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11SAN MARCOS REGULAR 2014 – II QUÍMICA TEMA 0 SNII2Q0 QUÍMICA TEMA 0 DENSIDAD Y TEMPERATURA DESARROLLO DEL TEMA Es una unidad de concentración física de toda especie homogénea. Nos indica la masa existente por unidad de volumen. Existen dos clases de densidad I. DENSIDAD ABSOLUTA Se define como la masa que hay en una unidad de volumen, para calcular su valor podemos utilizar la siguiente ecuación: D = m V Donde: m: masa V: volumen kg L ; g mL ; g cm3 ; Lb pie3 ;... etc. A. Principales densidades Sustancia D (g/mL) Agua 1,0 Aceite 0,8 Mercurio (Hg) 13,6 Amoníaco (NH3) 2,1 Hierro 7,8 Aire 1,3 Diamante 3,5 Grafito 2,2 II. DENSIDAD RELATIVA Se define como el resultado de la comparación de las densidades absolutas (entendiéndose por comparación, el dividir una densidad absoluta entre otra densidad absoluta, que se toma como comparación), para calcularla podemor utilizar: Da/b = Da Db III. DENSIDAD DE UNA MEZCLA La densidad de una mezcla es el promedio ponderado de las densidades de las sustancias que intervienen en la mezcla, se calcula mediante la siguiente ecuación: Dm = mT VT Donde: mt = m1 + m2 + m3 + m4 + ... + mn Vt = V1 + V2 + V3 + V4 + ... + Vn Casos especiales I. Si se mezclan volúmenes iguales de "n" componentes. Dm= D1 + D2 + D3 + ...+ Dn n II. Si se mezclan masas iguales de "n" componentes. 1 D1 + 1 D2 1 D3 1 Dn + + ... + n Dm = DENSIDAD DENSIDAD Y TEMPERATURA 22 SAN MARCOS REGULAR 2014 – IIQUÍMICATEMA 0 Problema 1 Convertir 27 °C a Kelvin A) 10K B) –273K C) 20K D) 300K E) 400K Resolución: T = 27 °C T = 27 °C + 273 T = 300K Respuesta: 300K Problema 2 Convertir 298K a grados Celsius A) 25 °C B) 27 °C C) 0 °C D) 127 °C E) 400 °C Resolución: T = 298K T = 298K – 273 T = 25 °C Respuesta: 25 °C Problema 3 ¿Cuál es la densidad de un líquido, si 20 mL de este, tiene una masa de 16 gramos. A) 0,2 g/mL B) 5 g/mL C) 0,1 mL D) 0,8 g/mL E) 0,19 g/mL Resolución: D = m V = 16 g 20 mL = 0,8 g mL Respuesta: 0,8 g/mL PROBLEMAS RESUELTOS La temperatura es una medida de a energía cinética media de las partículas constitutivas de un cuerpo material (átomos, iones o moléculas); o sea, es una medida del grado de movimiento molecular, iónido o atómico. La temperatura se mide con el termómetro. Es una propiedad intensiva de las sustancias; por ejemplo podemos hervir 300 g o 2 kg de H2O y la temperatura de ebullición, siempre será 100° C a la presión normal; es decir, no depende de la cantidad de materia. I. TERMÓMETRO Instrumento para medir la temperatura de un cuerpo, los cuales deben estar calibrados ciertas escalas que son de diferente rango y tipos, dependiendo de la magnitud de la temperatura. Ejemplo: Termómetro ordinario: Son tubos capilares que contienen mercurio (Hg) u otro líquido. II. ESCALA DE TEMPERATURA Los termómetros están graduados según ciertas escalas que podemos clasificarlas en dos grupos: A. Escalas relativas: Tienen como referencia los puntos de ebullición y congelación del agua (Celsius y Fahrenheit). B. Escalas absolutas: Tienen como referencia el cero absoluto (temperatura donde cesa todo movimiento molecular Kelvin y Rankine) III. CERO ABSOLUTO Es una temperatura hipotética, es el estado de temperatura más bajo que una sustancia podría alcanzar, a la cual según la teoría cinética molecular cesaría todo movimiento de las moléculas (si T = 0 ⇒ Ec = 0), la presión y el volumen serían nulos, esto implicaría una ausencia total de materia lo cual es denominado vacío absoluto. Según determinaciones experimentales que se detallaran en el tema de gases ideales el cero absoluto se presenta a –273,15° C y fue Lord Kelvin que comprendió por primera vez (1848) su significado como la menor temperatura alcanzable de una sustancia. En la práctica es imposible alcanzar esta temperatura. Comparación de las escalas de temperatura Escalas Pto. ebullición del H2O Pto. congelación del H2O Pto. congelación del H2O + NH4Cl Cero Absoluto C 100 0 –273 F 212 32 0 –460 K 373 273 0 R 672 492 0 0 Transformaciones entre escalas °C 5 °F–32 9 K–273 5 R–492 9 = = = A partir de esta expresión general, obtenemos las siguientes relaciones particulares. °C 5 °F–32 9 = ⇒ K = °C + 273 °F–32 9 = R–492 9 ⇒ R = °F + 460 IV. VARIACIÓN DE TEMPERATURA (DT) Nos indica los incrementos de aumento o disminución de temperatura. 1 °C < > 1,8 ° F < > 1K <> 1,8 R DT = Tf – Ti ⇒ Tf = Ti – DT TEMPERATURA DENSIDAD Y TEMPERATURA 33SAN MARCOS REGULAR 2014 – II QUÍMICA TEMA 0 PROBLEMAS DE CLASE 1. ¿Cuál es la unidad de la densidad según el S.I.? A) g/mL B) g/cm3 C) kg/L D) kg/m3 E) g/m3 2. Determine la masa de un cuerpo de 2 g/cm3 si ocupa un volumen de 400 mL. A) 0,4 kg B) 0,8 g C) 800 g D) 0,1 g E) 1,2 kg 3. Determine la densidad de una mezcla formada por 200 mL de agua y 0,2 L de vinagre. ρagua = 1 g/mL ρvinagre = 0,75 g/mL A) 0,452 g/mL B) 0,645 g/mL C) 0,875 g/mL D) 0,750 g/mL E) 1,250 g/mL 4. Se prepara una mezcla con 700 g de diamante y 500 g de hierro. ¿Cuál es la densidad de la mezcla? ρdiamante = 3,5 g/cm 3 ρhierro = 7,9 g/cm 3 A) 4,56 g/mL B) 4,38 g/mL C) 1,26 g/mL D) 9,04 g/mL E) 8,75 g/mL 5. Hallar la densidad de una mezcla de alcohol y etilenglicol formada en una relación de volúmenes de 2 a 3 respectivamente y sus densidades son 0,789 y 1,11 g/mL respectivamente. A) 1,09 g/mL B) 1,04 C) 1,16 D) 0,9 E) 1,40 6. Dado el siguiente esquema: 40 ml 40 ml 0 ml 0 ml mprobeta = 250 g mtotal = 275 g Hallar la densidad del líquido. A) 800 kg/m3 B) 750 g/mL C) 666 g/mL D) 0,833 g/mL E) 720 g/cm3 7. Marque la relación incorrecta: I. K = °C + 273 II. R = °F + 460 III. F = 1,8 °C – 32 A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) I Y II E) II y III 8. ¿Cuál de las siguientes temperaturas corresponde al cero absoluto? A) 0 °C B) –273 °C C) 32 °F D) 0 K E) b y d 9. ¿A qué temperatura en grados Rankine equivale –25 °C? A) 540 R B) 160 R C) 320 R D) 447 R E) 780 R 10. Un incremento de temperatura de 40ºC equivale a un incremento de: A) 72 K B) 72 ºF C) 40 R D) 40 ºF E) 72 ºC 11. En el siguiente gráfico determinar “x” en grados “N: °N °C x 80 0 100 345 –20 A) 345 °N B) 325 °N C) 227 °N D) 285 °N E) 275 °N 12. Alumnos de la UNMSM construyen una nueva escala de temperatura «U» , donde el agua se congela a 10 °U y hierve a 150 °U. ¿A qué lectura se cumple que la lectura en °C coincida con la lectura en °U? A) –20 °U B) 25 °U C) –25 °U D) 30 °U E) –30 °U 11SAN MARCOS REGULAR 2014 – II QUÍMICA TEMA 1 SNII2Q1 QUÍMICA TEMA 1 MATERIA Y ENERGÍA DESARROLLO DEL TEMA MATERIA: • Posee masa y volumen. • Posee movimiento • Es toda realidad objetiva perceptible a los sentidos. Según Einstein la materia es la energía condensada y la energía es la materia dispersada. I. PROPIEDADES DE LA MATERIA A. Propiedades Generales o Extensivas: Dependen de la masa. 1. Inercia 2. Indestructibilidad 3. Impenetrabilidad 4. Extensión 5. Gravedad 6. Divisibilidad B. Propiedades Particulares o Intensivas: No dependen de la masa 1. Temperatura 2. Presión 3. Densidad 4. Color 5. Elasticidad 6. Porosidad 7. Maleabilidad (Láminas) 8. Ductibilidad (Hilos) 9. Flexibilidad 10. Dureza 11. Conductibilidad 12. Viscosidad 13. Tenacidad 14. Comprensibilidad y Expansibilidad II. ESTADOS DE LA MATERIA 1. Sólido: FUERZA > FUERZA COHESIÓN REPULSIÓN FORMA : DEFINIDA VOLUMEN : INVARIABLE COMPRESIÓN : NULA 2. Líquido: FUERZA = FUERZA COHESIÓN REPULSIÓN FORMA : NO DEFINIDA VOLUMEN : INVARIABLE COMPRESION : POCO 3. Gaseosa: (Fluidos compresibles) FUERZA > FUERZA REPULSIÓN COHESIÓN FORMA : NO DEFINIDA VOLUMEN : INVARIABLE COMPRESIBLE : SI 4. Plasmático: Sistema que se halla a elevadas temperaturas (2.104K), constituidos por Iones y Partículas subatómicas. El Sol,Estrellas, Núcleos de la Tierra. COLOIDE: • Fenómeno de Dispersión de la luz (EFECTO TYNDALL) • Tiene 2 fases: Dispersa y Dispersante. • Tiene movimiento Browniano • para reconocerlo se aplica el “Efecto Tyndall” Ej. Gelatina, Flan, Clara de huevo. MATERIA Y ENERGÍA 22 SAN MARCOS REGULAR 2014 – IIQUÍMICATEMA 1 III. CAMBIOS DE LA MATERIA A. Cambios o fenómeno físicos • Cambia solo la apariencia y mantiene constante su composición. • Pueden regresar a su estado inicial SÓLIDO LÍQUIDO GASEOSO FUSIÓN SOLIDIFICACIÓN LIC UA CIÓ N VA PO RIZ AC IÓ N SUBLIMACIÓN COMPENSACIÓN – Sublimación: Hielo seco (CO2), Naftalina, Etc. – VAPORIZACIÓN (toda la Masa): – EVAPORACIÓN: se produce en la superficie Ejm.: H2O del mar – VOLATIZACIÓN: se evapora sin hervir. Ejm: Acetona, Bencina B. Cambio o fenómeno químicos • Cambia su composición química • No puede regresar a su estado inicial por procesos físicos. • Oxidación, reducción, combustión, fermentación, fotosíntesis, respiración, electrolisis, digestión, formación de lluvia ácida. C. Cambio o fenónmeno alotrópico C(GRAFITO) → C(DIAMANTE) Diamante Grafito Fullereno C60 IV. CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA MATERIA Sustancia Mezcla Simple Homogénea Compuesto Heterogénea • Ozono (O3) • Sodio (Na) • agua + sal • Agua (H2O) • FeO • NaCl • agua + aceite A. Sustancia • Composición definida y constante • Presentan formula química 1. SIMPLE (elemento): Presenta un solo tipo de átomo. – Ozono (O3) – oxigeno (O2) – Grafito (C) – diamante (C) – Fosforo (P): blanco– rojo – Asufre (S) : rómbico–monoclinico 2. COMPUESTA: Presentan de dos a mas tipos de átomo. – Agua(H2O) – Peróxido de hidrogeno(H2O2) – Etanol – Glucosa – propano B. Mezcla • Composición definida y constante • No presentan formula química 1. HOMOGÉNEA: Solución MEZCLA HOMOGÉNEA (AGUA Y SAL) MATERIA Y ENERGÍA 