolisis.
Curso 2014/15
61
62
Ejercicios de evaluacin
1.- Nombre los siguientes compuestos: I2 Ba(ClO4)2 PtO2 H2S ClO2 H3PO4 Li3N Ba(H2PO4)2 IF3 SiH4 PF5 K2Cr2O7 LiH MgH2 HCl N2O4 B2H6 SF6 Cr(OH)2 La(OH)3 HClO4 CuBr NH4NO3 CS2 Ni3(PO4)2 Cr2O3 NaNO2 FeCl2
Curso 2014/15
63
2.- Formule los siguientes compuestos:
Fosfuro de hierro(III) xido de cobre(II)
Bromuro de dioxgeno xido de galio
Hidrxido de manganeso(II) Silano
Tetracloruro de silicio Hidruro de aluminio
cido hipobromoso Nitruro de mercurio(II)
Sulfito de plomo(II) Hidrogenofosfato de calcio
Nitrito de amonio Carbonato de cadmio
cido fosfnico Flururo de hidrgeno
Diyoduro de pentaxido Pentacloruro de fsforo
cido bromhdrico Hidrogenosulfato de cobre(II)
Nitrato de aluminio Sulfuro de cinc
xido de molibdeno(V) Permanganto de potasio
cido dicrmico Heptafluoruro de yodo Curso 2014/15
Un mol es la cantidad de sustancia que contiene el nmero de Avogadro (6,022 x 1023) de partculas (tomos, molculas, iones, electrones, etc.).
La masa molar de una sustancia es la masa de un mol de la misma, expresada en gramos.
La masa molar de una sustancia se obtiene sumando las masas atmicas de todos los tomos que constituyen la
molcula (compuestos moleculares) o la unidad frmula
(compuestos inicos) expresando su resultado en gramos. Compuesto molecular (H2O) 6,022 x 1023 molculas de H2O 1 mol de H2O 18,02 g de H2O 2 (1,008) + 16,00 = 18,02
Compuesto inico (NaCl) 6,022 x 1023 iones Na+ 1 mol de NaCl 6,022 x 1023 iones Cl- 58,44 g de NaCl 22,99 + 35,45 = 58,44
64 Curso 2014/15
moles
tomos
molculas
gramos n
tomos
molculas
/ M
X M
X NA
/NA
1 mol H2O
6,022X1023Molculas de H2O
18 gramos de H2O
6,022x1023 tomos de O
1,204x1024 tomos de H
Relacin masa / Masa molar (M)
65 Ejemplo: H2SO4 Curso 2014/15
Reacciones Qumicas y Estequiometra
Objetivos:
Repasar conceptos relacionados con las reacciones
qumicas: coeficientes estequiomtricos, ecuacin qumica
ajustada, reactivo limitante, rendimiento de una reaccin
Manejar los factores de conversin como herramienta
habitual para resolver cuestiones estequiomtricas
66 Curso 2014/15
Ajuste de reacciones
1) Se determina cuales son los reactivos y productos.
2) Se escribe una reaccin no ajustada usando las
las frmulas de los reactivos y de los productos.
3) Se ajusta la reaccin determinando los coeficientes
que nos dan nmeros iguales de cada tipo de tomo en
cada lado de la flecha de reaccin (generalmente
nmeros enteros)
IO3- + SO2 + H2O I2 + SO4
2-
K2Cr2O7 + HI KI + CrI3 + I2
NaMnO4 +H2O2 +H2SO4 MnSO4 +Na2SO4 + O2 + H2O
67 Curso 2014/15
Clculos estequiomtricos
Ejemplo1: Calcular la masa de dixido de carbono producida al quemar
5,00 g de C8H18
Las relaciones estequiomtricas, derivadas de las ecuaciones
ajustadas, pueden usarse para determinar las cantidades
esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos.
