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QUÍMICA 3 – 116056M
Grupo 1
2019-2
José Guillermo López
Clase 01 – 22 de octubre 2019
Departamento de Química
Facultad de Ciencias Naturales y Exactas
Universidad del Valle
Información General
José G. López
❑ Oficina: 320 – 2095
❑ Correo electrónico: jlopez.univalle@gmail.com
❑ Sesión de taller: Por definir.
❑ Talleres y material de consulta:
▪ Campus Virtual
http://campusvirtual.univalle.edu.co/
❑ Evaluación:
▪ Opción 1: 2 exámenes parciales y 2 exámenes opcionales.
▪ Opción 2: 3 exámenes parciales y 1 examen opcional (todo el contenido del 
curso). Se descarta la nota más baja de los 4 exámenes.
❑ Metodología:
▪ Clase magistral
▪ Sesión de taller
▪ Evaluación con exámenes parciales
❑ Salón de clases como recinto de aprendizaje
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Objetivos del Curso
José G. López
General:
Adquirir la preparación básica en estructura atómica y molecular 
(enlace químico) requeridos en los cursos posteriores de química 
orgánica, química inorgánica y química cuántica
Específicos:
1. Adquirir las herramientas conceptuales y cuantitativas básicas de la 
mecánica cuántica aplicada a la estructura de átomos y moléculas.
2. Emplear cuantitativamente los conceptos de orbital y configuración 
electrónica para interpretar las estructuras y los espectros 
electrónicos de los átomos y las moléculas y el comportamiento 
periódico de los elementos.
3. Promover la discusión crítica e informada de los alcances y 
limitaciones de las teorías estructurales de las sustancias utilizadas 
en la química moderna.
Contenido
0. Introducción: La Teoría Estructural Clásica
1. Comportamiento Cuántico
2. El Átomo de Hidrógeno: Orbitales Atómicos
3. Átomos Polielectrónicos y Propiedades Periódicas
4. Moléculas y Enlace Químico
José G. López
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Bibliografía Básica
❑ Cruz-Garritz D., J. A. Chamizo y A. Garritz; Estructura Atómica –
Un Enfoque Químico; Fondo Educativo Interamericano, 
México, 1986.
José G. López
❑ Gil, V.; Orbitals in Chemistry –A Modern Guide for Students; 
Cambridge University Press, Cambridge, 2000.
❑ DeKock, R. L. and H. B. Gray; Chemical Bonding and Structure; 
University Science Books, Sausalito, 1989.
❑ Arce J. C.; Notas de química cuántica; 2018. 
Fragmentos de los capítulos.
Química
1Chemistry. Encyclopædia Britannica, Encyclopædia Britannica 2009 Student and Home Edition.
José G. López
❑ Propiedades químicas: describen la forma como la sustancia cambia a 
otra sustancia.
❑ Propiedades físicas: describen la sustancia sin que ella cambie su 
identidad ó composición.
▪ Propiedades extensivas: Dependen de la cantidad de sustancia en la 
muestra.
▪ Propiedades intensivas: No dependen de la cantidad de sustancia en la 
muestra.
Ciencia que estudia las propiedades, composición y estructura 
de las sustancias, las transformaciones que sufren y la energía 
que se libera o absorbe durante estos procesos.1
Sustancia ≡ sustancia pura: porción de materia sujeta al estudio de la química.
¿Cómo identificar una sustancia? Propiedades
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Química
1Chemistry. Encyclopædia Britannica, Encyclopædia Britannica 2009 Student and Home Edition.
Ciencia que estudia las propiedades, composición y estructura 
de las sustancias, las transformaciones que sufren y la energía 
que se libera o absorbe durante estos procesos.1
José G. López
Sustancia ≡ sustancia pura: porción de materia sujeta al estudio de la química.
¿Cómo identificar una sustancia? Propiedades
¿Cómo diferenciar una sustancia de otra? Composición
❑ Una sustancia tiene composición fija.
❑ Una sustancia se clasifica como compuesto o elemento.
Compuesto
❑ Sustancia que puede descomponerse en sustancias más 
simples
❑ Proporción definida entre las sustancias más simples.
❑ Algunos métodos químicos para analizar la composición de 
una sustancia:
▪ Análisis químico clásico: basado en reacciones químicas de 
reactivos particulares con el analito (sustancia a ser analizada).
▪ Análisis electroquímico: uso de una celda electroquímica (galvánica 
o electrolítica) que contiene la sustancia. 
Electrólisis: descomposición de un compuesto causada por una 
corriente eléctrica externa.
▪ Análisis espectral: basado en la radiación electromagnética que 
absorbe o emite la sustancia.
