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QUIMICA GENERAL I 2020 - FCQ - U.N.C. - 1- QUÍMICA GENERAL I GUÍA DE ACTIVIDADES de EJERCICIOS y PROBLEMAS Año 2020 Cuerpo Docente: Profesores: - Dra. Gabriela Inés LACCONI - Dr. Gustavo Gerardo PALANCAR - Dr. Sergio Alberto DASSIE Auxiliares Docentes: - Dra. Victoria BENAVENTE LLORENTE - Qco. Andrés Felipe CRUZ ORTIZ - Lic. Franco EROLES - Lic. Federico FIORAVANTI - Lic. Guadalupe FIRPO - Dra. María Laura MARTIN - Qca. Karen NAVARRO - Lic. Walter Emmanuel OLMEDO - Qco. Wilkendry RAMOS CERVANTES - Ing. Qca. Nadia YSEA La presente Guía ha sido preparada por el personal docente de la asignatura Química General I, del Departamento de Físicoquímica, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Nacional de Córdoba. Su propósito es proporcionar al alumno una orientación en el estudio de la asignatura. La Guía contiene el Programa Analítico de la asignatura, la bibliografía recomendada, el cronograma de las Actividades del año en curso, y las Series de Ejercicios y Problemas correspondientes a cada unidad del programa. UNIVERSIDAD NACIONAL DE CÓRDOBA FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS QUIMICA GENERAL I 2020 - FCQ - U.N.C. - 2- ÍNDICE Química General I Página - Objetivos 3 - Programa Analítico 3 - Bibliografía Recomendada 5 - Actividades de Clases (Horarios) 6 - Cronograma y Temario a Desarrollar 7 - Prólogo al estudio de la asignatura 9 - Plan de Acciones y Herramientas para prevenir, atender y sancionar las Violencias de Género en el ámbito de la UNC 11 - Series de Ejercicios y Problemas 15 - Serie Nº 0: Guía de Ejercitación de Repaso 17 - Serie Nº 1: Capítulo I: Estructura del Átomo 25 - Serie Nº 2: Capítulo II: Estructura Electrónica 33 - Serie Nº 3: Capítulo III: Enlace Químico Parte A 39 - Serie Nº 4: Capítulo III: Enlace Químico Parte B 41 - Serie Nº 5: Capítulo IV: el Estado Gaseoso 45 - Serie Nº 6: Capítulo V: Fase condensada: el Estado Líquido 51 - Serie Nº 7: Capítulo VI: Fase condensada: el Estado Sólido 55 - Serie Nº 8: Capitulo VII: Termoquímica 59 - Serie Nº 9: Capítulo VIII: Equilibrio Físico 67 - Apéndice 75 QUIMICA GENERAL I 2020 - FCQ - U.N.C. - 3- QUIMICA GENERAL I OBJETIVOS El curso de Química General I tiene como objetivo introducir al alumno en el estudio de la materia, sus propiedades y transformaciones, las reacciones químicas, teniendo en cuenta los factores que hacen a la comprensión de las mismas. Para alcanzar tal objetivo, se ha estructurado el programa comenzando con una visión microscópica de la materia (Capítulos I, II y III), desde la estructura del átomo hasta los conceptos fundamentales del enlace químico. En los capítulos siguientes (IV al VI), sobre la base de los anteriores y con la introducción del concepto de las fuerzas intermoleculares, se dan los estados de agregación de la materia. En el Capítulo VII, se introducen los conceptos de entalpia y se analizan los cambios energéticos que acompañan a las reacciones químicas. Por último (Capítulo VIII), se introducen los conceptos del equilibrio físico, analizando en profundidad los cambios de estado, las propiedades de las soluciones y las propiedades coligativas. PROGRAMA ANALÍTICO de QUÍMICA GENERAL I CAPÍTULO I: ESTRUCTURA DEL ÁTOMO La estructura del átomo. Estructura básica. Experimento de Thompson y experimento de Millikan. Modelo nuclear del átomo. Descubrimiento de la radioactividad. Partículas elementales. Dispersión de partículas alfa. La estructura del núcleo. La espectrometría de masa y los pesos atómicos. Los electrones en los átomos. La naturaleza ondulatoria