33SAN MARCOS REGULAR 2014 – II QUÍMICA TEMA 1 – Agua + sal – Agua + azúcar – Limonada – Vinagre – Aire – petroleo – Laton (Cu+Zn) – Bronce (Cu+Sn) – Acero (Fe+C) 2. HETEROGÉNEA: Coloide y suspensión MEZCLA HETEROGÉNEA (AGUA Y ACEITE) COLOIDES: SUSPENSIÓN – Mayonesa Agua+aceite – Neblina agua+ arena – Mantequilla milanta – Gelatina concreto ENERGÍA Es todo aquello capaz de producir trabajo. También se define como materia dispersa. Clases: Energía Mecánica, Energía Eléctrica, Energía Química, Energía Radiante, Energía Luminosa y Energía Atómica. LEY DE LA CONSERVACIÓN DE LA MASA DE EINSTEIN, estableció 2 ecuaciones: 1era. Ecuación: E = m.c2 m = masa (g, kg) c = velocidad de la luz c = 3.105 km/s c = 3.108 m/s c = 3.1010 cm/s E = Energía (ergios, joules) 2da. Ecuación mf = m0 J K L Vf c N O P 2 1– m0 = masa en reposo mf = masa en movimiento vf = velocidad final c = velocidad de la luz I. MEZCLAS Y COMBINACIONES A. Mezclas Son aquellas cuyos componentes se encuentran en cualquier proporción no sufren cambios en sus propiedades, no hay reacción química y pueden separarse por métodos físicos Ejm. AGUA DE MAR, LATÓN, PETROLEO • SISTEMA DE UNA MEZCLA Fases: Separaciones (Liq., Sol., Gas., Coloide, etc.) • COMPONENTES Pueden ser elementos o compuestos. Ejm.: Cu, H2O • CONSTITUYENTES Tipos de átomos de la mezcla. Ejm. H2O + NaCl Constituyentes: H, O, Na, Cl B. Combinaciones Son aquellos cuyos componentes están en proporciones definidas y fijas, donde ocurren reacciones químicas, formando así los productos (nuevas sustancias) sólo se separan por medios químicos. Ejm: LA COMBUSTIÓN DEL PAPEL MATERIA Y ENERGÍA 44 SAN MARCOS REGULAR 2014 – IIQUÍMICATEMA 1 Problema 1 En la detonación de una bomba atómica, se observa que de 1 kg de uranio−235, el 10% se convierte en energía. Determine, ¿cuántos joules de energía se han producido? A) 70 TJ B) 500 TJ C) 9 PJ D) 5 GJ E) 40 GJ Resolución: Según Einstein: E = Dm . c² E = J K L 10 100×1000g N O P J K L 3×10 8m s g N O P 2 E = 9 × 1015J 9 Peta Joule Respuesta: 9 PJ Problema 2 En un proceso de fisión nuclear se utilizó 0,5 kg de Plutonio–239, observándose una liberación de 90 TJ de energía. ¿Qué porcentaje de la masa inicial no se convirtió en energía? A) 92,5 B) 82,5 C) 5,2 D) 99,8 E) 95,2 Resolución: Según Einstein E = Dm . c² Dm = E c2 = 90 × 1012 J K L 3×108ms N O P 2 Dm = 10−3 kg = 0,001 kg El porcentaje de masa inicial que no se convierte en energía es: % = 0,5 – 0,001 0,5 × 100 = 99,8 Respuesta: 99,8 Problema 3 ¿Qué elemento no t iene formas alotrópicas? A) Azúfre B) Oxígeno C) Fósforo D) Carbono E) Nitrógeno Resolución: El N2 (g) no tiene formas alotrópicas. Respuesta: Nitrógeno PROBLEMAS RESUELTOS PROBLEMAS DE CLASE EJERCITACIÓN 1. Marque la secuencia de métodos de separaciones físicas que emplearía para separar una mezcla formada por agua, cloruro de sodio y cuarzo. (SiO2) A) Ebullición, decantación B) Filtración, evaporación C) Destilación, centrifugación D) Evaporación, trituración E) Decantación, sedimentación 2. Determine la cantidad de calor en Kcal necesaria para que 3 litros de agua eleven su temperatura de 20ºC a 30ºC. Dato: c.e.agua= 1 cal g °C ρagua= 1 g mLA) 3,0 × 10–1 B) 3,0 × 104 C) 3,0 × 10–2 D) 3,0 × 101 E) 3,0 × 102 3. En una reacción nuclear se liberan 4,5x1011J dejando una masa residual de material radioactivo de 10mg. Determine el porcentaje de la masa que se transformó en energía. A) 48,5 B) 66,7 C) 33,3 D) 6,67 E) 98,2 4. Marque la alternativa correcta que clasifique respectivamente a los cambios como físicos, químicos y nucleares. I. fermentación de la glucosa II. Dilatación de una barra de cobre III. Generación de una partícula α IV. Reducción del cloro V. Fusión del cloruro de sodio A) FQNFQ B) FFQQF C) QFQQF D) QQNFF E) QFNQF 5. Señale la propiedad general de la materia: A) elasticidad B) comprensibilidad C) viscosidad D) impenetrabilidad E) dureza PROFUNDIZACIÓN 6. Determine el calor específico en cal/ °C del hkierro, si para modificar en 70 °C la temperatura de 205 g de este metal se necesitan 1520 calorías. A) 1,06 x 100 B) 1,06 x 101 C) 1,06 x 10–1 D) 1,06 x 10–2 E) 1,06 x 102 7. Respecto a materia es incorrecto afirmar: A) El cuerpo material puede ser homogénea o heterogénea B) Se encuentra en constante movimiento C) Una propiedad importante de la materia en su forma condensada, es la inercia D) Se manifiesta como cuerpo material (sustancia) y como energía. E) La masa y la energía no son interconvertibles MATERIA Y ENERGÍA 55SAN MARCOS REGULAR 2014 – II QUÍMICA TEMA 1 8. Indique. ¿Qué propiedad de la materia es considerada intensiva? A) Densidad B) Peso C) Fuerza D) Volumen E) Masa 9. Señalar la afirmación incorrecta: A) El oxígeno, carbono poseen fenómeno alotrópico B) La mezcla de agua, sal y azúcar es monofásica C) Agua y alcohol forman una mezcla homogénea D) Agua y aceite forman mezcla heterogénea E) Combinación química es lo mismo que mezcla SISTEMATIZACIÓN 10. Indique la relación incorrecta: A) Mercurio : Sustancia simple B) Azúcar : Sustancia compuesta C) Agua oxigenada : Mezcla homogénea D) Diamante : Sustancia pura E) Bronce : Mezcla heterogénea 11. Se tiene en laboratorio las siguientes muestras: I. Grafito II. Agua destilada III. Agua potable IV. Agua regia V. Ácido muriático Indique aquellas que son mezclas. A) III, IV y V B) II, V y VI C) I, II, IV y V D) I, II y V E) Todos 12. De acuerdo a las propiedades de la materia que relación no es adecuada: I. Plata II. Fotosíntesis III. Densidad IV. O2(l) → O2(g) V. H2O(l) → H2O(s) a. Propiedad intensiva b. Vaporización c. Fenómeno químico d. Maleable e. Fenómeno alotrópico A) Id B) IIc C) IIIa D) IVbE) Ve 11SAN MARCOS REGULAR 2014 – II QUÍMICA TEMA 2 SNII2Q2 QUÍMICA TEMA 2 ÁTOMO - NÚMEROS CUÁNTICOS DESARROLLO DEL TEMA I. TEORÍAS Y MODELOS ATÓMICOS A. Teoría Atómica de Dalton (1808) Su modelo atómico se basa en los postulados que se presentan a continuación: 1. Todos los elementos químicos están constituidos por átomos los cuales son partículas invisibles e indivisibles. 2. Los átomos de un mismo elemento presentan igual tamaño, masa y otras propiedades. 3. Los átomos diferentes poseen propiedades diferentes. 4. En una reacción química los átomos se reordenan sin destruirse, lo cual ocurre en proporciones numéricas simples. Ejemplo: + C O CO Ejemplo: C O CO2 B. Identificación del electrón • Los rayos catódicos fueron descubiertos por Julius Plücker (1859) y fueron estudiados con más detalle por Willian C rookes (1886). El tubo de rayos catódicos consiste en un tubo de vidrio sellado que contiene gas a presiones muy bajas, este tubo posee dos placas, el cátodo (–) y el ánodo (+), cuando se aplica un alto voltaje (10000 voltios), la placa con carga negativa (cátodo) emite un rayo invisible (rayo catódico) el cual se dirige a la placa con carga positiva (ánodo). • En 1897 Joseph Thomson utiliza un tubo de rayos catódicos en el cual instala un campo eléctrico mediante placas cargadas y observó que los rayos se desviaban hacia la placa positiva con lo cual concluyó que el rayo catódico es una corriente de partículas con cargas negativas, a dichas partículas las llamo electrones, como había sugerido anteriormente Stoney. + + + + – – – – Cátodo (–) Ánodo (+) Ranura en el ánodo Experimento de Thomson Rayos Catódicos desviados ÁTOMO - NÚMEROS CUÁNTICOS 22 SAN MARCOS REGULAR 2014 – IIQUÍMICATEMA 2 C. Modelo Atómico de Thomson (1904) Thomson partiendo de su descubrimiento o plantea que el átomo es una esfera de masa compacta y de carga positiva distribuida homogeneamente en la cual se encuentran incrustados los electrones de carga negativa de tal manera que neutraliza la carga positiva de la esfera. A este modelo se le conoció como el modelo del budín con pasas. D. Modelo Atómico de Rutherford (1911) Después de realizar el experimento del pan de oro Rutherford descubre el núcleo atómico con lo cual plantea su modelo atómico, que considera al átomo como un sistema planetario en miniatura cuya parte central posee un núcleo diminuto y positivo alrededor del cual giran los electrones en orbitas circulares y concéntricas. E. Modelo Atómico de Niels Bohr Niels Bohr no descarta totalmente el modelo de Rutherford, estando su modelo basado en los siguientes postulados. Primer Postulado Los electrones giran alrededor del núcleo en estado de equilibrio debido a que las fuerzas que actúan sobre el se anulan entre si. Segundo Postulado Los electrones solo pueden girar en ciertas regiones llamadas niveles de energía. Tercer Postulado Cuando un electrón gira en un nivel u orbita permitida no emite ni absorbe energía. Cuarto Postulado El electrón emite energía cuando se acerca al núcleo y absorbe energía cuando se aleja de él. + + Núcleo Núcleo e– n = 1 (nivel de energía) MAYOR ENERGÍA EMITE ENERGÍA ABSORBE ENERGÍA MAYOR ENERGÍA n = 1 n = 2 n = 2 F. Modelo Atómico de Bohr–Sommerfield (1913) Arnold Sommerfield formuló la existencia de los subniveles de energía, sostuvo también que los electrones aparte de seguir orbitas circulares también seguían orbitas elípticas G. Modelo Atómico Actual Según el modelo atómico actual el átomo presenta dos partes: el núcleo y la zona extranuclear. ÁTOMO - NÚMEROS CUÁNTICOS 33SAN MARCOS REGULAR 2014 – II QUÍMICA TEMA 2 1. Núcleo Parte central del átomo, contiene a los protones y neutrones. Es muy pequeña en comparación al átomo. DA ≈ 10000DN Donde: DA → Diámetro del átomo DN → Diámetro del núcleo Concentra el 99,99% de la masa total. 2. Zona extranuclear Parte externa del átomo que envuelve al núcleo y contiene los electrones. 