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Compuesto
❑ Sustancia que puede descomponerse en sustancias más 
simples
❑ Proporción definida entre las sustancias más simples.
❑ Ejemplo: Electrólisis del agua
Hidrógeno (g)Oxígeno (g)
Agua
José G. López
Compuesto
100 g 11.1 g 88.9 g
José G. López
❑ Sustancia que puede descomponerse en sustancias más 
simples
❑ Proporción definida entre las sustancias más simples.
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Compuesto
200 g 22.2 g 177.8 g
José G. López
❑ Sustancia que puede descomponerse en sustancias más 
simples
❑ Proporción definida entre las sustancias más simples.
Compuesto
11.1 % 88.9 % 
5.9 % 94.1 %
José G. López
❑ Sustancia que puede descomponerse en sustancias más 
simples
❑ Proporción definida entre las sustancias más simples.
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Elemento
❑ Sustancia que no puede descomponerse en sustancias 
más simples por métodos químicos.
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Compuesto Elemento Elemento
Química
1Chemistry. Encyclopædia Britannica, Encyclopædia Britannica 2009 Student and Home Edition.
Ciencia que estudia las propiedades, composición y estructura 
de las sustancias, las transformaciones que sufren y la energía 
que se libera o absorbe durante estos procesos.1
José G. López
Sustancia ≡ sustancia pura: porción de materia sujeta al estudio de la química.
¿Cómo identificar una sustancia? Propiedades
¿Cómo diferenciar una sustancia de otra? Composición
❑ Una sustancia tiene composición fija.
❑ Una sustancia se clasifica como compuesto o elemento.
Mezcla: Combinación de dos o más sustancias con composición variable.
❑ Mezcla homogénea: Sus propiedades intensivas son uniformes en toda la 
mezcla. Ejemplo: soluciones.
❑ Mezcla heterogénea: Sus propiedades intensivas no son uniformes en toda 
la mezcla. Ejemplo: rocas
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Leyes Empíricas de los Compuestos Químicos
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❑ Conservación de la masa (Antoine Lavoisier 1773): 
La masa total de todas las sustancias presentes después de una reacción 
química es la misma masa total antes de que ocurra la reacción
100 g 11.1 g 88.9 g
200 g 22.2 g 177.8 g
▪ Existencia de “sustancias elementales” que nunca desaparecen
❑ Ley de proporciones definidas (Joseph Proust 1794): 
Diferentes muestras de un mismo compuesto puro contiene los mismos 
elementos en el mismo porcentaje de masa
11.1 % 88.9 %
▪ Distinguir un compuesto de una solución
▪ Unidad fundamental para cada elemento
Leyes Empíricas de los Compuestos Químicos
❑ Ley de proporciones múltiples (John Dalton 1804): 
Para dos o más compuestos que contienen los mismos elementos, los 
cocientes de las masas de los dos elementos en cualquier par de 
compuestos están en proporción de dos números enteros pequeños
11.1 % 88.9 %
5.9 % 94.1 %
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Proporción masa oxígeno 2:1
▪ Unidad fundamental para cada elemento.
▪ Compuestos como resultado de combinar elementos en un número apropiado 
de estas unidades fundamentales.
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Química
1Chemistry. Encyclopædia Britannica, Encyclopædia Britannica 2009 Student and Home Edition.
José G. López
Ciencia que estudia las propiedades, composición y estructura
de las sustancias, las transformaciones que sufren y la energía 
que se libera o absorbe durante estos procesos.1
Sustancia ≡ sustancia pura: porción de materia sujeta al estudio de la química.
¿Cómo identificar una sustancia? Propiedades
¿Cómo diferenciar una sustancia de otra? Composición
❑ Una sustancia tiene composición fija.
❑ Una sustancia se clasifica como compuesto o elemento.
¿De que están hechas las sustancias? Estructura
Química
1Chemistry. Encyclopædia Britannica, Encyclopædia Britannica 2009 Student andHome Edition.
José G. López
Ciencia que estudia las propiedades, composición y estructura
de las sustancias, las transformaciones que sufren y la energía 
que se libera o absorbe durante estos procesos.1
❑ Atomismo de los griegos Leucipo y Demócrito (460 AC – 370 AC):
▪ Primer sistema explícitamente materialista de la naturaleza.
▪ La naturaleza consiste de dos principios fundamentales: átomos y vacío.
▪ Los átomos, muy pequeños para ser vistos, vienen en una infinita variedad de 
formas y tamaños, cada uno indestructible, inmutable y rodeado de vacío.
▪ Los átomos colisionan entre sí y se unen con ganchos para formar agregados de 
formas y arreglos diferentes que dan lugar a las sustancias visibles del mundo.