de la luz. La cuantización de la energía y los fotones. La teoría de Bohr para el átomo de hidrógeno: Los espectros de líneas y los postulados de Bohr. La mecánica cuántica: La relación de De Broglie. El Principio de incertidumbre. Los números cuánticos y los orbitales atómicos. CAPÍTULO II: LA ESTRUCTURA ELECTRÓNICA La estructura electrónica de los átomos y la periodicidad de los elementos. El spin del electrón y el principio de exclusión de Pauli. La configuración electrónica de los átomos y la tabla periódica. Diagrama de orbitales atómicos. La regla de Hund. Las propiedades magnéticas de los átomos. Algunas propiedades periódicas: los radios atómicos, la energía de ionización y la afinidad electrónica, otras propiedades. CAPÍTULO III: ENLACE QUÍMICO Conceptos fundamentales del enlace químico. Descripción del enlace iónico. Energías involucradas. Configuraciones electrónicas de los iones. Radio iónico. Enlace covalente, descripción. Enlace covalente coordinado. Regla del octeto. Enlace deslocalizado. Resonancia. Energía de enlace, polaridad y electronegatividad. La geometría molecular y la teoría del enlace químico: los enlaces dirigidos. Modelo de la repulsión de los pares de electrones de valencia. Momento dipolar y geometría molecular. Teoría del enlace de valencia. Orbitales híbridos. Enlaces múltiples. Enlaces deslocalizados. QUIMICA GENERAL I 2020 - FCQ - U.N.C. - 4- CAPÍTULO IV: EL ESTADO GASEOSO El estado gaseoso. Propiedades de los gases. La ecuación de estado de los gases ideales. Mezcla de gases y presiones parciales. Aplicaciones a cálculos de reacciones químicas. La teoría cinético- molecular de los gases y la interpretación cualitativa de las leyes de los gases ideales. Velocidades moleculares. Difusión y efusión. Desviaciones del comportamiento ideal. Ecuación de van der Waals. CAPÍTULO V: FASE CONDENSADA. EL ESTADO LÍQUIDO El estado líquido. Descripción cinético-molecular de los líquidos. Las fuerzas intermoleculares para expresar las propiedades de los líquidos. Fuerzas de dispersión de London, fuerzas dipolo- dipolo y “puente hidrógeno”. Fuerzas ion-dipolo. CAPÍTULO VI: FASE CONDENSADA. EL ESTADO SÓLIDO El estado sólido. Propiedades de los sólidos, comparación con los líquidos y gases. Distintos tipos de fuerzas de atracción. Estructuras de los sólidos. Sólidos: redes y celda unidad de algunos sólidos cristalinos, moleculares e iónicos. Sólidos covalentes. Los materiales modernos como ejemplos de materiales con propiedades que dependen de los diferentes tipos de enlaces: cristales líquidos, polímeros, productos cerámicos y películas delgadas. CAPÍTULO VII: TERMOQUÍMICA Termoquímica. Energía. Unidades. Energía cinética, potencial y energía interna. Ley de la conservación de la materia. Calor de reacción: definición. Procesos exotérmicos y endotérmicos. Concepto de entalpía. Cambios de entalpía. Ecuaciones termoquímicas. Medición de los calores de reacción. Uso de los calores de reacción: Ley de Hess. Entalpías estándar de formación. Cambio de entalpía de las reacciones químicas a partir de las energías de enlace. Las reacciones químicas como recursos energéticos: combustibles, alimentos etc. CAPÍTULO VIII: EQUILIBRIO FÍSICO Cambios de estado: cambios de energía que acompañan a los cambios de estado. Presión de vapor. Principio de Le Chatelier. Punto de congelación y punto de ebullición. Curvas de calentamiento. Diagrama de fases para el agua y el dióxido de carbono. Propiedades de las soluciones. Proceso de disolución. Distintos tipos de soluciones. Soluciones saturadas y solubilidad. Factores que afectan la