68 Curso 2014/15
Composicin porcentual en masa (composicin centesimal)
69
Ejemplo: HNO3
Curso 2014/15
Composicin porcentual y frmulas empricas
70
Curso 2014/15
71 Curso 2014/15
Ejemplo 3: Se sabe que el cido ascrbico (vitamina C) contiene
nicamente C, H y O. Una muestra de 6,49 g dio por combustin 9,47 g de
dixido de carbono y 2,46 g de agua, cul es la frmula emprica del
cido?
72
Composicin porcentual y frmulas empricas
Curso 2014/15
Ejemplo 4: La dimetilhidracina es un compuesto formado por C, H y N
utilizado como combustible de cohetes. Cuando se quema por completo
una muestra de 0,505 g produce 0,741 g de dixido de carbono y 0,605 g
de agua. El contenido en nitrgeno de una muestra de 0,486 g se
convierte en 0,226 g de N2. Cul es la frmula emprica de la
dimetilhidracina?
73
Ejemplo 5: Una muestra de MgSO4xH2O que pesa 8,129 g se calienta
hasta que pierde todo el agua de hidratacin. El compuesto anhidro
resultante pesa 3,967 g cul es la frmula del hidrato?
Curso 2014/15
Reactivo Limitante
Reactivo que se ha consumido completamente en una reaccin
qumica, o reactivo que genera la menor cantidad de producto
74
Ejemplo 6: La reaccin trmica produce hierro metlico y xido de aluminio a
partir de una mezcla de aluminio metlico y xido de hierro (III). Se emplea
una mezcla de 50,0 g del xido y 50,0 g de aluminio. Calcular a) cul es el
reactivo limitante?, b) qu masa de hierro metlico se puede producir?
Curso 2014/15
Ejemplo 7: El carburo de silicio se conoce comercialmente como
carborundum. Esta sustancia dura, que se emplea comercialmente como
abrasivo, se fabrica calentando dixido de silicio y carbono a altas
temperaturas, generando como producto, adems del carborundum,
monxido de carbono.
a) Escribir una ecuacin qumica ajustada para esta reaccin.
b) Qu gramos de carburo de silicio pueden formarse si disponemos para
la reaccin de 3,00 g de dixido de silicio y 4,50 g de carbono?Cul es el
reactivo limitante?.
c) Cunto queda del reactivo en exceso despus que se consume
totalmente el reactivo limitante?
Rendimiento real: cantidad de producto realmente formado
100 tericoorendimient
real orendimientreaccin la de orendimient
Rendimiento terico: cantidad de producto formado de acuerdo
con la estequiometra de la reaccin
Rendimiento de la reaccin: porcentaje comparativo entre el
producto real formado y el terico estequiomtrico.
Rendimiento de una reaccin
75 Curso 2014/15
Rendimiento de una reaccin
Ejemplo 9: Cuando 100,0 g de nitrgeno(g) y 25,0 g de hidrgeno(g) se
mezclan a presin y temperatura elevadas, reaccionan formando 28,96 g
de amoniaco gas. Calcular el rendimiento de la reaccin
76
Ejemplo 10: Un mtodo para determinar la pureza de una muestra de xido
de titanio(IV), una sustancia qumica importante en la industria, es combinar
la muestra con trifluoruro de bromo. Se desprende oxgeno gaseoso
cuantitativamente, formndose adems bromo lquido y el fluoruro
correspondiente. Supongamos que una muestra de 2,367 g de un
compuesto que contiene xido de titanio(IV) desprende 0,143 g de oxgeno,
cul es el porcentaje en masa de xido de titanio(IV) en la muestra?
Ejemplo 11: 250 g de un mineral de fosfato de calcio del 60% de riqueza
se hacen reaccionar con 150 g de cido sulfrico para dar
dihidrgenofosfato de calcio y sulfato de calcio. Cuntos gramos de
dihidrgenofosfato de calcio se obtienen suponiendo un rendimiento del
80%? Curso 2014/15
La fuerza que mantiene unidos a los tomos o iones en un
compuesto haciendo que ste se mantenga unido como
una unidad independiente se denomina enlace qumico
Enlace qumico
Por qu se unen los tomos?