3. Clasificación de partículas + + +++ + + Núcleo atómico Zona extranuclear DA DN Nota: Jhon Dalton poseía un deficiente manejo del lenguaje y su único pasatiempo era jugar a los bolos los jueves por la tarde. Probablemente la visión de esas bolas de madera le dio la idea de la teoría atómica. PARTÍCULAS SUB ATÓMICAS LEPTONES Partículas de interacción débil, parecen no tener ninguna estructura HADRONES Partículas constituidas por Quarks. Electrón (e–) BARIONES Tiene espín fraccionario y están formados por 3 Quark Neutrino (N) Muón (u) MESONES Tienen espín entero y están formados por 2 Quark Protón Neutrón Hiperón Λ Hiperón Σ Hiperón W Mesones p (Pión) Mesones k (kaón) QUARK - Son las mínimas expresiones de materia hasta ahora encontradas. - Hoy conocemos 6 tipos de Quark. QUARK SIGNIFICADO SÍMBOLO SPIN CARGA Up Down Charm Strange Top Bottom Arriba Abajo Encanto Extraño Cima Profundo u d c s t b 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 +2/3 –1/3 +2/3 –1/3 +2/3 –1/3 ÁTOMO - NÚMEROS CUÁNTICOS 44 SAN MARCOS REGULAR 2014 – IIQUÍMICATEMA 2 4. Partículas Subatómicas fundamentales Como puedes notar el átomo posee una gran variedad de partículas (200) de las cuales 3 son las más importantes (p+, n°, e–) y por eso se llaman partículas fundamentales. Características de las partículas subatómicas fundamentales PARTÍCULA PROTÓN NEUTRÓN ELECTRÓN Símbolo p+ n° e– Masa g 1,672 × 10–24 1,675 × 10–24 9,1095 × 10–28 uma 1,0073 1,0087 0,00055 Carga Absoluta +1,6022 × 10–19 C 0 +1,6022 × 10–19 C Relativa +1 0 –1 Descubridor E. Rutherford (1919) T. Chadwick (1932) J. Thomson (1897) Nota: masa neutrón > masa protón > masa electrón u d u –1/3 +2/3 (carga del protón) Un protón está formado por 2 Quarks Up y un Quark Down qp = + 2 3 + 2 3 – 1 3 = + 1 Estructura del Protón +2/3 qp = +1 d u d +2/3 –1/3 (carga del neutrón) Un neutrón está formado por 2 Quarks Down y un Quark Up. qn = + 2 3 – 2 3 – 1 3 = 0 Estructura del Neutrón –1/3 qn = 0 5. Representación de un núclido Se llama núclido a un átomo con un número de p+ y n° definido. EAZ Donde: A = Número de masa Z = Número atómico N = Número de neutrones (#n°) Z = #p+ A = Z + N N = A – Z Ejemplo: K3919 A = 39 Z = 19 #P+=19 N = 20 #e–=19 Si: Se tiene: Observación: 1. En todo átomo neutro se cumple: #p+ = #e– = Z 2. Cuando un átomo no es neutro se le llama ión. Ión Catión (x+), perdió electrones Anión (x–), ganó electrones Ejemplos: Al27 +313 A = 27 Z = 13 #P+=13 N = 14 #e–=13–3 = 10 Si: Se tiene: Cl37 –17 A = 37 Z = 17 #P+=17 N = 20 #e–=17+1 = 18 Si: Se tiene: Nota: Se llama número atómica al número de protones. Se llama número de masa al número de partículas fundamentales en el núcleo. II. CLASIFICACIÓN DE NÚCLIDOS A. Isótopos(Hílidos) Poseen igual "Z" y pertenecen al mismo elemento ÁTOMO - NÚMEROS CUÁNTICOS 55SAN MARCOS REGULAR 2014 – II QUÍMICA TEMA 2 químico. Los isótopos poseen propiedades químicas iguales y propiedades físicas diferentes. Ejemplo: Isótopos del hidrógeno. H11 H 2 1 H 3 1 Abundacia Forma Protio 99,985% Agua común Agua pesada Agua super pesada H2O D2O T2O Deuterio 0,015% Tritio 10–15% B. Isóbaros Poseen igual "A", tienen propiedades físicas y químicas diferentes. Ejemplo: Ca 40 20 Ar 40 18 A = 40 A = 40 C. Isótonos Poseen igual "N", tienen propiedades físicas y químicas diferentes. Ejemplo: Na 23 11 Mg 24 12 N = 12 N = 12 III. ESPECIES ISOELECTRÓNICAS Son aquellas especies químicas que poseen igual cantidad de electrones. Ejemplo: N –37 Na +1 11 #e– = 7 + 3 = 10 #e– = 11 – 1 = 10 Nota: #e– = Z– (Carga del ión) NÚMERO CUÁNTICO PRINCIPAL (N) Determina el nivel principal de energía para un electrón y el tamaño del orbital. Define el tamaño del orbital, porque a mayor "n" mayor tamaño". 1 s 1s n = 2n = 1 K n=1 n=2 n=3 n=4 n=5 n=6 n=7 Capas Núcleo Niveles + L M N O P Q AUMENTA ESTABILIDAD AUMENTA ENERGÍA Se cumple: #max e– = 2n 2 nivel Si: n = 3 #maxe– = 2(3) 2 = 18 I. NÚMERO CUÁNTICO SECUNDARIO (l) También se denomina número cuántico azimutal o del momento angular, designa para el electrón el subnivel de energía donde este debe encontrarse dentro de un nivel "n" y define para el orbital la forma geométrica. l = 0, 1, 2, 3, ..., (n – 1) Relación de subniveles para cada valor de L. l Subnivel Nombre 0 1 2 3 s p d f Sharp Principal Difuso Fundamental Ejemplos: • n = 1 • n = 3 l = 0 l = 0, 1, 2 ↓ ↓ ↓ ↓ s s p d • n = 2 • n = 4 l = 0, 1 l = 0, 1, 2, 3 ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ s p s p d f ÁTOMO - NÚMEROS CUÁNTICOS 66 SAN MARCOS REGULAR 2014 – IIQUÍMICATEMA 2 FORMAS DE LOS ORBITALES Orbital "s" Orbital "p" Orbital "d" Orbital "f" y x z x z y x II. NÚMERO CUÁNTICO MAGNÉTICO (ml) Determina para el electrón el orbital donde se encuentra dentro de un cierto subnivel de energía, determina para el orbital, la orientación espacial que adopta cuando es sometido un campo magnético externo. ml = –l1, ... , –1, 0, +1, ..., + l Valores para "ml": l Subnivel Orbitales Número de orbitales (2l + 1) Número de máximo de e– (4l + 2) 0 s PS s ml 0 1 2 1 p PS Px PS Py PS Pz ml –1 0 +1 3 6 2 d PS dxy PS dxz PS dz2 PS dyz PS dx2–y2 ml –2 –1 0 +1 +2 5 10 3 f ml PS –3 PS –2 PS –1 PS 0 PS +1 PS +2 PS +3 7 14 Gráficas de los principales orbitales atómicos a) Orbital "s" x z y b) Orbitales p (forma dilobular) x x Px Py Pz x z z z y y y Gráficas de los orbitales "p": c) Orbitales d (forma tetralobular) dyz dxz dxy dz2dx2 – y2 ÁTOMO - NÚMEROS CUÁNTICOS 77SAN MARCOS REGULAR 2014 – II QUÍMICA TEMA 2 III. NÚMERO CUÁNTICO DEL ESPÍN MAGNÉTICO (ms) Define el sentido de rotación de un electrón alrededor de su eje imaginario. Giro Antihorario Giro Horario P S Eje imaginario ms = + 1/2 ms = – 1/2 Problema 1 Determina el número de nucleones fundamentales (A), si: A + Z + N = 100 SAN MARCOS NIVEL FÁCIL A) 10 B) 20 C) 30 D) 40 E) 50 Resolución: A + Z + N = 100 14243 A + A = 100 2A = 100 \ A = 50 Respuesta: 50 Problema 2 Sea el átomo: E 33 1 x+1 x+2 Halla la carga nuclear (Z). A) 14 B) 15 C) 16 D) 17 E) 18 SAN MARCOS NIVEL INTERMEDIO Resolución: A = Z + N 33 = x + 1 + x + 2 33 = 2x + 3 x = 15 Se cumple ⇒ p+ = e– = Z = x + 1 \ Z = 16 Respuesta: 16 Problema 3 Halla el N° de masa (A) de un átomo que posee 38 neutrones y su configuración es [Kr]5s1. A) 70 B) 75 C) 80 D) 85 E) 90 SAN MARCOS 1990 NIVEL FÁCIL Resolución: Datos: N° n° = 38 C.E.: [Kr]5s1 Sabemos: Z(Kr) = 36 ⇒ Zátomo = N° p + = 36 + 1 = 37 → A = p+ + n° → A = 38 + 37 = 75 \ El número de masa es 75 Respuesta: 75 PROBLEMAS RESUELTOS PROBLEMAS DE CLASE EJERCITACIÓN 1. Respecto a los átomos, según la Teoría Actual, es falso: I. El neutrón es la partícula más pesada en el átomo. II. El núcleo concentra la casi totalidad de la masa del átomo. III. Loa electrones poseen una carga negativa IV. Todos los átomos de un mismo elemento son idénticos. V. Los electrones se encuentran fuera del núcleo, desplazándose en reg iones de máx ima probabilidad. A) Solo I B) II y III C) III y V D) Solo IV E) IV y V 2. Un catión divalente presenta 43 neutrones y un número de masa que excede en una unidad al doble de su número atómico. Indique el valor de la carga nuclear. A) 40 B) 42 C) 44 D) 46 E) 48 3. En el núcleo de un átomo existe neutrones equivalentes al doble de los protones, si la suma del número de masa, el número atómico y el número de neutrones es 108. ¿Cuántos neutrones posee el átomo? ÁTOMO - NÚMEROS CUÁNTICOS 88 SAN MARCOS REGULAR 2014 – IIQUÍMICATEMA 2 A) 36 B) 34 C) 38 D) 32 E) 18 4. Si un catión (+2) tiene 30 electrones y 34 neutrones en su núcleo. Hallar su número másico. A) 60 B) 62 C) 64 D) 66 E) 58 5. Si la suma de protones de los iones A+2 y B–3 es 38. Determinar la suma de los números atómicos de los iones A–2 y B+5. A) 35 B) 36 C) 37 D) 38 E) 34 PROFUNDIZACIÓN 6. La suma de los números atómicos de dos isóbaros es 100 y la suma de sus números de neutrones es 120. Hallar el número de masa de los isóbaros. A) 100 B) 105 C) 110 D) 115 E) 120 7. Se tiene los átomos “J”, “L” y “Q”, los cuáles tienen carga nuclear consecutiva y dichos átomos son isóbaros. Si la suma de sus nucleones neutros es 69 y sus nucleones fundamentales suman 132. Determine el valor de su carga nuclear del átomo con mas neutrones. A) 21 B) 20 C) 22 D) 23 E) 24 8. ¿Cuál de los siguientes subniveles tiene más energía? A) 4f B) 3d C) 4s D) 5s E) 5p 9. ¿Qué significa la notación 5d5? A) Cinco orbital “d” incompletos cuyos números cuánticos n= 5 y l = 2. B) Cinco electrones que consti- tuyen 3 orbítales “d” cuando n = 4 C) Cuatro orbítales “d” completos orientados según cinco valores de “m” D) Cuatro electrones en los orbíta- les “d” cuando “n” es igual a 4 E) N.A. SISTEMATIZACIÓN 10. ¿Cuál de las siguientes combinaciones no representa un orbital permitido? I. 3 0 1 – 1/2 II. 2 2 0 + 1/2 III. 4 3 –4 – 1/2 IV. 2 2 –2 – 1/2 V. 5 2 2 + 3/2 A) Sólo III B) IV y V C) III, IV y V D) II, IV y V E) todos 11. Determine la combinación de números cuánticos para el último electrón distribuido para un átomo que presenta 127 nucleones de los cuales 74 son neutrones. A) 5; 1; 0; –1/2 B) 5; 1; 0; +1/2 C) 5; 1; +1; –1/2 D) 5; 1; –1; +1/2 E) 5; 1; –1; –1/2 12. Cada uno de los siguientes grupos de números cuánticos describe un electrón en un átomo. Señale el de menor energía?. A) 3; 2; –1; –1/2 B) 5, 1; –1; +1/2 C) 2; 0; 0; +1/2 D) 4; 2; –1; +1/2 E) (1; 0; 0; –1/2) 11SAN MARCOS REGULAR 2014 – II QUÍMICA TEMA 3 SNII2Q3 QUÍMICA TEMA 3 CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA Y TABLA PERIÓDICA DESARROLLO DEL TEMA Consiste en distribuir los electrones de un átomo en niveles, subniveles y orbitales. I. PRINCIPIO DE AUFBAU (CONSTRUIR) Consiste en distribuir los electrones en función a la energía relativa (ER) creciente. ER = n + l Ejemplo: Subnivel n l ER 4p 5d 4s 4 5 4 1 2 0 5 7 4 Observación: Cuando los subniveles poseen igual energía relativa se les llama subniveles "degenerados", en este caso se usara el orden de energía absoluta el cual se efectúa con el valor de "n". Ejemplo: Subnivel n l ER 3d 4p 3 4 2 1 5 5 El ordenamiento será: 3d 4p Mayor energía menor estabilidad CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA II. REGLA DE MOLLIER (REGLA DEL SERRUCHO) Nivel 1 2 3 4 5 6 7 Subniveles s s s s s s s p p p p p p d d d d d f f f f Capacidad teórica 2n2 2 8 18 32 50 72 98 Capacidad real 2 8 18 32 32 18 8 CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA Y TABLA PERIÓDICA 22 SAN MARCOS REGULAR 2014 – IIQUÍMICATEMA 3 Ejemplo: Realizar la configuración electrónica del 17Cl 17Cl → 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 III. CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA ABREVIADA 2He: 1s 2 → [He] 10Ne: 1s 2 2s2 2p6 → [Ne] 18Ar: 1s 2 2s2 2p6 3s2 3p6 → [Ar] 36Kr: 1s 2 ................ 