solubilidad. Ley de Henry. Propiedades coligativas: Ley de Raoult, descenso de la presión de vapor, ascenso del punto de ebullición y descenso del punto de congelación. Desviaciones. Osmosis. Determinación de pesos moleculares. Coloides: propiedades generales. QUIMICA GENERAL I 2020 - FCQ - U.N.C. - 5- BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA: “De todos los instrumentos del hombre, el más asombroso es sin duda, el libro. Los demás son extensiones de su cuerpo. El microscopio, el telescopio, son extensiones de su vista; el teléfonoes extensión de su voz; luego tenemos el arado y la espada, extensiones de su brazo. Pero el libro es otra cosa: el libro es la extensión de la memoria y de la imaginación.” Jorge Luis Borges - P. Atkins y L. Jones. Principios de Química. 3ra Ed. Editorial Médica Panamericana. 2006. - T. L. Brown, H. E. LeMay Jr. y B. E. Bursten. Química. La Ciencia Central. 11va. Ed. Prentice Hall Hispanoamericana, S.A. 2009. - R. H. Petrucci y W. S. Hardwood. Química General. Principios y Aplicaciones. 8va. Ed. Prentice Hall. 2003. - R. Chang. Química. 10ma. Ed. Mc Graw Hill Interamericana 2010. - K. W. Whitten, R. E. Davis, M. L. Peck y G. G. Stanley. Química. 8va. Ed. Cengage Learning. 2008. - J. E. Brady y G. E. Humiston. Química Básica. Principios y Estructura. 2da. Ed. Limusa. 1985. - B. M. Mahan y R. J. Myers. Química. Curso Universitario. 4ta. Ed. Addison. Wesley Iberoamericana. 1990. - W. L. Masterton y E.J. Slowinski. Química General Superior. 6ta. Ed. Mc Graw Hill. 1992. - P. Atkins and L. Jones. Chemistry, Molecules, Matter and Change. 3rd. Ed. W.H. Freeman & Co. 1997. - D. D. Ebbing. General Chemistry. 4ta. Ed. Addison Wesley. Iberoamericana. 1990. - A. B. Ellis. Teaching General Chemistry: A Materials Science Companion. American Chemical Society. 1993. - Cualquier otro libro de texto de Química General de nivel universitario. - Catálogo on-line de toda la bibliografía disponible en la Biblioteca de la Facultad de Ciencias Químicas – U.N.C. (http://fcq.biblio.unc.edu.ar) para cualquier consulta. QUIMICA GENERAL I 2020 - FCQ - U.N.C. - 6- QUIMICA GENERAL I ACTIVIDADES Clases Teóricas: Inicio: lunes 16 de marzo NO OBLIGATORIAS Estas clases se dictan en la Batería de Aulas B y se repiten en dos turnos: Primer Turno: lunes 11:00 – 12:30 h Aula B 3 miércoles 11:00 – 12:30 h Aula B 3 Segundo Turno: lunes 16:00 – 17:30 h Aula B 3 miércoles 16:00 – 17:30 h Aula B 3 Clases de Seminario de Ejercicios y Problemas: Inicio: lunes 16 de marzo Se dictan en aulas de la Batería de Aulas B y comprende una clase semanal OBLIGATORIA para aprobar la asignatura por el régimen de PROMOCIÓN. COMISIÓN día horario / h aula 1 viernes 18:00 – 21:00 B15 2 miércoles 14:00 – 17:00 B10 3 jueves 08:00 – 11:00 B10 4 jueves 08:00 – 11:00 B09 5 viernes 08:00 – 11:00 B10 6 viernes 11:00 – 14:00 B10 7 lunes 11:00 – 14:00 B10 8 jueves 11:00 – 14:00 B10 9 jueves 11:00 – 14:00 B09 10 jueves 14:00 – 17:00 B10 11 jueves 17:00 – 20:00 B10 12 viernes 08:00 – 11:00 B16 13 martes 14:00 – 17:00 B10 14 lunes 17:00 – 20:00 B10 15 viernes 17:00 – 20:00 B10 16 lunes 14:00 – 17:00 B10 17 martes 08:00 – 11:00 B10 18 miércoles 14:00 – 17:00 B16 19 martes 14:00 – 17:00 B16 20 lunes 14:00 – 17:00 B16 Exámenes Parciales: OBLIGATORIOS para aprobar por el regimen de PROMOCIÓN Ver cronograma QUIMICA GENERAL I 2020 - FCQ - U.N.C. - 7- CRONOGRAMA Y TEMARIO A DESARROLLAR QUIMICA GENERAL I Semana Fecha Clases Teóricas Clases de Ejercicios y Problemas Observ. 