Se unen utilizando los electrones
ms externos (e- de valencia) Distancia de mxima estabilidad 77
En los elementos y compuestos, los
tomos siempre aparecen asociados
entre s, en forma de molculas o
cristales. La razn por la que los
tomos se unen se encuentra en la
mayor estabilidad energtica que se
adquiere al asociarse alcanzando una
configuracin electrnica de gas noble.
Curso 2014/15
78
Enlace qumico
Para lograr ese estado ideal, los tomos se asocian mediante uno de los tres tipos
de enlace:
1. Enlace inico: consiste en ceder o captar electrones
2. Enlace covalente: basado en compartir electrones con otro tomo
3. Enlace metlico: poner los electrones en comn junto con otros muchos
tomos
De hecho, las propiedades de las sustancias formadas por enlace qumico
dependen en gran medida del tipo de enlace qumico existente.
Curso 2014/15
Se unen utilizando los e- mas externos (de valencia)
Enlace qumico
79 Curso 2014/15
Teora de Lewis
Cuando se produce el enlace, cada tomo adquiere configuracin electrnica de
gas noble, ns2 np6 (regla del octeto).
Los electrones situados en la capa electrnica ms externa determinan la formacin
de los enlaces qumicos (electrones de valencia).
Enlace inico: se forma al producirse la transferencia de uno o ms electrones de
un tomo a otro, provocando la formacin de aniones y cationes.
Enlace covalente: se forma cuando los tomos comparten electrones, dando lugar
a la formacin de molculas.
80 Se unen utilizando los e- mas externos (e- de valencia)
Enlace qumico
Curso 2014/15
Enlace inico Enlace covalente
Cuando se produce el enlace, cada tomo adquiere configuracin electrnica de gas noble (regla del octeto).
81
Representacin de los electrones de valencia: smbolos de Lewis
Representa los electrones de valencia en un tomo como puntos alrededor del
smbolo del elemento. (El nmero de e- de valencia de cualquier elemento
representativo es el mismo que la ltima cifra del nmero de su grupo)
2
1
13 14 15 16 17
18
Curso 2014/15
Enlace Inico
Los metales tienen, en general, pocos electrones en su capa de valencia y tienden a
perderlos (formando cationes) para quedar con la capa anterior completa (estructura de
gas noble)
Los no-metales tienen casi completa su capa de valencia y tienden a capturar los
electrones que les faltan convirtindose en aniones y conseguir asimismo la estructura
de gas noble.
Enlace inico: se forma al producirse la transferencia de uno o ms electrones de un tomo a otro, provocando la formacin de aniones y cationes.
82 Curso 2014/15
Enlace Inico
Como sabemos cuando se forma un enlace inico?
La diferencia de electronegatividad entre los tomos es un criterio
para saber si un enlace es inico o covalente
83 Curso 2014/15
Enlace Inico
84 Curso 2014/15
85
Sustancias inicas y sus propiedades
La sal comn (NaCl), minerales como la fluorita (CaF2), o los xidos e los metales, son ejemplos
de sustancias inicas.
Las sustancias que se forman por enlace inico NO son MOLECULARES, sino cristalinas.
Son slidos a temperatura ambiente, debido a que la fuerza de atraccin existente entre iones
de signo contrario hace que las posiciones de los iones sean fijas, y haya poca movilidad de
las partculas.
Presentan altos puntos de fusin y ebullicin, debido a que se requiere mucha energa para
romper las intensas fuerzas de enlace inico.
Son duros, entendindose por dureza como la oposicin que ofrece un material a ser rayado.
El rayado supone la ruptura de enlaces por procedimiento mecnico, lo cual resulta difcil
debido a la estabilidad de la estructura cristalina.
Son quebradizos, se fracturan al golearlos, formando cristales
de menor tamao. Al golpear el cristal se desplazan los iones,
quedando enfrentados los de igual carga, que se repelen.