4p6 → [Kr] 54Xe: 1s 2 ................ 5p6 → [Xe] 86Rn: 1s 2 ................ 6p6 → [Rn] Ejemplo: 35Br → 1s 2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p 1444442444443 18Ar → [Ar] 4s2 3d10 4p5 IV. DISTRIBUCIÓN ELECTRÓNICA DE IONES A. Anión Para realizar la configuración electrónica de un anión primero se calcula el número de electrones y luego realizar la distribución electrónica. Ejemplo: 8 –2 1s2 2s2 2p6 #e– = 8 + 2 = 10 B. Catión En este caso primero se realiza la configuraciónelectrónica y después se sacan los electrones del último nivel, luego del penúltimo nivel. Ejemplo: 26Fe [Ar] 4s 2 3d 6 El electrón que falta sale del subnivel “d” Primero salen 2e– del nivel más alto (4s) 26Fe +3 [Ar] 4s0 3d5 = [Ar] 3d5 V. PRINCIPIO DE MÁXIMA MULTIPLICI- DAD O DE HUND Cuando se llenan los orbitales de un subnivel no se puede llenar el segundo electrón de un orbital si es que antes no se ha llenado cada orbital al menos con un electrón. Ejemplo: Realizar el diagrama orbital para el 8O 8O → 1s 2 2s2 2p4 123 123 14444244443 PS PS PS PS __ __ ___ ___ ___ Incorrecto 1s 2s 2px 2py 2pz PS PS PS P P __ __ ___ ___ ___ Correcto 1s 2s 2px 2py 2pz VI. PRINCIPIO DE EXCLUSIÓN DE PAULI Un átomo no puede tener 2 electrones con sus 4 números cuánticos iguales. Observación: Orbital lleno: PS Orbital semilleno: P Orbital vacío: P VII. CONFIGURACIONES ELECTRÓNICAS ESPECIALES 1. Una configuración electrónica no puede terminar en d4 o d9 porque es inestable, para que estas configuraciones sean estables deben pasar a d5 o d10. ns 2 (n – 1)d 4 ns1 (n – 1) d5 1e– ns 2 (n – 1)d 9 ns1 (n – 1) d10 1e– Ejemplo: 1e– • 24Cr → [18Ar] 4s 2 3d4 → [18Ar] 4s 1 3d5 ¡Estable! Una manera práctica de hacer la secuencia sin escribir la regla del serrucho es: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 Si Soy Pamer Soy Pamer Soy de Pamer Soy de Pamer 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f14 6d10 7p6 Soy fuerza de Pamer Soy fuerza de Pamer CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA Y TABLA PERIÓDICA 33SAN MARCOS REGULAR 2014 – II QUÍMICA TEMA 3 1e – • 79Au → [54Xe] 6s 2 4f145d9 → [54Xe] 6s 14f145d10 ¡Estable! 2. Regla de by pass Cuando una configuración electrónica termina en subnivel “f” se tiene que pasar un electrón del subnivel “f” al siguiente subnivel d, para lograr mayor estabilidad. Ejemplo: • 92U → [86Rn] 7s 2 5f 4 6d0 → [86Rn] 7s 25f36d1 ¡Estable! VIII. PROPIEDADES DEL ÁTOMO A. Paramagnetismo Presentan electrones desapareados y son atraidos por un campo magnético externo, pero cuando se retira el campo magnético no manifiesta propiedades magnéticas. B. Diamagnetismo Presentan electrones apareados y son debilmente repelidos por un campo magnético manifestando propiedades magnéticas aunque se hubiera retirado el campo magnético. TABLA PERIÓDICA I. CLASIFICACIÓN PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS QUÍMICOS A. Triadas de Dobereiner (1817) El químico alemán Johan Dobereiner agrupó los elementos en series de 3, donde los elementos que pertenecen a una triada poseen propiedades químicas similares y se cumple que el peso atómico del elemento central de una triada es aproximadamente igual a la semisuma de los pesos atómicos de los elementos extremos. PA { Li Na K 7 23 39 PA(Na) = 7 + 39 2 = 23 PA { Ca Sr Ba 40 87,6 137 PA(Sr) = 40 + 137 2 = 88,5 B. Octavas de Newlands (1864) Ordenó los elementos en grupos de siete en función a sus pesos atómicos crecientes. A este ordenamiento se le conoció como octavas porque el octavo elemento presentaba propiedades químicas similares al primer elemento del grupo anterior. Ejemplo: PA PA 64748 64748 Li 7 Na 23 Be 9 Mg 24 B 11 Al 27 C 12 Si 28 N 14 P 31 O 16 S 32 F 19 Cl 35,5 C. Tabla periódica corta de Dimitri Mendeleiev (1869) Ordenó los elementos químicos en función a su peso atómico en series y grupos, donde los elementos de un mismo grupo poseen la misma valencia y propiedades semejantes. Su insistencia en que los elementos con características similares se colocaran en las mismas familias le obligo a dejar espacios en blanco en su tabla. Por ejemplo predijo la existencia del galio y el germanio llamándolos eka – aluminio y eka – silicio. EKALUMINIO (GALIO) EKASILICIO (GERMANIO) PRONOSTICADA DESCUBIERTA PRONOSTICADA DESCUBIERTA PROPIEDAD 1871 1875 1871 1886 PESO ATÓMICO (uma) 68 69,9 72 72,33 DENSIDAD (g/mL) 5,9 5,93 5,5 5,47 VALENCIA 3 3 4 4 FÓRMULA DEL ÓXIDO R2O3 Ga2O3 RO2 GeO2 FÓRMULA DEL HIDRURO RH3 GaH3 RH4 GeH4 CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA Y TABLA PERIÓDICA 44 SAN MARCOS REGULAR 2014 – IIQUÍMICATEMA 3 TABLA PERIÓDICA CORTA DE MENDELEIEV SERIES GRUPO I R2O GRUPO II RO GRUPO III R2O3 GRUPO IV RH4 RO2 GRUPO V RH3 R2O5 GRUPO VI RH2 RO3 GRUPO VII RH R2O7 GRUPO VIII RO4 1 H=1 2 Li=7 Be=9,4 B=11 C=12 N=14 O=16 F=19 3 Na=23 Mg=24 Al=27,3 Si=28 P=31 S=32 Cl=35,5 4 K=39 Ca=40 –=44 Ti=48 V=51 Cr=52 Mn=55 Fe=56 Co=59 Ni=59 Cu=63 5 (Cu=63) Zn=65 –=68 –=72 As=75 Se=78 Br=80 6 Rb=85 Sr=87 ?Yt=88 Zr=90 Nb=94 Mo=96 –=100 Ru=104 Rh=104 Pd=106 Ag=108 7 (Ag=108) Cd=112 In=113 Sn=118 Sb=122 Te=125 I=127 8 Cs=133 Ba=137 ?Di=138 ?Ce=140 – – – – – – – 9 (–) – – – – – – 10 – – ?Er=178 ?La=180 Ta=182 W=184 – Os=195 Ir=197 Pt=198 Au=199 11 (Au=199) Hg=200 Tl=204 Pb=207 Bi=208 – – 12 – – – Th=231 – U=240 – – – – – II. TABLA PERIÓDICA MODERNA (TPM) Diseñado en 1915 por el químico Alemán Alfred Werner, tomando en cuenta la ley periódica moderna de Moseley y la distribución electrónica de los elementos. En la tab la per iód ica moderna, los elementos están ordenados en función al número atómico creciente en donde se pueden apreciar filas horizontales llamadas periodos y columnas verticales denominadas grupos. A. Periodo • Son las filas horizontales que están enumeradas del 1 al 7. • El orden de cada periodo indica el número de niveles de energía de la configuración electrónica o el último nivel (capa de valencia). Orden del periodo = Capa de valencia B. Grupo • Son las columnas verticales que contienen a elementos de propiedades químicas similares. • Son 16 grupos de los cuales 8 tienen la denominación "A" llamados elementos representativos, y 8 tienen la denominación "B" llamados metales de transición. Cabe hacer notar que la designación de grupo A y B no es universal. En Europa se utiliza B para los elementos representativos y A para los metales de transición que es justamente lo opuesto al convenio de los Estados Unidos de América. La IUPAC recomienda enumerar las columnas de manera secuencial con números arabigos, desde 1 hasta 18. GRUPOS A (Elementos representativos) GRUPO ELECTRONES DE VALENCIA DENOMINACIÓN 1A ns1 Metales Alcalino (excepto el H) 2A ns2 Metales Alcalinos Térreos 3A ns2np1 Boroides o Térreos 4A ns2np2 Carbonoides 5A ns2np3 Nitrogenoides 6A ns2np4 Calcógenos o Anfígenos 7A ns2np5 Halógenos 8A ns2np6 He = 1s2 (excepción) Gases Nobles CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA Y TABLA PERIÓDICA 55SAN MARCOS REGULAR 2014 – II QUÍMICA TEMA 3 GRUPOS B (Metales de transición) GRUPO LA CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA TERMINA EN LOS SUBNIVELES DENOMINACIÓN 1B ns1(n–1) d10 Familia de cobre (metales de acuñación) 2B ns2(n–1) d10 Familia del zinc (elementos puente) 3B ns2(n–1) d1 Familia del escandio 4B ns2(n–1) d2 Familia del titanio 5B ns2(n–1) d3 Familia del vanadio 6B ns1(n–1) d5 Familia del cromo 7B ns2(n–1) d5 Familia del manganeso 8A ns2(n–1) d6 ns2(n–1) d7 ns2(n–1) d8 Elementos Ferromagné- ticos: (Fe, Co, Ni) Nota: En la tabla periódica moderna los elementos se ordenan en función al número atómico creciente. Los elementos de transición interna (Lantánidos y Actínidos) tienen incompleto el subnivel «f» y pertenecen al grupo 3B, se caracterizan por ser muy escasos. C. Clasificación de los elementos por bloques Los elementos químicos se clasifican en 4 bloques (s, p, d, f) y esto depende del subnivel en el que termina su configuración electrónica. ns Lantanidos Actínidos n–p (n–1)d (n–2)f 4f5f D. Ubicación de un elemento en la tabla perió- dica GRUPO A LA CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA TERMINA EN: ORDEN DEL GRUPO A PERIODO nsa a n nsanpb a + b n nsa(n–1)d npb a + b n nsa (n–2) f (n–1)d npb a + b n Ejemplo: Indicar el Grupoy Periodo de: • 17Cl: 1s 22s22p63s 23p5 2 + 5 = 7 n = 3 a b GRUPO 7A PERIODO = 3 • 34Se: 1s 22s22p63s23p64s23d104p4 2+4=6 n = 4 a b GRUPO 6A PERIODO=4 Nota: El orden del grupo A, indica el número de electrones de valencia. GRUPO A LA CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA TERMINA EN: ORDEN DEL GRUPO B PERIODO nsa(n–1) db a + b n nsa (n–2) f (n–1) db a + b n Tener en cuenta el siguiente cuadro: GRUPO 8B 1B 2B a + b 8 9 10 11 12 Ejemplo Indicar el grupo y periodo de: • 26Fe: 1s 22s22p63s23p64s23d 6 2+6=8 n = 4 a b GRUPO 8B PERIODO=4 • 30Zn: 1s 22s22p63s23p64s23d 10 2+10=12 n = 4 a b GRUPO 2B PERIODO=4 Nota: Para conocer el número de grupo de un elemento cuya configuración electrónica termina en subnivel p simplemente suma dos unidades al número de electrones de dicho subnivel "p". E. Carácter metálico y carácter no metálico 1. Carácter Metálico (C. M.) Llamado también electropositividad, es la capacidad de un átomo para perder electrones (oxidación). 