1 16/03 al 20/03 - Presentación del curso Estructura del Átomo Ejercicios de Repaso General Estructura del Átomo 2 Feriados 23 y 24/03 23/03 al 27/03 Sin clases Serie 1- Estructura del Átomo Feriados que se recuperan: Ejercicios y problemas Estructura del Átomo. Estructura Electrónica. 3 Feriado 02/04 30/03 al 03/04 Estructura Electrónica. Propiedades Periódicas. Serie 2. Estructura Electrónica Propiedades Periódicas Feriado que se recupera: Ejercicios y problemas Estructura Electrónica. Propiedades Periódicas. 4 Feriados 09 y 10/04 06/04 al 10/04 Enlace Químico (A) Sin clases Feriados que no se recuperan: Ejercicios y problemas Enlace Químico (A) 5 13/04 al 17/04 Enlace Químico (A) Serie 3- Enlace Químico (A) Enlace Químico (B) 6 20/04 al 24/04 Enlace Químico (B) Serie 4- Enlace Químico (B) Enlace Químico (B) Estado Gaseoso 7 Feriado 01/05 27/04 al 01/05 Estado Gaseoso Serie 5- Estado Gaseoso Feriado que se recupera: Ejercicios y problemas Estado Gaseoso 8 04/05 al 08/05 1er. Examen Parcial Fecha a determinar 2 al 16 de mayo de 2020 9 11/05 al 15/05 10 18/05 al 22/05 Fase Condensada Serie 5- Estado Gaseoso Fase Condensada 11 Feriado 25/05 25/05 al 29/05 Sin clases Serie 6- Fase Condensada Serie 7- Fase Condensada Feriado que se recupera: Ejercicios y problemas Fase Condensada Termoquímica QUIMICA GENERAL I 2020 - FCQ - U.N.C. - 8- 12 01/06 al 05/06 Termoquímica Serie 7- Fase Condensada Termoquímica 13 08/06 al 12/06 Equilibrio Físico Series 8- Termoquímica Equilibrio Físico 14 Feriado 15/06 15/06 al 19/06 Sin clases Series 9- Equilibrio Físico Feriado que se recupera: Ejercicios y problemas Equilibrio Físico 15 22/06 al 26/06 2do. Examen Parcial Fecha a determinar 22 de junio al 3 de julio de 2020 16 29/06 al 03/07 17 06/07 al 10/07 Receso Invernal 7 al 14 de julio de 2020 18 13/07 al 17/07 Recuperación Exámenes Parciales y Examen Final Fecha a determinar 15 al 21 de julio de 2020 19 20/07 al 24/07 Examen Final: Fecha a determinar 22 de julio al 1 de agosto de 2020 20 27/07 al 01/08 RECUPERACIONES de CLASES de EJERCICIOS Y PROBLEMAS correspondientes a DIAS FERIADOS. Estas clases se recuperan en lugar, fecha y hora a informar oportunamente. Lunes 23 de marzo: feriado con Fines Turísticos. Martes 24 de marzo: feriado en ocasión del Día Nacional de la Memoria por la Verdad y la Justicia. Jueves 2 de abril: feriado en ocasión del Día del Veterano y de los Caídos en la Guerra de Malvinas. Viernes 1 de mayo: feriado en ocasión del Día del Trabajador. Lunes 25 de mayo: feriado en ocasión del Día de la Revolución de Mayo. Lunes 15 de junio: feriado en ocasión del Día Paso a la Inmortalidad del General Martín Miguel de Güemes (feriado trasladable del 17 de junio). QUIMICA GENERAL I 2020 - FCQ - U.N.C. - 9- PRÓLOGO al estudio de la asignatura El presente material de estudio constituye el único material oficial elaborado con el apoyo del personal docente encargado del dictado de la asignatura. Debe considerarse sólo como un punto de partida y de orientación en el estudio de la asignatura, por lo que el alumno deberá recurrir indefectiblemente a los libros de texto aconsejados, a fin de cubrir el programa que se desarrolla a lo largo del cuatrimestre lectivo. Los docentes de la asignatura esperamos que el alumno realice un estudio detallado de los conceptos teóricos de cada unidad, para posteriormente intentar su aplicación en los ejercicios correspondientes. También queremos recomendar que el alumno adquiera la costumbre de realizar los ejercicios que en el libro de texto elegido se van desarrollando a lo largo de la presentación teórica, como así también los que el autor del texto propone al final de cada capítulo. Toda esta metodología de trabajo