Curso 2014/15
86
Muchos compuestos inicos, pero no todos, son solubles en agua
Los slidos inicos no conducen la electricidad, puesto que los iones tienen posiciones
fijas. Sin embargo, llegan a ser buenos conductores cuando estn disueltos en agua
(electrolitos) o fundidos, ya que entonces los iones son libres
para moverse por el lquido pudiendo producir corriente elctrica.
Sustancias inicas y sus propiedades
Curso 2014/15
Energa de red de los compuestos inicos
87 Curso 2014/15
Factores de los que depende la Energa de red
88 Curso 2014/15
Enlace covalente
Enlace covalente se forma entre dos elementos no metlicos o entre un
elemento no metlico y el hidrgeno, por
comparticin de electrones entre los tomos que se enlazan
Se produce entre elementos de electronegatividades no muy diferentes.
Cada pareja de electrones compartidos da lugar a un enlace covalente. El enlace puede ser sencillo, doble, o triple.
El enlace covalente es direccional y se genera en la lnea que conecta los dos ncleos.
89 Curso 2014/15
Estructuras de Lewis Molcula de Hidrgeno: H2
Tipos de enlaces covalentes:
Enlace covalente se origina por comparticin de electrones entre los tomos que se enlazan
Enlace covalente
90 Curso 2014/15
Teora de Lewis -- Regla del octete
Las configuraciones electrnicas de los
tomos de los gases nobles tienen algo
especial, que es la causa de su inercia
qumica, y los tomos de otros elementos se
combinan unos con otros para adquirir
configuraciones electrnicas como las de los
tomos de los gases nobles.
Los electrones se transfieren o se comparten de manera que
los tomos adquieren una configuracin electrnica muy
estable. Generalmente se trata de una configuracin
electrnica de gas noble, CON OCHO ELECTRONES MS
EXTERNOS. Este enunciado se conoce como REGLA DEL
OCTETO.
Enlace covalente
91 Curso 2014/15
Teora de Lewis -- Regla del octete
Enlace covalente
92
Par compartido
Par no compartido
Curso 2014/15
Enlace covalente
93
Curso 2014/15
Enlace covalente
94 Curso 2014/15
Enlace covalente
95
La energa de enlace se
define como la cantidad
de energa necesaria
para romper el enlace en
una molcula.
Curso 2014/15
Enlace covalente: estructuras de Lewis
Etapas para construir la estructura de Lewis de una molcula:
1. Calcular el nmero total de electrones de valencia de la molcula (si es
un ion, debe considerarse su carga: aniones se suman y cationes se restan
cargas).
2. Elegir el tomo central; ser aquel que posea un menor nmero de
electrones de valencia. Los tomos de H son siempre tomos terminales y
los de C son casi siempre tomos centrales. A continuacin se sitan
alrededor del tomo central los dems tomos unidos por enlaces
covalentes (formado por 2 electrones) por una lnea.
3. Por cada enlace simple formado, se restan 2 electrones del nmero total
de electrones de valencia. Con los electrones de valencia restantes,
completar primero los octetos de los tomos terminales (excepto H) y
despus, en la medida de lo posible, del tomo central.
4. Si el nmero de electrones que rodean al tomo central es menor de 8
convertir 1 o mas de los pares solitarios en pares de enlace formando
enlaces covalentes mltiples. 96 Curso 2014/15
Estructuras de Lewis
97 Curso 2014/15
Como se dibujan las estructuras de Lewis?
Ejemplo 1: CH4
C: 1s22s2p2 4e- H: 1s1 1e- x4= 4e- 8e- 1)
2) C
H
H
HH
2)
Ejemplo 2: H2CO
C: 1s22s2p2 4e- H: 1s1 1e- x2= 2e- O: 1s22s2p4 6e-
12e- 1)
H
H
C O
3) e- de v. libres: 12-6= 6 H
H
C O
4)
H
H
C O
Ejemplo 3: NH4+
98 Curso 2014/15
Excepciones a la regla del Octeto
Hay tres clases de excepciones a la regla del Octete:
a) Molculas con n de e- impar.