❑ Atomismo en la era moderna temprana (1500 – 1800):
▪ Resurgimiento del atomismo y corpuscularismo (los corpúsculos, a diferencia de 
los átomos, pueden en principio dividirse) en el siglo XVII por Galileo Galilei, 
René Descartes, Robert Boyle e Isaac Newton entre otros.
▪ Primera teoría matemática del atomismo por Roger Boscovich (1758).
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Hipótesis Atómica de Dalton (1808)
❑ Cada elemento se compone de partículas extremadamente pequeñas 
llamadas átomos
▪ Pequeñas esferas sólidas e indestructibles (ley conservación de la masa)
▪ Idénticos en tamaño, masa y otras propiedades para un elemento dado
▪ Se asume que los átomos existen
José G. López
John Dalton
https://en.wikipedia.org/wiki/History_of_the_periodic_table
Hipótesis Atómica de Dalton (1808)
José G. López
❑ Los átomos pueden combinarse para formar estructura más complejas 
(compuestos químicos).
▪ Un compuesto químico tendrá el mismo número relativo de la misma clase 
de átomo (leyes proporciones definidas y múltiples).
▪ En una reacción química los átomos de un compuesto químico pueden 
separarse, combinarse o sufrir un rearreglo.
▪ Regla de la mayor simplicidad:
▪ El compuesto químico más simple 
formado por dos elementos 
diferentes contiene un átomo de 
cada elemento.
▪ Los átomos de un elemento no
pueden formar arreglos entre sí.
https://en.wikipedia.org/wiki/History_of_molecular_theory
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Hipótesis Atómica de Dalton (1808)
José G. López
❑ Los pesos atómicos de los elementos pueden calcularse de acuerdo al 
cociente de las masas en la que se combinan. 
▪ El átomo de hidrógeno se toma como referencia con un valor de una unidad 
de masa.
https://archive.org/details/newsystemofchemi01daltuoft/page/n237
1 volumen de 
hidrógeno
1 volumen de 
cloro
2 volúmenes de 
cloruro de hidrógeno
Hipótesis de Avogadro
José G. López
❑ Ley de volúmenes que se combinan (1808): 
El cociente entre los volúmenes de los gases que reaccionan y de los 
gases que se producen puede expresarse con números enteros pequeños
2 volúmenes 
de hidrógeno
1 volumen de 
oxígeno
2 volúmenes de 
vapor de agua
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Hipótesis de Avogadro
José G. López
1 volumen de 
hidrógeno
1 volumen de 
cloro
2 volúmenes de 
cloruro de hidrógeno
2 volúmenes 
de hidrógeno
1 volumen de 
oxígeno
2 volúmenes de 
vapor de agua
❑ Hipótesis de Avogadro (1811): 
Volúmenes iguales de gases, a la misma temperatura y presión, contienen 
el mismo número de moléculas
“Las partículas de los gases más pequeñas no son necesariamente átomos simples, 
sino un número de estos átomos unidos por atracción para formar una molécula”
Hipótesis de Avogadro
José G. López
❑ Hipótesis de Avogadro (1811): Volúmenes 
iguales de gases, a la misma temperatura y presión, 
contienen el mismo número de moléculas
❑ Ley de volúmenes que se combinan (1808): 
El cociente entre los volúmenes de los gases que 
reaccionan y de los gases que se producen puede 
expresarse con números enteros pequeños
J. Louis Gay-Lussac
▪ Posibilidad de determinar la masa molecular relativa de 
un gas a partir de la masa del gas con volumen conocido
https://en.wikipedia.org/wiki/History_of_molecular_theory
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Determinación de Pesos Atómicos
José G. López
❑ Stanislao Canizzaro:
▪ Uso de la hipótesis de Avogadro para la determinación de pesos atómicos
▪ Presentación de los nuevos pesos atómicos en el congreso de Karlsruhe (1860)
https://archive.org/details/sketchofcourseof00cannrich/page/16
❑ John Dalton:
▪ Tabla de pesos atómicos publicada en su libro A New System of Chemical 
Philosophy (1808).
▪ Resultados equivocados para algunos elementos, particularmente el oxígeno
La Tabla Periódica de los Elementos
José G. López
❑ Julius Lothar Meyer:
▪ Ley periódica: Si los elementos se organizan de acuerdo a sus pesos atómicos, 
caen en grupos de propiedades químicas y físicas similares que se repiten en 
intervalos periódicos.
Peso atómico
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T. Bayley, Philosophical Magazine, 13, (1882) p. 26 https://en.wikipedia.org/wiki/Julius_Lothar_Meyer
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La Tabla Periódica de los Elementos
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❑ Julius Lothar Meyer:
▪ Tabla de 28 elementos clasificados en seis familias verticales de acuerdo a su 
valencia y en orden horizontal creciente de pesos atómicos (1864).