sin dudas contribuirá a formar hábitos de estudio, de análisis crítico y de práctica en su aplicación que formarán la esencia de su futura actividad profesional en las Ciencias Químicas. Les deseamos un muy buen comienzo en sus estudios en nuestra Facultad y deseamos que se acerquen a nosotros para expresarnos cualquier duda, comentario u opinión que tengan, a fin de realizar esta tarea de enseñanza-aprendizaje (de ustedes y nosotros) con el mayor gusto y beneficio posible. El plantel docente de Química General I QUIMICA GENERAL I 2020 - FCQ - U.N.C. - 10- QUIMICA GENERAL I 2020 - FCQ - U.N.C. - 11- Plan de Acciones y Herramientas para prevenir,atender y sancionar las Violencias de Género en el ámbito de la UNC Si viviste una situación de violencia o discriminación por razones de género, existen espacios en la universidad donde podés acercarte en un marco de respeto, gratuidad y confidencialidad. La Comisión Interclaustro de Feminismos y Géneros (CIFeG) de la Facultad de Ciencias Químicas, comparte un resumen de los puntos principales del Plan de Acciones de la Universidad Nacional de Córdoba que comprende herramientas para prevenir, sancionar y erradicar las violencias de género en el ámbito de la universidad. Si estás interesadx en obtener más información y materiales para compartir con tus compañerxs podés acercarte a la SAE de la facultad. ¿Cuál es el plan? Este Plan de Acciones fue aprobado por el Honorable Consejo Superior (HCS) de la UNC en el año 2015 (Resolución N° 1011/15). Se basa en las nuevas leyes e investigaciones que nuestro país y la UNC han producido en los últimos años: Ley Nacional N° 26.485; Declaración de Derechos Estudiantiles; Ordenanza de respeto a la Identidad de Género Autopercibida, entre los avances en materia de ampliación de derechos humanos. Es importante que conozcas tus derechos y las herramientas con que contás para defenderlos. ¡Compartí con tus compañerxs esta información! 1. Objetivo del Plan: Promover en la comunidad universitaria un ambiente libre de violencias de género y discriminación de cualquier tipo por razones de género y/o identidad sexual. 2. Destinatarixs: Toda la comunidad universitaria, docente, no docentes y estudiantes, de pregrado, grado, posgrado, de oficios y de los diferentes programas de la UNC; investigadorxs, becarixs o egresadxs, vinculadxs a la Universidad mediante beca, adscripción, equipo de investigación o extensión, y que pertenezcan en su condición a cualquiera de las unidades académicas, colegios preuniversitarios o dependencias de la UNC, incluyendo museos, hospitales, bibliotecas, observatorios, Área Central, Complejo Vaquerías y Campo Escuela. Como asimismo personas que presten servicios en los ámbitos de la UNC. 3. Líneas de Acción: ● Prevención: sensibilización, capacitación, información e investigación. ● Sistematización de información y estadísticas. ● Intervención institucional ante situaciones o casos de violencia de género. Principios rectores de la atención a personas afectadas por violencias de género: a. Gratuidad b. Respeto c. Confidencialidad d. Contención e. No revictimización f. Diligencia y Celeridad QUIMICA GENERAL I 2020 - FCQ - U.N.C. - 12- Situaciones o casos de violencias de género: a. Uso de palabras escritas u orales que resulten discriminatorias, hostiles, humillantes u ofensivas para quien las reciba. b. Agresiones físicas, acercamientos corporales u otras conductas físicas y/o sexuales, indeseadas u ofensivas para quien las reciba. c. Requerimientos sexuales que impliquen promesas implícitas o expresas de un trato preferencial respecto