N O
NO (5+6=11 e- de valencia)
Otros ejemplos: ClO2, NO2
b) Molculas en las cuales un tomo tiene menos de un octete.
BF3 (3+7x3= 24 e- de valencia).
B
F
F
F
Ej: Compuestos de los grupos 1A, 2A y 3A.
99 Curso 2014/15
c)Molculas en las cuales un tomo tiene ms de un octete.
La clase ms amplia de molculas que violan la regla consiste en especies
en las que el tomo central est rodeado por mas de 4 pares de e-,
tienen octetes expandidos.
PCl5 XeF4
n de e- de v 5+7x5= 40 e-
P
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
n de e- de v 8+7x4= 36 e-
XeF
F F
F
Otros ejemplos: ClF3, SF4, XeF2
Todos estos tomos tienen orbitales d disponibles para el enlace (3d, 4d, 5d),
donde se alojan los pares de e- extras.
100 Curso 2014/15
Enlace covalente
101 Curso 2014/15
Estructuras de Lewis
En ocasiones es posible escribir ms de una estructura de Lewis para una
misma molcula:
Utilizando el concepto de carga formal podemos determinar cual es la
estructura de Lewis ms probable:
El valor de Cf debe ser lo menor posible
La Cf negativa debe aparecer en los tomos + electronegativo La Cf del mismo signo en tomos adyacentes es poco probable
C OH H
H
H
HH OC
H H
I II
102
C OH H
H
H
I) - Para C: Cf= 4-(0+8/2)= 0
- Para O: Cf= 6-(4+4/2)= 0
II) HH OC
H H
- Para C: Cf= 4-(2+6/2)= -1
- Para O: Cf= 6-(2+6/2)= +1
Correcta!
Curso 2014/15
Formas Resonantes En ciertas ocasiones la estructura de Lewis no describe correctamente las
propiedades de la molcula que representa.
Ejemplo: Experimentalmente el ozono tiene dos enlaces idnticos mientras
que en la estructura de Lewis aparecen uno doble (+ corto) y uno sencillo (+
largo).
103 Curso 2014/15
OOO
O
OO
Explicacin: Suponer que los enlaces son promedios de las posibles situaciones
Formas resonantes
- No son diferentes tipos de molculas, solo hay un tipo.
- Las estructuras son equivalentes.
- Slo difieren en la distribucin de los electrones, no de los tomos.
or
Ejemplos comunes: O3, NO3-, SO42-, CO32-, y benceno.
104 Curso 2014/15
Geometra molecular
105
Una molcula adopta la forma que minimiza la repulsin
electrosttica entre las entidades electrnicas de la capa de
valencia del tomo central (A).
Tipos de entidades electrnicas:
a) Electrones que forman parte de un enlace (sencillo, doble
triple) entre el tomo central y los tomos terminales (X).
b) Pares de electrones libres del tomo central (no participan en el
enlace) (E).
A
X X
Curso 2014/15
106
Geometra molecular
Curso 2014/15
Modelos geomtricos
en molculas AXn (todos los electrones
que rodean al tomo
central son de enlace,
n pares de e-).
107
N pares de e-
Geometra molecular
Curso 2014/15
N pares de e-
Geometra de los pares de e-
N pares de e- de enlace
N pares de e- de no enlace
Geometra molecular
Ejemplo
Modelos geomtricos en molculas AXnEm (uno o ms pares de e- que rodean al tomo central no son de enlace).
AX2E1
Geometra molecular: depende del nmero de pares de electrones de no enlace. 108
Curso 2014/15
N pares de e-
Geometra de los pares de e-
N pares de e- de enlace
N pares de e- de no enlace
Geometra molecular
Ejemplo
Geometra Molecular
AX2E2
AX3E1
109 Curso 2014/15
Modelos geomtricos
en molculas AXnEm (uno o ms pares de
electrones que rodean al
tomo central no son de
enlace).