2. Carácter No Metálico (C. N. M) Es la capacidad de un átomo para ganar electrones (reducción). CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA Y TABLA PERIÓDICA 66 SAN MARCOS REGULAR 2014 – IIQUÍMICATEMA 3 La variación del C. M. y C.N.M. en la tabla periódica es como se muestra a continuación. Periodo Periodo Aumenta C.N.M. Aumenta C.M. G r u p o G r u p o F. Metales, no metales y metaloides 1. Metales • Buenos conductores del calor y electricidad. • Son dúctiles y maleables. • A temperatura ambiental se encuentran en estado sólido, excepto el mercurio que es líquido. • Presentan brillo metálico. • En las reacciones químicas pierden electrones, es decir se oxidan. • Casi todos los óxidos metálicos son sólidos iónicos con carácter básico. Nota: El metal que mejor conduce la corriente eléctrica es la plata, luego el cobre y después el oro. Cu > Ag > Au 2. No Metales • No conducen el calor ni la electricidad. • No tienen lustre. • Los sólidos suelen ser quebradizos, algunos duros y otros blandos. • En reacciones químicas ganan electrones convirtiéndose en aniones. • La mayor parte de los óxidos no metálicos son sustancias moleculares que forman soluciones ácidas. 3. Metaloides Los metaloides tienen propiedades intermedias entre metales y no metales. Podrían tener algunas propiedades características de los metales, pero carecer de otras. Por ejemplo el silicio es metal, pero es quebradizo en lugar de ser maleable y no conduce el calor y ni la electricidad, tan bien como los metales. Varios de los Metaloides son semiconductores eléctricos y constituyen como el silicio los principales elementos empleados en la fabricación de circuitos integrados y chips para computadoras. Los metaloides son 8 elementos: B, Si, Ge, As, Sb, Te, Po, At. III. PROPIEDADES PERIÓDICAS DE UN ELEMENTO QUÍMICO A. Radio Atómico (RA) Se define como la mitad de la distancia entre dos átomos idénticos adyacentes enlazados químicamente. + d RA RA RA= d 2 + B. Radio Iónico (RI) Es el radio de un anión o catión monoatómico. Se cumple que: RI(Anión) > RA(Átomo neutro) > RI(Catión) Ejemplo: Sean las especies químicas del elemento carbono (C) I. 6C 4+ → # e– = 6 – 4 = 2 II. 6C → #e– = 6 III. 6C 4 – → #e– = 6 + 4 = 10 Entonces, se cumple que: RIIII > RAII > RII Nota: Para especies isoelectrónicas se cumple que el número atómico es inversamente proporcional al radio iónico. Ejemplo: Sean las especies isoelectrónicas I. 12Mg 2+ → # e– = 12 – 2 = 10 II. 10Ne → #e – = 10 III. 8O 2– → #e– = 8 + 2 = 10 Entonces, se cumple que: RIIII > RIII > RII C. Energía de Ionización (EI) o Potencial de Io- nización (P.I.) Es la energía mínima necesaria para eliminar un electrón del nivel externo de un átomo en estado gaseoso y así transformarse en un catión. La magnitud de la energía de ionización es una medida de que tan fuertemente se encuentra unido el electrón al átomo, cuando mayor es la energía de ionización es más difícil arrancar un electrón. X(g) + EI1 → X + (g) + 1e – X+(g) + EI2 → X 2+ (g) + 1e – X2+(g) + EI3 → X 3+ (g) + 1e – Donde: EI1: Primera Energía de Ionización EI2: Segunda Energía de Ionización EI3: Tercera Energía de Ionización Se cumple: EI3 > EI2 > EI1 CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA Y TABLA PERIÓDICA 77SAN MARCOS REGULAR 2014 – II QUÍMICA TEMA 3 Nota: • Siempre es más fácil quitar el primer electrón en una ionización. • Electroafinidad (EA) D. Afinidad Electrónica (A. E.) Ó Electroafinidad (EA) Es el cambio de energía que ocurre cuando un átomo en estado gaseoso, acepta un electrón para formar un anión. Generalmente este proceso es exotérmico (libera energía) pero en algunos casos especiales es endotérmico (absorbe energía) X(g) ± AE + 1e – → X–(g) E. Electronegatividad (EN) Es la capacidad de un átomo para atraer hacia sí los electrones de un enlace químico. Según la escala de Linus Pauling; el Fluor es el elemento más electronegativo de la TPM. Valor Máximo: EN (F) = 4,0 Valor Mínimo: EN (Fr) = 0,7 F. Variación de las propiedades periódicas AUMENTA AUMENTARI RA AU M EN TA AU M EN TA EN EI AE Nota: Recuerda que los no metales poseen mayor EI, AE y EN que los metales. IV. TENDENCIAS GENERALES DE LAS PRO- PIEDADES EN LOS GRUPOS A. Grupo 1A: Metales Alcalinos Los metales alcalinos son sólidos metálicos blandos, son muy reactivos por lo que no se encuentran libres en la naturaleza. Reaccionan con agua para producir el hidrógeno gaseoso y el hidróxido metálico correspondiente. B. Grupo 2 A: Metales Alcalinos Térreos Los metales alcalinos térreos son sólidos pero más duros y densos que los metales alcalinos. Son menos reactivos que los metales alcalinos y su reactividad con el agua es variable, el berilio no reacciona con el agua, el magnesio lo hace lentamente con el vapor de agua, el calcio, estroncio y bario en cambio reaccionan con el agua fría. C. Grupo 7 A: Halógenos Los Halógenos presentan gran reactividad por lo que no se encuentran en estado elemental en la naturaleza. El astato es extremadamente raro y radiactivo, muchas de sus propiedades todavía no se conocen. D. Grupo 8 A: Gases Nobles Son no metales gaseosos a temperatura ambiente, todos el los son monoatómicos, presentan gran estabilidad por lo que su reactividad es excepcionalmente baja. CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA Y TABLA PERIÓDICA 88 SAN MARCOS REGULAR 2014 – IIQUÍMICATEMA 3 Problema 1 Señale la configuración electrónica para el ion sulfuro. Dato el numero atómico del azufre (Z=16). A) [Ne] 3s23p6 B) [Ne] 2d4 C) [Ar] 4s23d3 D) [Kr] 3s24d8 E) [Ar] 3d5 NIVEL FÁCIL Resolución: El ion sulfuro es S–2 vamos determinar la cantidad total de electrones que presenta mediante la siguiente ecuación; e– = z–carga e– = 16–(–2)=18 Luego procedemos la determinar su configuración electrónica: CE: [Ne] 3s23p6 Respuesta: [Ne] 3s23p6 Problema 2 ¿A qué grupo de la tabla periódica pertenece un elemento cuyo Z=23? A) 5A B) 3B C) 4B D) 8B E) 5B NIVEL INTERMEDIO Resolución: Z=23 → 1S22S22P63S23P64S23d3 Elemento se encuentra en el grupo 5B. Respuesta: 5B Problema 3 Un elemento se encuentra en el cuarto periodo y grupo 6A de la tabla periódica. calcula su número de masa si tiene 36 neutrones. A) 36 B) 40 C) 25 D) 70 E) 72 NIVEL DIFÍCIL Resolución: Datos del elemento: Periodo: 4, Grupo: 6A CE: 1S22S22P63S23P64S23d104P4 Z=34 Luego reemplazamos en la ecuación: A= Nº + Z ⇒ A=36+34 =70 Respuesta: 70 PROBLEMAS RESUELTOS PROBLEMAS DE CLASE EJERCITACIÓN 1. ¿Qué serie contiene un metal alcalino-térreo, un metaloide y un no metal, en ese orden? A) Mg –As – S B) Sr – O – As C) K – S – As D) Li – Sb – F E) Na – Ca – F 2. ¿Cuál de los siguientes elementos se encuentra en estado líquido? A) Mercurio B) Bromo C) Sodio D) Yodo E) A y B 3. El elemento tiene la siguiente con f i gu rac i ón e l e c t r ón i ca : 1s22s22p5 se puede afirmar que: A) Presenta mayorradio atómico que el átomo de sodio (Na). B) Los números cuánticos (“n” y “l”) de los electrones desapa- reados son 3 y 2. C) Se encuentra en la familia de los nitrogenados VA D) Es más electronegativo que el oxígeno. E) forma enlace covalente con el potasio (19K) 4. Coloque verdadero o falso según corresponda en el paréntesis: • El número de periodo en la tabla periódica es igual al número de niveles de energía que tienen los elementos que pertenecen a ese periodo. ( ) • El tercer periodo consta de 18 elementos. ( ) • Los gases noble son monoató- micos. ( ) • En un grupo los elementos químicamente son similares. ( ) A) VVVV B) VFVF C) FFFF D) FVFV E) VFVV 5. En la siguiente configuración electrónica: 1s22s22p63s23p64s23d2 son correctas: I. Es la configuración de un catión. II. Corresponde a un elemento de transición. III. Representa a un elemento con 22 neutrones. IV. Tiene dos electrones en el último nivel de energía. A) Todas B) II y IV C) I D) III E) IV PROFUNDIZACIÓN 6. ¿Cuál es la proposición incorrecta respecto a los metales alcalinos (Na, K, Li)? A) Reaccionan con el agua, libe- rando hidrógeno. B) Reaccionan violentamente con el agua. C) Son muy reactivos y reaccionan con casi todos los elementos D) son agentes reductores muy poderosos E) Se encuentran libres (puros) en la naturaleza. 