a la situación actual o futura de estudio/trabajo, proyecto de investigación o extensión, de quien las recibe. d. Requerimientos sexuales que impliquen amenazas, implícitas o expresas, que provoquen daños o castigos referidos a la situación, actual o futura, de empleo, estudio, utilización o participación en un servicio administrativo, proyecto de investigación o acción social, de quien la recibe. e. Hechos de violencia sexual descritos bajo la rúbrica “Delitos contra la Identidad Sexual” ubicados en el Libro Segundo, Título III del Código Penal argentino, denominados “abuso sexual simple”, “abuso sexual calificado”, “abuso sexual con acceso carnal” o los que en el futuro pudieren tipificarse. f. Hechos de violencia sexual no descritas en los términos del artículo 119 y sus agravantes del Código Penal argentino y que configuran formas de acoso sexual. g. Acoso sexual: todo comentario reiterado o conducta con connotación sexual que implique hostigamiento y/o asedio que tenga por fin inducir a otra persona a acceder a requerimientos sexuales no deseados o no consentidos. Las situaciones presentes no limitan otras que pudieran surgir y tendrán que ser analizadas en su particularidad. Consultas y denuncias: Deben ser realizadas en la oficina del Plan, por la persona interesada o por alguien con conocimiento directo de los hechos, en forma personal, telefónica, o por correo electrónico. Serán receptadas por personas capacitadas para ello. Se garantizará un espacio físico adecuado para la privacidad de las personas. Será respetado el hecho de que por alguna causa la persona denunciante prefiere que otras personas no estén presentes. Se tramitará apoyo psicológico a las personas denunciantes, si así lo requieran. La persona que denuncia deberá exponer las circunstancias, lugar, tiempo, participes y todo elemento que pueda conducir a la comprobación del hecho. Se conformará un acta de denuncia donde conste fecha, nombre y apellido, documento y domicilio de la persona que denuncia, así como la declaración efectuada y las pruebas testimoniales o documentales si las hubiere. El acta será leída en voz alta y firmada por todas las personas partícipes en el acto. En el caso que la persona denunciante lo considere la denuncia podrá ser ampliada. En caso de realizarse una denuncia, ésta será remitida a la Fiscalía Permanente de la UNC para que inicie una investigación. IMPORTANTE: ● Es responsabilidad de todas las personas que tomen conocimiento por situaciones de violencia de género la derivación y el acompañamiento a la Oficina del Plan. ● La denuncia realizada allí no limita o excluye de la realización de una denuncia en unidades judiciales de distrito, en la línea gratuita o en la unidad judicial de violencia familia de la provincia de Córdoba. QUIMICA GENERAL I 2020 - FCQ - U.N.C. - 13- Régimen sancionatorio: En caso de que se determinara culpable de ejercer cualquier tipo de violencia a la o las personas acusadas, se sancionaran según consignan los artículos del punto 5 del Plan de Acciones, en acuerdo con lo establecido en la Ordenanza del Honorable Consejo Superior 9/12 y su texto ordenado aprobado por Resolución Rectoral 204/2016. En el caso de que la sanción sea aplicada a unx o más estudiantes, se respetará su derecho a la educación establecido en la declaración 8/2009 de Derechos Estudiantiles. En todos los casos, la reincidencia se considerará un agravante y se atenderán a las circunstancias de tiempo, lugar y modo para el encuadramiento de la conducta. ¿Dónde realizar consultas y/o denuncias? Comisión Interclaustro de Feminismos y