110
NH3 : AX3E H2O : AX2E2
______
Mayor repulsin
entre pares de
electrones libres
Menor ngulo de
enlace
Curso 2014/15
N pares de e-
Geometra de los pares de e-
N pares de e- de enlace
N pares de e- de no enlace
Geometra molecular
Ejemplo
Geometra Molecular
AX2E3
AX4E1
AX3E2
111
Curso 2014/15
Molculas con ms de ocho electrones alrededor del tomo central
(octeto expandido)
5 pares de electrones: geometra electrnica de bipirmide triangular
Geometra molecular: depende del nmero de pares de electrones de no enlace.
AX4E
AX3E2
112 Curso 2014/15
Geometra Molecular
N pares de e-
Geometra de los pares de e-
N pares de e- de enlace
N pares de e- de no enlace
Geometra molecular
Ejemplo
AX4E2
AX5E1
113 Curso 2014/15
6 pares de e-: geometra electrnica octadrica AX4E2
Geometra molecular: depende del nmero de pares de e- de no enlace.
AX4E2
114 Curso 2014/15
115
Ejemplos: SOF4, XeO2F2, SF4, ClF3, I3-, BrF5, XeF4
Curso 2014/15
Enlace covalente: polares y no polares
Enlace no polar: enlace covalente en el
cual los electrones de enlace estn
igualmente compartidos por los dos
tomos.
Enlace polar: enlace covalente en el cual
los electrones de enlace no estn
igualmente compartidos por los dos
tomos.
-
-
-
- -
-
-
-
-
-
- +
Otra manera de clasificar los enlaces covalentes es segn su polaridad
116 Curso 2014/15
Enlace covalente: Molculas polares
La polaridad del enlace suele describirse en trminos del carcter inico
parcial. (Se cuantifica a travs del momento dipolar)
Momento dipolar (): es una medida del desplazamiento de la carga en un enlace covalente. Es igual al producto de las cargas () por su distancia de separacin (d): = d El momento dipolar se expresa en Debye(D): 1 D = 3,33564310-30Cm
117 Curso 2014/15
118
Los momentos dipolares son magnitudes vectoriales: se
representan con el vector apuntando al extremo negativo
del enlace.
Para que una molcula sea polar es necesario:
a) Que tenga algn enlace polar.
b) Que la resultante de los vectores de los momentos
dipolares de enlace no sea nula.
Todas las molculas diatmicas heteronucleares son
polares
Diferenc
ia de
electron
egativid
ad
Carcte
r inico
porcent
ual
Diferenc
ia de
electron
egativid
ad
Carcte
r inico
porcent
ual
0,1 0,5 1,7 51
0,2 1 1,8 55
0,3 2 1,9 59
0,4 4 2,0 60
0,5 6 2,1 67
0,6 9 2,2 70
0,7 12 2,3 74
0,8 15 2,4 76
0,9 19 2,5 79
1,0 22 2,6 82
1,1 26 2,7 84
1,2 30 2,8 86
1,3 34 2,9 88
1,4 39 3 89
1,5 43 3,1 91
1,6 47 3,2 93
Curso 2014/15
119 Curso 2014/15
Si hay pares de no enlace la molcula es polar.
Ejercicio: Determinar la geometra y polaridad de las molculas: HCl,
NH3, BF3, CCl4 y CH3Cl
120
Si los pares de e- son de enlace, la molcula es no polar. Cuando los pares estn distribuidos simtricamente alrededor del tomo central.
Curso 2014/15
121
Sustancias covalentes y sus propiedades
Los enlaces covalentes pueden formar tanto sustancias moleculares como sustancias cristalinas.
a) Sustancias covalentes MOLECULARES: agua, N2, O2, CO2, etc
Son gases y lquidos a temperatura ambiente. Estas sustancias estn hechas de molculas
discretas formadas por un nmero limitado y reducido de tomos unidos entre s por las
intensas fuerzas del enlace covalente. Sin embargo, las fuerzas de cohesin entre las
molculas son dbiles, lo que explica que las sustancias covalentes moleculares presenten
estados gaseoso o lquido
Presentan puntos de fusin y ebullicin bajos. La debilidad de las fuerzas de atraccin entre
las molculas que componen estas sustancias hace que se necesite poca energa para
separarlas, por lo que fundir o hacer hervir estas sustancias es relativamente sencillo.