7. La distribución electrónica de un elemento termina en 5d10 ¿En qué grupo de la tabla periódica se encuentra? A) IB B) IIIA C) IVA D) VB E) VIIIB CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA Y TABLA PERIÓDICA 99SAN MARCOS REGULAR 2014 – II QUÍMICA TEMA 3 8. Respecto a los elementos Y (Z=39) y As (Z=33), determine la relación que no corresponde: A) Pertenecen a familias diferen- tes. B) Pertenecen a periodos dife- rentes. C) El As posee cinco electrones de valencia. D) El elemento Y es un metal, porque no posee carácter no metálico E) Ninguno de ellos es transuránidos 9. Relacione las propiedades periódicas con su significado adecuado: I. Electronegatividad II. Energía de Ionización III. Afinidad electrónica a. Energía transferida para que el átomo en fase gaseosa gane un electrón. b. Fuerza relativa con que el átomo atrae electrones de enlace al núcleo. c. Energía absorbida por un átomo en fase gaseosa, para perder su electrón externo. A) Ic–IIa–IIIb B) Ib–IIc–IIIa C) Ia–IIc–IIIb D) Ia–IIb–IIIc E) Ib–IIa–IIIc SISTEMATIZACIÓN 10. El número de masa de un átomo “D” es doble, de su número atómico mas diez unidades, además posee 50 neutrones, entonces su configuración electrónica es: A) [Kr] 5d10 B) [Ne] 2d4 C) [Ar] 4d10 D) [Kr] 3s24d8 E) [Ar] 4s23d10 11. Los átomos de cierto elemento de transición del cuarto periodo presenta tres electrones desapareados, determinar a que grupo de la tabla pertenece, considerando la máxima configuración posible. A) IB B) VIIIB C) IVA D) VB E) VIA 12. Si la carga absoluta del núcleo de un elemento es +3.2×10–18C, determine el grupo al cual pertenece dicho elemento. A) IA, 1 B) IIA, 2 C) IIIA, 3 D) IB, 2 E) VIA.5 11SAN MARCOS REGULAR 2014 – II QUÍMICA TEMA 4 SNII2Q4 QUÍMICA TEMA 4 ENLACE QUÍMICO Y FUERZAS INTERMOLECULARES DESARROLLO DEL TEMA I. ENLACE QUÍMICO INTERATÓMICO Es aquella fuerza de atracción entre dos o más átomos que resulta como consecuencia de la transferencia o compartición mutua de uno o más pares de e–, entre los átomos participantes. Este tipo de enlace define las propiedades químicas de la sustancia, como: la clase de sustancia, valencia(s) del elemento, forma geométrica de la estructura, además estabiliza la estructura de la nueva sustancia liberando energía en su formación; osea los átomos libres poseen mayor energía que los átomos unidos por enlaces. ENLACE QUÍMICO Capa de Valencia ns1 ns1 ns2np1 ns2np2 ns2np3 ns2np4 ns2np5 ns2np6 Grupo 1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 8A Elementos Li Na Be Mg B Al C Si N P O S F Cl Ne Ar • Octeto de Lewis: "Todo átomo, al formar un enlace químico, adquiere, pierde o comparte tantos electrones hasta alcanzar la configuración electrónica de un gas noble: , es decir cada átomo debe poseer 8 , en su última capa". • Kernel: Es todo lo que queda de un átomo al no tomar en cuenta su última capa. • Simbolo de Lewis: Es la notación de los electrones de valencia alrededor del símbolo de un elemento representativo (grupo A). Lewis planteó la representación de estos electrones mediante puntos o aspas. Nota: La valencia no tiene signo, simplemente es un número que indica cuántos electrones debe compartir ganar o perder el elemento antes de que se sature. A. Valencia Es la capacidad de saturación o combinación con la que un elemento se enfrenta a otro para cumplir con el octeto de Lewis. B. Carga iónica Es el estado que adopta un átomo cuando ha perdido o ganado electrones (catión o anión). Ejemplo: • 12Mg: Núcleo, 1s 2, 2s2, 2p5, 3s2 ⇒ Kernel • Valencia=2 ⇒ Mg2+ ⇒ catión carga=0 Valencia=0 carga=2+ Mg • O ⇒ ( O )2 ⇒ anión • 18Ar:Núcleo,1s 2,2s2,2p6,3s2 ,3px py pz ⇒ Kernel Ar Valencia = 0 Carga = 0 ENLACE QUÍMICO Y FUERZAS INTERMOLECULARES 22 SAN MARCOS REGULAR 2014 – IIQUÍMICATEMA 4 Nota: Hay algunos elementos que no cumplen con el octeto de Lewis: 1H; 2He; 4Be; 5Be; etc. Para los elementos representativos (Grupo "A"), el orden del grupo coincide con el # de e– de la última capa. Ejemplo: VIA: O ; S ; etc xx x xx x VIIA: Cl ; F ; etc xx xx x xx IA: K; Na; etc II. CLASES DE ENLACE INTERATÓMICO Son 3: Iónico, Metálico y Covalente. A. Enlace iónico o electrovalente Es la atracción electrostática entre 2 iones debido a la transferencia de del metal al no metal posiblemente, siempre que la 1,7. Ejemplo 1 • IA: Na → val = 1 EN(Cl) = 3,0 • VIIA: Cl xx xx x xx → val = 1; EN(Na) = 0,9 ∆ EN = 2,1 El enlace es iónico Nota: Para hallar la fórmula se coloca del menos al más electronegativo. ⇒ Na+ ( Cl )– catión anión Enlace iónico xx xx x x x Unidad fórmula = NaCl Atomicidad = 1 + 1 = 2 Ejemplo 2 • IA: K → val = 1; EN (N) = 3,04 • VA: N xx x x x → val = 3; EN (K) = 0,82 ∆ = 2,22 ∴ El enlace es iónico K+ – N – +K K+ xx x x x o también: 3K+ ( N xx x x x)3– Unidad fórmula = K3 N Atomicidad = 3 + 1 = 4 Nota: La valencia de un elemento indica el número de átomos del otro. Características de un compuesto iónico • Generalmente existen en estado sólido. • Su mínima porción es la celda cristalina unitaria, no presentan moléculas. Ejemplo: • En la naturaleza son sólidos. • Poseen alto punto de fusión y ebullición. • Son duros y frágiles. • El CaO presenta mayor Tebullición que el . • En estado sólido son malos conductores del calor y la electricidad, pero cuando están fundidos o disueltos en agua sí son buenos conductores. B. Enlace metálico Es la fuerza de atracción entre la nube electrónica circundante y los cationes metálicos sumergidos en el océano de electrones. Ejemplo: + + + + + + + + + + + + + + + + : Catión Metálico Enlace Metálico : Flujo de Electrones + Características de una sustancia metálica • Son relativamente blandos, pero tenaces. • Temperatura de fusión y ebullición variables. • Excelentes conductores del calor y electricidad. • La mayoría son dúctiles y maleables. • Todo metal es muy electropositivo (puede perder fácilmente electrones). • Todos son sólidos (excepto el Hg). • Su mínima porción es la celda cristalina unitaria y no la molécula. ENLACE QUÍMICO Y FUERZAS INTERMOLECULARES 33SAN MARCOS REGULAR 2014 – II QUÍMICA TEMA 4 C. Enlace covalente Por lo general es la atracción electromagnética entre 2 átomos, en lo posible no metálicos, debido a la compartición mutua de uno o más pares de electrones entre los átomos participantes. Este enlace ocurre siempre que la ∆EN < 1,7. Existen 2 clases: normal y coordinado. 1. Enlacecovalente normal Resulta cuando del total de e– compartidos, cada átomo aporta la mitad, a su vez puede ser de 2 clases: a. Enlace covalente polar Se da entre no metales de diferente naturaleza siempre que la ∆EN ≠ 0, el o los pares de e– se comparten por desigual, es atraido mejor por el no metal mas electronegativo. Ejemplo: Pero: • VIIA: Cl xx xx x xx → val = 1; EN (O) = 3,44 • VIA: O → val = 2; EN (Cl) = 3,16 ∆ EN = 0,28 ≠ 0 ⇒ Cl xx xx x x Cl xx xx x x O x x ⇒ Cl Cl s s O Conclusiones • Presenta 2 enlaces covalentes: normales polares y simples (2). • Presenta 8 orbitales solitarios o 8 pares de electrones libres. • Unidad fórmula = • Atomicidad = 3. • Tiene 20 e– de valencia. b. Enlace covalente apolar Se da entre no metales tal que la EN = 0 y ello ocurre generalmente entre no metales de la misma naturaleza, los pares de e– se comparten equitativamente. Ejemplo: • VIIA: F F ⇒ F – F ⇒ F2 hay un enlace simple • VIA: O O ⇒ O = O ⇒ O2x x x xx x x x x xx x hay un enlace doble • VA: N N ⇒ N ≡ N ⇒ N2 hay un enlace triple Nota: El H no cumple con el octeto de Lewis, pero sí con el dueto, al igual que el He. Se llaman enlaces múltiples al enlace doble (D) y enlace triple (T). Fuerza de enlace: T > D > S. Longitud de enlace: S > D > T. 2. Enlace covalente coordinado o dativo Es aquel enlace donde sólo uno de los átomos (dador) aporta un par de a compartirse y el otro simplemente los acepta (aceptor) para que ello ocurra se deben seguir las siguientes indicaciones: • Recordar el orden del grupo de cada elemento. • La disposición de los átomos y de la estructura debe ser lo más simétrico posible. • El "H" jamás va en el medio de 2 elementos, siempre va en una esquina y por lo general pegado al oxígeno. • Átomos de la misma naturaleza en lo posible no deben estar juntos. • En lo posible los e– libres de un átomo intermedio colocables a un sólo lado, no entre enlaces. Ejemplos: Halla la estructura de Lewis de las siguientes sustancias químicas: I. H Cl O4 ⇒ O Cl O ⇒ O Cl O H O O x xx x x x x IA VIA VIIA Conclusiones: • Hay 5 orbitales covalentes (2 normales polares/ 3 coordinados o dativos) • Hay 11 orbitales libres. • Hay 32 de valencia. • Todos los enlaces son simples (5). II. ⇒ O OO sxx xx x x O O O Conclusiones: • Hay 2 enlaces (1 normal apolar doble / 1 coordinado) • Hay 6 orbitales solitarios o 6 pares de electrones antienlazantes. • Hay 18 e– de valencia • Hay 2 enlaces sigma (s) y un enlace pi (p) ENLACE QUÍMICO Y FUERZAS INTERMOLECULARES 44 SAN MARCOS REGULAR 2014 – IIQUÍMICATEMA 4 Características de una sustancia covalente • La mayoría de ellos presentan como mínima porción a la molécula. • En su estructura por lo general hay puros no metales. • Las sustancias moleculares presentan bajo punto de fusión y ebullición. • Son malos conductores del calor y la electricidad. • Pueden encontrarse en estado sólido, líquido y gaseoso, a condiciones ambientales. • Por lo general la mayoría de sólidos son blandos y frágiles. 