Géneros (CIFeG) de la Facultad de Ciencias Químicas. Correo electrónico: cifegfcqunc@gmail.com, genero@fcq.unc.edu.ar Oficina del Plan: Consultorio 133, planta alta - Sede DASPU de Ciudad Universitaria. Atención: ● Lunes y miércoles de 15 a 18 hs. ● Martes y jueves de 9 a 12 hs. Tel. 0351-5353629 Correo electrónico: violenciasdegenero@extension.unc.edu.ar QUIMICA GENERAL I 2020 - FCQ - U.N.C. - 14- ¿Sabías que existe una comisión de feminismos y géneros en la facu? La Comisión Interclaustros de Feminismos y Géneros (CIFeG) de la Facultad de Ciencias Químicas es un espacio de participación abierto y de construcción colectiva: cualquier persona dentro de la facu puede sumarse a nuestras reuniones. Tenemos como objetivo promover un ambiente de respeto hacia la diversidad y las disidencias sexuales, libre de violencias de género y discriminación de cualquier tipo. Para contactarnos, podés escribirnos un mail a: genero@fcq.unc.edu.ar o cifegfcqunc@gmail.com Comisión Interclaustro de Feminismos y Géneros - FCQ ¡Te esperamos! Datos Útiles: ● Secretaría de Lucha contra la Violencia a la Mujer y Trata de Personas (Polo de la Mujer): Entre Ríos 680, Córdoba. Teléfono: (0351)4288700/01 ● Centro de Atención Integral para varones:Rondeau 258, Córdoba. Teléfono: (0351) 4342188/9 mailto:genero@fcq.unc.edu.ar mailto:cifegfcqunc@gmail.com QUIMICA GENERAL I 2020 - FCQ - U.N.C. - 15- Series de EJERCICIOS y PROBLEMAS QUIMICA GENERAL I 2020 - FCQ - U.N.C. - 16- QUIMICA GENERAL I 2020 - FCQ - U.N.C. - 17- QUÍMICA GENERAL I Serie Nº 0 GUÍA de EJERCITACIÓN de REPASO HABILIDADES Las siguientes son algunas de las habilidades iniciales que un estudiante debe dominar como paso previo al estudio del curso de QUÍMICA GENERAL I. - Conocimiento de los estados de oxidación de los elementos más comúnmente utilizados en química. - Escribir correctamente fórmulas y ecuaciones químicas. - Dada una fórmula química dar el nombre del compuesto, y a partir del nombre de un compuesto, escribir su fórmula química. - Balancear ecuaciones químicas. - Identificar diferentes clases de reacciones químicas según el tipo de reactivo y producto: formación (o síntesis), descomposición, desplazamiento, combustión, corrosión, oxidación, etc.; o según el tipo de proceso: desprendimiento de gases, precipitación, neutralización, óxido- reducción, etc. - Conocimiento de los diferentes tipos de unidades de las magnitudes fundamentales (longitud, masa, tiempo, cantidad de sustancia), sus unidades derivadas (superficie, volumen, densidad, velocidad, aceleración, fuerza, energía, potencia) en distintos sistemas de medición. - Conocimiento de los diferentes múltiplos (deca, hecto, kilo, etc.) y submúltiplos (deci, centi, mili, etc.) con que se puede expresar una magnitud, y los prefijos correspondientes con que se los denomina. - Interconvertir unidades entre diferentes sistemas de unidades. - Deducción de factores de conversión de unidades. - Utilización de notación científica para expresar números muy grandes o muy pequeños. - Reconocimiento e identificación de propiedades extensivas e intensivas de un sistema. - Identificación de propiedades físicas y químicas, estados físicos y cambios de estado de la materia. - A partir de la fórmula química de un compuesto saber determinar la composición porcentual de sus elementos, y a la inversa, desde la composición porcentual de los elementos saber determinar la fórmula mínima o empírica del compuesto. - Pasaje de términos en ecuaciones matemáticas. - Interpretación de gráficos. - Utilización del número adecuado de cifras significativas a través de un