▪ Valencia: “Poder de combinación de un elemento que siempre será satisfecho con 
el mismo número de átomos”.
https://en.wikipedia.org/wiki/Julius_Lothar_Meyer
La Tabla Periódica de los Elementos
José G. López
https://en.wikipedia.org/wiki/Periodic_table
❑ Dimitri Medeleev:
▪ Los elementos son listados en filas y columnas de acuerdo a su peso atómico 
en orden creciente, comenzando una nueva fila o columna cuando las 
propiedades de los elementos son similares.
Las tablas periódicas de los elementos de Mendeleev y Meyer son muy similares. 
Ambos químicos recibieron en 1882 la medalla Davy de la Royal Society en 
reconocimiento por sus trabajos sobre la ley periódica
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La Tabla Periódica de los Elementos
José G. López
https://en.wikipedia.org/wiki/Periodic_table
❑ Dimitri Medeleev:
▪ En el centro de la tabla periódica de los elementos hay espacios que reflejan la 
ausencia de tres elementos con pesos atómicos estimados de 44, 68 y 72.
▪ Mendeleev predijo las propiedades que debían tener dichos elementos.
▪ Estas predicciones, y otras posteriores, resultaron exitosas cuando se 
descubrieron los elementos correspondientes.
❑ Dimitri Medeleev:
▪ En el centro de la tabla periódica de los elementos hay espacios que reflejan la 
ausencia de tres elementos con pesos atómicos estimados de 44, 68 y 72.
▪ Mendeleev predijo las propiedades que debían tener dichos elementos.
▪ Estas predicciones, y otras posteriores, resultaron exitosas cuando se 
descubrieron los elementos correspondientes.
La Tabla Periódica de los Elementos
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https://en.wikipedia.org/wiki/History_of_the_periodic_table
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Teoría Estructural Clásica
José G. López
❑ ¿Por qué se unen los átomos para formar moléculas?
❑ Antigüedad y medioevo: los átomos se unen
entre sí por medio de ganchos
❑ Hipótesis de Boyle (1661): Las sustancias 
están compuestas por “corpúsculos” de 
diferentes tamaños y formas capaces de organizarse en grupos.
❑ Teoría de afinidad química 
(Geoffroy 1718): 
fuerzas alquímicas responsables 
de la unión de compuestos 
alquímicos
❑ Teoría del dualismo electroquímico 
(Jacob Berzelius 1819): 
las moléculas están formadas por 
una parte eléctrica positiva y otra 
negativa cuyas polaridades opuestas le confieren su estabilidad.
http://catalogue.museogalileo.it/object/TabulaAffinitatum.html
Teoría Estructural Clásica
José G. López
❑ ¿Cómo se unen los átomos para formar moléculas?
❑ Valencia química (Frankland 1852): 
Poder de combinación de un átomo con otros átomos, o grupos de 
átomos, para formar compuestos.
❑ Tetravalencia del carbono y la química orgánica estructural 
(Kekulé 1857, Couper 1858, Butlerov 1861): 
▪ “La suma de las unidades químicas de los elementos que se combinan con 
un átomo de carbono es 4”.▪ “Una molécula compleja queda determinada por la naturaleza, cantidad y 
estructura química de las partículas elementales que la componen”
▪ Estructura química: “Naturaleza y manera en la que se presentan enlaces 
mutuos entre los átomos de una molécula”
▪ A partir del comportamiento químico de una sustancia es posible identificar 
la forma en que se agrupan los átomos en la molécula correspondiente.
https://en.wikipedia.org/wiki/August_Kekulé
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Teoría Estructural Clásica
José G. López
Fórmula estructural: Fórmula química que provee información de la 
conectividad de los átomos en la molécula
H – O – H
agua
H – O – O – H
peróxido de 
hidrógeno H
|
H – C – H
|
H
metano
benceno
H2O H2O2
CH4
C6H6
Teoría Estructural Clásica
José G. López
❑ ¿Existen los átomos y las moléculas?
La teoría estructural clásica asume que existen pero no puede probarlo
❑ ¿Es la ley periódica general para todos los elementos?
La ley periódica, tal como era enunciada en el siglo 19, presentaba algunas 
excepciones, pero la teoría estructural clásica no podía explicarlas
❑ ¿Cuál es la causa del comportamiento periódico de los elementos?
La teoría estructural clásica no puede responder este interrogante
❑ ¿Qué origina la valencia de los átomos?
La teoría estructural clásica no puede responder este interrogante
❑ ¿Tienen las moléculas en realidad geometrías específicas?
La teoría estructural clásica asume que las moléculas tienen geometrías 
específicas pero no explica por qué.
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