3. Parámetros del enlace covalente a. Energía de enlace (E) Es la energía que se requiere para romper una unión o enlace covalente, o como la que se libera cuando se forma un enlace covalente, generalmente expresada en función de una mol de enlaces. Curva de energía potencial para el hidrógeno En er gí a po te nc ia l ( KJ .m ol –1 ) Distancia internuclear Energía de disociación de enlace (pm)74 H2 0 0 H + H En la disociación o ruptura del enlace hay absorción de energía. H + HH H + 432 kJ. mol–1 → En la formación del enlace hay liberación de energía. H + H → H – H + 432 kJ. mol–1 Energía de formación del enlace b. Longitud de Enlace (L) Es la distancia promedio de separación entre los núcleos de dos átomos enlazados en una mólecula. Variación – La longitud de enlace varía en relación directa con el número atómico. – A mayor unión química, menor longitud de enlace. – A menor longitud de enlace, mayor es la energía de disociación. Ejemplo: Enlace L(pm) E(kJ.mol–1) – C – C – 154 348 C = C 134 614 – C ≡ C – 120 839 c. Ángulo de enlace Es el ángulo formado por las líneas imaginarias que unen los núcleos de un átomo central enlazados a otros dos átomos. Ejemplo: En el agua (H2O). L = 96 pm HH a a = 104,5° Nota: Los electrones libres del átomo central (oxígeno) se van a un solo punto y oprimen a los electrones de enlace haciendo a la molécula asimétrica, el polo negativo se manifiesta en el lugar donde hay más concentración (> densidad electrónica). ENLACE QUÍMICO Y FUERZAS INTERMOLECULARES 55SAN MARCOS REGULAR 2014 – II QUÍMICA TEMA 4 FUERZAS INTERMOLECULARES Fuerzas de London Fuerzas dipolo-dipolo Puente de hidrógeno • Entre moléculas apolares. (H2, O3, CO2, CH4, etc.) • Entre moléculas polares. • Entre átomos de gases nobles. Cl – Cl Cl – Cl d+ d– d+ d– Cl2 **** Cl2 • Entre moléculas polares: (HCl, H2S; HBr, SO2, etc.) H – Cl H – Cl d+ d– d+ d– HCl **** HCl2 • Entre moléculas polares. • El hidrógeno de una molécula interactúa con átomos de F, O o N de otra molécula. H – F --- H – F --- H – F Puente de hidrógeno HF **** HF Dispersión de LondonDipolo - dipolo Puente de hidrógeno + – + – Puente de hidrógeno ....H H O .... H H O H H O Atracciones electrostáticas Átomo 1 Átomo 2 2+2+ e– e– e– e– Problema 1 ¿Qué compuestos tiene enlace iónico? A) C6H12O6 B) CH3OH C) H2O D) KI E) C12H12O11 NIVEL FÁCIL Resolución: K I metal alcalino halógeno (no metal) Forman enlace iónico Respuesta: KI Problema 2 Indicar la notación Lewis para un átomo con (z = 7) A) x B) x C) x D) x E) x NIVEL INTERMEDIO Resolución: z = 7 : 1s2 2s2 2p 3 +2 grupo:VA notación: x Respuesta: x Problema 3 ¿Qué enlace forma x(z = 12), y(z = 35)? A) iónico B) covalente C) apolar D) dativo E) metálico NIVEL INTERMEDIO Resolución: 12X: 1S 2 2S2 2P6 3S2 grupo: IIA (metal alcalino) 35y[Ar]4s2 3d10 4p5 grupo: VIIA (halógeno no metal) Forman un enlace iónico Respuesta: Iónico PROBLEMAS RESUELTOS ENLACE QUÍMICO Y FUERZAS INTERMOLECULARES 66 SAN MARCOS REGULAR 2014 – IIQUÍMICATEMA 4 PROBLEMAS DE CLASES EJERCITACIÓN 1. De la relación mostrada: I. H2O IV. CaCl2 II. HCl V. MgO III. KF VI. NH3 ¿Cuáles son compuestos iónicos? A) I y II B) II y III C) III y IV D) III, IV y V E) Todas 2. Con respecto a las propiedades de los compuestos covalentes, indique verdadero (V) o falso (F) en las siguientes proposiciones: I. Son gases, líquidos o sólidos a temperatura ambiente. II. Muchos no se disuelven en líquidos polares como el agua. III. Generalmente poseen bajos puntos de fusión. A) VVF B) FVV C) VVV D) FFF E) VFV 3. ¿Qué compuestos de los que se indican abajo tendrá todos sus enlaces esencialmente covalentes? A) NaOH B) MgCℓ2 C) CH3CH2OH D) CuCO3 E) CH3COONa 4. Respecto a la molécula del cloruro de aluminio: Al Cl ClCl ¿Cuántas afirmaciones son correctas? I. El átomo central completa el octeto. II. Existen 18 electrones libre. III. Se comparten 3 pares de electrones. A) Solo I B) Solo II C) II y III D) I y II E) I, II y III 5. ¿En qué sustancia no existe enlace puente de hidrógeno? A) H2O B) NH3 C) CH3OH D) HBr E) HF PROFUNDIZACIÓN 6. ¿Qué fórmula posee el compuesto que se forma de la unión de un elemento "X" del grupo VA con un elemento "Y" del grupo VIA? A) XY B) X3Y2 C) X2Y3 D) X3Y4 E) XY3 7. Teniendo en cuenta las electrone- gatividades, ¿qué molécula presen- ta mayor polaridad? H F Cl Br I 2,1 4,0 3.0 2,8 2,5 A) HF B) HCℓ C) HBr D) HI E) Igual 8. Indicar cuál o cuáles de las siguientes moléculas son polares: I. CO2 II. HBr III. H2O IV. BeCℓ2 V. BF3 A) Solo II B) I; II y III C)Solo III D) II y III E) IV y V 9. Con respecto a las fuerzas intermoleculares: I. Se les llama fuerzas de Van der Walls. II. CO2: interacción dipolo – dipolo. III. C4H10: Fuerzas de London. IV CH3OH: Puente de hidrógeno. V. H2S: Puente de hidrógeno fuerte. Son incorrectas: A) II y V B) II y IV C) I, III y V D) II, IV y V E) Todos SISTEMATIZACIÓN 10. De las proposiciones: I. En el SO2 se comparten 3 pares de electrones. II. En el Cℓ2O7 se tiene 6 enlaces covalentes coordinados. III. En el HNO3 no existe enlace múltiple. Es(son) correcta(s): A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) I y II E) II y III 11. Ordene en forma creciente según su fuerza de interacción: Puente de hidrógeno (PH) Enlace covalente (C) Fuerza de London (L) Fuerza dipolo–dipolo (D – D) A) PH < C < L < D – D B) L < D – D < PH < C C) L > PH > D – D > C D) PH < C < D – D < L E) D – D > L > PH > C 12. ¿Cuántos de los s igu ientes compuestos se disuelven en el agua? ( ) NH3 ( ) CH4 ( ) HBr ( ) KCℓ ( ) Cℓ2 ( ) N2 A) 1 B) 2 C) 3 D) 4 E) 5 11SAN MARCOS REGULAR 2014 – II QUÍMICA TEMA 5 SNII2Q5 QUÍMICA TEMA 5 NOMENCLATURA INORGÁNICA DESARROLLO DEL TEMA Básicos = M+2O2 = M2O2 Ácidos = x–4O2 = x2O2 M–a(OH)–1 – M(OH)2 Metálicos = M+aH–2 = MH2 No metálicos = H–1x–3 II. IV . VA H antes VIA, VIIA Después NOMENCLATURA INORGÁNICA Óxidos Hidróxidos Bases Hidruros No MetalMetal Óxido Básico Hidróxido Hidrácido No metal Óxido Ácido Oxácido Neutras Ácidas Básica Dobles, mixtas Hidruro Metal NOMENCLATURA INORGÁNICA II Oxígeno Combinaciones binarias del oxígeno Oxisal Agua Haloidea Hidrógeno NOMENCLATURA INORGÁNICA 22 SAN MARCOS REGULAR 2014 – IIQUÍMICATEMA 5 Problema 1 Formular el fosfato de bario. A) Ba3P2 B) Ba3(PO4)2 C) Ba3(PO3)2 D) BaO E) BaO2 NIVEL FÁCIL Resolución: PO Ba Ba Ba3 (PO4)2 fosfato bario (PO4) 3– 2+ 2+ 3– 4 144424443 fosfato de calcio Respuesta: Ba3(PO4)2 Problema 2 Determine el número de oxidación del plomo y cobre respectivamente en: PbO2; CuSO4. A) +2, +2 B) –2; –2 C) +4; +2 D) –2; +4 E) +4; –1 NIVEL INTERMEDIO Resolución: PbO2 CuSO4 +4 +2 +6 –2 +4 –2 –2 Respuesta: +4; +2 Problema 3 Determine la atomicidad del ácido bórico. A) 1 B) 2 C) 3 D) 4 E) 7 NIVEL INTERMEDIO Resolución: Ácido bórico H3BO3 Atomicidad = 3 + 1 + 3 Atomicidad = 7 Respuesta: 7 PROBLEMAS RESUELTOS PROBLEMAS DE CLASE EJERCITACIÓN 1. El ácido sulfúrico: A) Al2(SiO3)3 B) Ca3(PO4)2 C) CaCO3 D) H2SO4 E) KNO3 2. Identifique el óxido ácido. Corresponde al anión poliatómico dihidrogenofosfato. A) Cl2O7 B) NAOH C) CO2 D) P2O5 E) HCl 3. El nombre correcto según la nomenclatura IUPAC, para el compuesto covalente es: A) N2O3: Anhídrido nitroso B) Fe3O2: Dihidróxido de trihierro C) CuO: Óxido cúprico D) SO2: Dióxido de azufre (IV) E) N2O5: Pentóxido de dinitrógeno 4. Si el carbonato CO2–3 se combina con el ión Fe3+; entonces el compuesto formado es: A) (HCO3)3Fe B) Fe2(CO3)3 C) Fe3(HCO3) D) Fe(HCO3)3 E) FeHCO3 5. Formular el óxido plumboso. A) Pb(ClO4)2 B) PB(CLO)2 C) Pb(ClO2)4 D) Pb(ClO3)2 E) PbO PROFUNDIZACIÓN 6. Relacione las siguientes sustancias con sus respectiva función e indique lo correcto. A) P2O3: Óxido ácido B) Pb(ClO)2: Sal haloidea C) FeH3: ácido oxácido D) H2SO4: Saloxisal E) NH4Cl: hidruro metálico 7. Formular el sulfato cúprico A) Al2(CO3)3 B) Cu2O C) CuO D) CuSO4 E) Cu2SO4 8. La fórmula que corresponde a un compuesto iónico es: A) CO2 B) N2O3 C) KL D) NH3 E) HCl 9. ¿Cuál es la fórmula del carbono de sodio? A) NaCO3 B) NA2CO3 C) NaCO2 D) NA3CO2 E) Na4CO2 SISTEMATIZACIÓN 10. Si la fórmula el dircromato de niquel (III) es Ni2(Cr2O7)3, entonces la fórmula del dicromato de hierro (II) es: A) Fe2Cr2O7 B) FeCr3O7 C) Fe(Cr2O7) D) Fe4(Cr2O7) E) Fe2(Cr2O7)3 11. Determina la atomicidad del hipoclorito de sodio. A) 1 B) 2 c) 3 D) 4 E) 5 12. Formular el óxido férrico: A) FeO B) FeClO C) FeBr3 D) Fe2O3 E) Fe2O4 11SAN MARCOS REGULAR 2014 – II QUÍMICA TEMA 6 SNII2Q6 QUÍMICA TEMA 6 UNIDADES QUÍMICAS DE MASA Y COMPOSICIÓN CENTESIMAL DESARROLLO DEL TEMA I. MOL 1 mol < > 1NA de partículas discretas Donde: • NA = Constante de avogadro • NA = 6,02 . 10 23 • Partículas discretas pueden ser: átomos, moléculas, iones,... etc. Ejemplo: A) 1 mol Ca Contiene NA de átomos de Ca < > 6,022.1023 átomos de Ca < > 6,02 . 1023 Ca B) 1,8 mol H2O Contiene 1,8 Na de moléculas de H2O < > 1,8 (6,02.1023 moléculas de H2O) < > 1,8 (6,02 .1023 H2O) II. UNIDAD DE MASA ATÓMICA (u) Equivale a la doceava parte del átomo patrón (isótopo carbono –12) 1u 1u 1u 1u 1u 1u1u 1u 1u 1u 1u 1u Átomo patrón 1u = masa del carbono–12 x 1u = 1 12 MC–12 1u = 1,66 . 10–24 g Observación: 1u = 1g NA Esta unidad es apropiada para medir la masa de partículas discretas. III. MASA ISOTÓPICA O MASA RELATIVA DE UN ÁTOMO ( ) ii A A 24 1 masa absoluta gramos de Jm.A. J 1,66.10 g.u– – = Aplicación Determine la masa atómica del isótopo cloro – 37 si su masa absoluta es 6,138 . 10–23 gramos. Resolución ( ) 37 37 24 23 24 1 masa absoluta Cm.A. C 1,66 .10 6,138.10 g 1,66.10 g.u 36, 98u – – – – = = = IV. MASA ATÓMICA PROMEDIO O MASA APARENTE DE UN ELEMENTO Isótopos 1A zJ 1 A zJ ... 