No conducen la electricidad, dado que los electrones del enlace estn fuertemente
localizados y atrados por los dos ncleos de los tomos que los comparten. Curso 2014/15
122
Sustancias covalentes y sus propiedades
b) Sustancias covalentes CRISTALINAS: diamante (C-C), Grafito (C-C),
cuarzo ( SiO2), etc
Son slidos a temperatura ambiente, presentan una gran dureza (mayor que la de los cristales
inicos), y tienen puntos de fusin muy altos. Esto se debe a que el enlace covalente entre los
tomos que forman el cristal es muy fuerte, por lo que se necesita mucha energa para romper
la red cristalina.
Son insolubles en todos los disolventes comunes. Para que se disuelvan, han de romperse los
enlaces covalentes de todo el slido, lo cual es muy complicado.
Son malos conductores de la electricidad (salvo el grafito). En la mayora de las sustancias de
red covalente no hay electrones mviles que puedan transportar una corriente .
Curso 2014/15
Enlace metlico
123
El enlace metlico se produce entre tomos de elementos
metlicos. Para explicarlo se recurre al modelo conocido como
modelo de la nube o mar de electrones
Los tomos de los metales tienen pocos electrones en su ltima
capa(1,2 3). Estos tomos pierden fcilmente esos electrones
de valencia y se convierten en iones positivos (Na+, Cu2+, Mg2+)
tratando de alcanzar la estructura estable del gas noble ms
prximo. Los iones positivos resultantes se ordenan en el
espacio formando la red metlica. Los electrones de valencia
desprendidos de los tomos forman una nube de electrones que
pueden desplazarse a travs de toda la red de iones. De este
modo, todo el conjunto de los iones positivos del metal queda
unido mediante la nube de electrones con carga negativa que
les envuelve. Se forma as una red cristalina tridimensional (los
metales no estn formados por molculas).
El enlace metlico es, por tanto, no direccional. Curso 2014/15
124
Sustancias metlicas y sus propiedades Ejemplos de sustancias metlicas:
Mercurio (Hg) Hierro (Fe) Magnesio (Mg) Oro (Au)
Los metales son slidos a temperatura ambiente (excepto el mercurio que es lquido).
Presentan temperaturas de fusin y ebullicin muy elevadas.
Son muy buenos conductores de corriente elctrica: si se conecta el metal a los electrodos de
una pila, la nube de los electrones libres se puede poner fcilmente en movimiento, crendose
una corriente elctrica.
Son buenos conductores del calor, el calor se transporta a travs de los metales por las
colisiones entre electrones, que se producen con mucha frecuencia.
La mayora de los metales son dctiles (capaces de ser estirados para obtener alambres, hilos
o cables) y maleables (pueden extenderse en planchas o lminas delgadas). Los cristales
metlicos pueden deformarse sin
fracturarse o romperse.
Ductibilidad y maleabilidad de los metales. Curso 2014/15
125
Sustancias metlicas y sus propiedades
Muestran insolubilidad en agua y en otros disolventes comunes (tanto polares como apolares).
En algunos casos reaccionan con el disolvente.
Son muy solubles en estado fundido en otros metales, formando alecciones, es decir, mezclas
homogneas de metales, como el bronce (cobre y estao) o el latn (cobre y cinc)a veces
tambin hay mezclas con no metales, como, por ejemplo, el acero (hierro y carbono).
Poseen el caracterstico brillo metlico. Sin embargo al ser expuestos al aire reaccionan con el
oxgeno, tendiendo a formar xidos que alteran su aspecto y propiedades (proceso de
oxidacin) . Solo algunos metales , llamados metales nobles, como el oro y el platino, no se
oxidan, y son muy apreciados por ello.
Oxidacin. Curso 2014/15