1 A zJ N° de masa A1 A2 ... An Masa isotópica mA1 mA2 ... mAn Abundancia relativa a1 a2 ... an A. mA (J) Aproximada ......................... (u) ( ) 1 1 2 2 n nAprox 1 2 n a .A a .A ... a .A mA J a a ... a + + + = + + + B. mA (J)Exacta ......................... (u) ( ) 1 1 2 2 n nEx 1 2 n a .mA a .mA ... a .mA mA J a a ... a + + + = + + + UNIDADES QUÍMICAS DE MASA Y COMPOSICIÓN CENTESIMAL 22 SAN MARCOS REGULAR 2014 – IIQUÍMICATEMA 6 Problema 1 El azul de prusia es una sal compleja, si un alumno lo escribe de la siguiente forma Fe4[Fe(XY)6]3 y recuerda que el peso molecular era 860. Determinar el peso molecular de XY. (Dato P.A Fe = 56) A) 26 B) 28 C) 24 D) 30 E) 32 Resolución: Para hallar Mxy requerimos sus pesos atómicos a partir del dato: MFe4[Fe(XY)6]3 = 860 4 × 56 + (56 + (XY)6)3 = 860 168 + 18XY = 860 – 224 168 + 18XY = 636 18XY = 636 – 168 M(XY) = 468 18 = 26 Respuesta: 26 Problema 2 Se tiene 1026 g de azúcar (C12H22O11). Calcular cuántas moléculas de hidrógeno contiene. A) 11NA B) 22NA C) 30NA D) 33NA E) 44NA Resolución: Nos piden # moléculas (H2) en: PROBLEMAS RESUELTOS Aplicación: Para el cloro: Cl 35 17 Cl 35 17 (liviano) (pesado) mA1 = 35,11 i mA2 = 36,98 u a1 = 75% a2 = 25% Determine la masa aparente en unidades de masa atómica (u) de este elemento de forma aproximada y exacta. Resolución: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 1 1 2 2 Aprox 1 2 1 1 2 2 Ex 1 2 a A a .A mA C a a 75% 35 25% 37 75% 25% 35,5u a .mA a .mA mA C a a 75% 35,11 25% 36,98 75% 25% 35,58u + = + +– + = + = + + = + = V. MASA MOLECULAR (M)T Es la masa de una molécula expresada en unidades de masa atómica (u). Ejemplo: 1. Mo3 = 3MA(O) = 3(16u) = 48 u 2. MH2O = 2MA(H) + 1mA(O) = 2(1 u) + 1(16 u) = 18 u 3. MH2SO4 = 2MA(H) + 1mA(S) + 4mA(0) = 2(1u) + 1(32) + 4(16u) = 98 u VI. MASA FÓRMULA (mF) Es la masa en u de una sola unidad fórmula (especie iónica). Ejemplo: 1. ( ) ( )NaCmF 1mA Na 1mA C 23u 35,5u 58,5u + –= + = + = 2. ( ) ( ) ( ) ( ) 3CaCOmF 1mA Ca 1mA C 3mA O 40u 12u 3 16u 100u = + =+ = + + = VII. MASA MOLAR (M) Es la masa de una mol es decir de un NA de partículas discretas. Ejemplos: 1. MO3 = 48 g/mol 2. MH2O = 18 g/mol 3. MH2SO4 = 98 g.mol –1 4. MNaCl = 58,5 g.mol –1 VIII. NÚMERO DE MOLES (n) J J J A mJ m VNºpartículas Jn N VM = = = CN significa: Condiciones normales es decir: P = 1 atm; T = 0ºC. Luego a C.N. se cumple. Vgas = ngas.Vm CN V m CN = 22,4 L/mol UNIDADES QUÍMICAS DE MASA Y COMPOSICIÓN CENTESIMAL 33SAN MARCOS REGULAR 2014 – II QUÍMICA TEMA 6 1 mol-gC12H22O11 = (M)g= 12×12+22(1)+16×11 = 342 g → 22at - gH = 11 mol – gH2 144424443 11NA moléculas H2 1026g → x ⇒ x = 1026 × 11NA 342 x = 33 NA moléculas de H2 Respuesta: 33 NA Problema 3 ¿Cuánto pesa una molécula de CH3 – (CH2)16 – COOH? (P.A. C = 12; O = 16) A) 1,41 × 10–21g B) 9,43 × 10–22g C) 4,71 × 10—22g D) 9,43 × 10–22g E) 1,66 × 10–23g Resolución: Hallando el peso molecular del compuesto: MCH3(CH2)16COOH = 12+3(1)+(12+2) 16+12+16×2+1 MCH3(CH2)16COOH = 284 1mol-gCH3(CH2)16COH = 284 g 6,023 × 1023 moléculas x ← 1 molécula ⇒ x = 284 6,023 × 1023 x = 4,71 × 10–22 g Respuesta: 4,71 x 10–22 g PROBLEMAS DE CLASE EJERCITACIÓN 1. Cierto elemento presenta dos isótopos 40E, 39E. Si por cada 5 átomos ligeros existen 3 átomos pesados, determinar el peso atómico. A) 39,4 B) 39,5 C) 39,6 D) 39,8 E) 39,9 2. ¿Cuánto pesan 3 moles de sodio? P.A. (Na = 23) A) 69g B) 32g C) 23g D) 46g E) 96g 3. ¿Cuántos átomos hay en 120g de magnesio? P.A. (Mg = 24) A) 10 B) 5 C) 5.1023 D) 3×1024 E) 18.10–23 4. ¿Cuántas moles hay en 160g de calcio? P.A. (Ca = 40) A) 0,25 B) 4 C) 16 D) 2 E) 0,4 5. ¿Cuánto pesan 3×1023 átomos de litio? P.A. (Li = 7) A) 2,5g B) 5g C) 10g D) 1,25g E) 3,5g PROFUNDIZACIÓN 6. ¿Cuántos átomos hay en 10g de neón? P.A. (Ne = 20) A) 6.1023 B) 3.1023 C) 0,5 D) 42 E) N.A. 7. ¿Cuánto pesa un átomo de Al? P.A. (Al = 27) A) 0,19.10–22 0g B) 3.1023 C) 0,16.10–23 D) 5,3.10–23 E) 4,5.10–23 8. Calcular el peso molecular de un alcaloide (compuesto químico) presente en la planta de la marihuana. (C21H30O2) P.A. (C = 12, O = 16) A) 310 B) 311 C) 312 D) 313 E) 314 9. ¿Cuántas moles hay en 90g de agua? (O = 16) A) 15 B) 8 C) 5 D) 10 E) 20 SISTEMATIZACIÓN 10. ¿Cuál es el número de moléculas que hay en 8 gramos de metano (CH4)? P.A. (C = 12, H = 1) A) 0,5 B) 2 C) 6.1023 D) 3.1023 E) 1,5.1023 11. Hallar la masa existente en 0,5 mol de anhídrido carbónico (CO2). P.A. (C = 12, O = 16) A) 88g B) 44g C) 22g D) 11g E) 98g 12. Un elemento “L” está constituido por 3 isótopos L–110; L–112; L–116; el isótopo L–110 es 4 veces más abundante que el isótopo L–112 y además la abundancia de L–116 es 20%. Determinar la masa atómica promedio del elemento “L” A) 89,6 B) 118,5 C) 111,5 D) 200,06 E) 40,08 11san marcos rEGULar 2014 – II qUímIca TEma 7 SnII2Q7 qUímIca TEma 7 EsTado GasEoso - mEzcLa dE GasEs DESARROLLO DEL TEMA I. DEFINICIÓN Es uno de los estados de agregación de la materia y se caracteriza porque sus moléculas están en constante movimiento ya que posee alta energía cinética. Debido a esta característica los gases poseen forma y volumen variable. En el estado gaseoso sus moléculas están sometidas a dos fuerzas moleculares: la fuerza de repulsión (FR) que son mayores que las fuerzas de atracción o cohesión (FA). FR FA F > FR A Analizando una molécula gaseosa: Ejemplo de gases: N2, O2, F2, Cl2, gases nobles (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) CO, CO2, SO2, HCl, CH4. II. PROPIEDADES DE LOS GASES A. Expansibilidad Todo gas trata de ocupar el máximo volumen que le sea permitido. Se expande fácilmente por un aumento de temperatura, es decir el volumen aumenta. B. Compresibilidad Todo gas se puede comprimir, es decir, disminuir su volumen al aplicarle una fuerza externa. Ejemplo: C. Difusión Todo gas puede difundirse, es decir, trasladarse a través de otro gas o de un líquido. Ejemplo: Aroma D. Efusión Todo gas puede pasar a través de orificios pequeños o poros, es decir pasan de una presión alta a una presión baja. Globo Globo Presión alta Presión baja III. PARÁMETROS DEL ESTADO GASEOSO Son aquellas variables que alteran las características físicas de los gases. Son: P V T Tanque de hospital P = presión T = temperatura V = volumen IV. GAS IDEAL • Es un gas hipotético que cumple con las leyes de Boyle, Charles y Gay-Lussac. • Las características para gas ideal son: – Baja presión. – Elevada (alta) temperatura. – Elevada energía cinética entre sus moléculas. – Las fuerzas intermoleculares de repulsión y atracción son nulas. – El volumen de cada una de sus moléculas es igual a cero. estado gaseoso - mezcla de gases 22 san marcos rEGULar 2014 – IIqUímIcaTEma 7 V. ECUACIÓN UNIVERSAL DE LOS GASES IDEALES Se denomina también ecuación de estado de los gases ideales, porque nos permite establecer una relación de parámetros (variables) de estado. P V T n Nemotécnia P a V o R a= T on P.V R.T.n⇒ = Donde: P = presión absoluta (atm, mmHg, Torr, KPa) V = volumen (litros) T = temperatura absoluta (°K) n = número de moles del gas R = constante universal de los gases ideales o constante de Regnault. Valores de R R = 0,082 mmHg.Latm.L kPa.L62, 4 8,3 mol.K mol.K mol.K = = Equivalencias { 31 atm 760 mmHg 760 TorrP 1 KPa 1000 Pa 10 Pa= == = 3 3 3 1 L 1000 ml 1000 cm ldmV 1 m 1000 L = = = = { K C 273T R F 460° = ° +° = ° + {1kg 1000gmasa 1libra 1 lb 453,6g= = = VI. FÓRMULA PARA CALCULAR EL PESO MOLECULAR (M) DE UN GAS De: P.V. R.T.n= ... (1) Además: mn M = ... (2) (2) en (1): m RTmP.V. R.T. M P.V.M = ⇒ = VII. FÓRMULA PARA CALCULAR LA DEN- SIDAD (D) DE UN GAS De: P.V. R.T.n= ... (1) Además: mn M = ... (2) (2) en (1): ( ) D m mP.V. R.T. P .M R.T VM = ⇒ = P.MD R.T = Nota: • Un gas ideal es un modelo hipotético cuyas características se basan en la Teoría Cinética Molecular (T.C.M). • Al aumentar la temperatura y disminuir la presión de un gas, su densidad aumenta. • Temperatura absoluta son los grados Kelvin y para hallarlo se calcula usando la fórmula: • Un gas ideal es un modelo hipotético cuyas características se basan en la Teoría Cinética Molecular (T.C.M). • Al aumentar la temperatura y disminuir la presión de un gas, su densidad aumenta. • Temperatura absoluta son los grados Kelvin y Ranking VIII.GAS A CONDICIONES NORMALES (C.N.) Un gas se encuentra a condiciones normales cuando cumpla lo siguiente: P = 1 atm = 760 mmHg = 101,3 KPa T = 0°C = 273°K V L22, 4 n mol = Nota: Para usar la constante "R" debes tener cuidado en identificar los datos de presión: Si "P" esta en atmósfera R = 0,082 Si "P" esta en mmHg R = 62,4 IX. ECUACIÓN GENERAL DE LOS GASES IDEALES (LEy DE CLAUSIUS) • Las condiciones de un gas (P, V, T) en un momento dado pueden cambiar, debido a que no son estáticos. • La ecuación general relaciona los cambios que sufre una misma masa del gas (proceso isomásico), por tanto se cumplirá estado gaseoso - mezcla de gases 33san marcos rEGULar 2014 – II qUímIca TEma 7 1 1 2 2 1 2 P .V P .V ....... constante T T = = = Nemotécnia: P a V i T o Como: 1 1 1 vm 1D V m D = ⇒ = y 2 2 2 V 1 m D = Reemplazando en la ecuación general: 1 2 1 1 2 2 P P ..... constante D .T D .T = = = X. PROCESOS GASEOSOS RESTRINGIDOS Son los cambios que experimenta un gas, manteniendo constante la masa y cualquiera de las variables de estado (P, V ó T). A. Ley de Boyle-Mariotte (Proceso isotérmico, "T" constante) "Si la temperatura (T) es constante, el volumen (V) de una misma masa gaseosa es inversamente proporcional a su presión absoluta (P)". De: 1 1 1 P V T 2 2 2 P V T = 1 1 2 2P .V P .V⇒ = Temperatura constanteT = B. Ley de Charles (Proceso isobárico, "P" cons- tante) "Si la presión (P) es constante, el volumen (V) de una misma masa gaseosa es directamente proporcional a su temperatura absoluta (T)". De: P 11 1 V P T = Presión22 1 2 constante 2 1 2 V V V P T T T ⇒ = = C. Ley de Gay-Lussac (Proceso Isocórico Isomé- trico, "V" constante) "Si el volumen (V) es constante, la presión absoluta (P) de una misma masa gaseosa es directamente proporcional a su temperatura absoluta (T)". De: P 11 1 V P T = Presión22 1 2 constante 2 1 2 V V V P T T T ⇒ = = Nota: Recordar para los procesos gaseosos: − = = −
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