proceso de cálculo y en la expresión del resultado final. A través de la ejercitación siguiente se pretende que Ud. repase y verifique sus conocimientos y manejo de algunos temas generales que forman parte de los conceptos necesarios como etapa previa al estudio del curso regular de QUIMICA GENERAL I. Algunos de estos temas fueron desarrollados en la asignatura Introducción al Estudio de las Ciencias Químicas (Ciclo de Nivelación) por lo que suponemos que Ud. está familiarizado con ellos. Si no fuera así, este período inicial de clase es un buen momento para reflexionar sobre ello y tomar los recaudos necesarios para solucionar éste déficit de conocimientos. A lo largo de las discusiones de esta Guía intentaremos hacer hincapié en los siguientes aspectos: - Planteo de la situación problema a resolver. Estrategia de acción. - Expresión de resultados numéricos. - Análisis de unidades (o dimensional) en el resultado numérico. - Concepto y uso de las cifras significativas. - Expresión de ideas y respuestas. QUIMICA GENERAL I 2020 - FCQ - U.N.C. - 18- Ejercitación de Repaso Sistemas Materiales 1- Identifique cambios físicos y químicos: a) La conversión de hielo en gas. b) Combustión de gas natural. c) Evaporación de etanol. d) Pérdida de gas de la cerveza. e) Cortar un trozo de carne. f) Azúcar que se carameliza. g) Disolución de sal en agua. Rta.: a) físico, b) químico, c) físico, d) físico, e) físico, f) químico, g) físico. 2- a) Busque el concepto de destilación en un libro de texto. Analice los conceptos fundamentales de esta técnica de separación. b) Se destila un sistema homogéneo y se obtiene como resultado cloruro de sodio y agua. Indique si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas: i) El estado inicial corresponde a una solución de dos componentes. ii) En el estado final se obtienen dos sustancias puras compuestas. iii) En el estado inicial la composición es fija es decir no se puede preparar la solución de otra manera. iv) En el estado final la composición es variable, es decir, las proporciones de cloro y sodio en la sal, y de hidrógeno y oxígeno en el agua pueden variar. v) Durante la destilación la temperatura asciende y luego se mantiene constante. Rta.: i) V, ii) V, iii) F, iv) F v) V 3- Indicar si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas: a) Una sustancia pura: i) es un sistema homogéneo. ii) tiene todas sus moléculas iguales. iii) siempre está formada por un solo tipo de elemento. b) Las soluciones: i) tienen las mismas propiedades intensivas en todos sus puntos. ii) se preparan manteniendo una proporción fija. iii) se pueden separar por métodos de separación de fases. c) Los métodos de separación de fases se emplean para separar: i) sistemas homogéneos. ii) sistemas heterogéneos. iii) sustancias puras. d) En las reacciones químicas: i) se conserva la masa. ii) no se altera la composición de las sustancias que intervienen. iii) ocurren cambios en los núcleos atómicos. Rta.: a) i. V, ii. V, iii. F; b) i. V, ii) F, iii. F; c) i. F, ii. V, iii. F; d) i. V, ii. F, iii. F. QUIMICA GENERAL I 2020 - FCQ - U.N.C. - 19- 4- Clasificar las siguientes sustancias en simples, compuestas, soluciones o mezclas. a) Vino d) Helio g) Agua con hielo b) Gaseosa e) Aluminio h) Cloruro de sodio c) Tinta f) Agua mineral Rta.: a) mezcla homogénea o solución, b) mezcla heterogénea, c) mezcla homogénea o solución, d) y e) sustancia pura simple, f) mezcla homogénea o solución, g) mezcla heterogénea, h) sustancia pura compuesta. 5- Indicar si las siguientes afirmaciones son Verdaderas o Falsas: a) Aplicando métodos físicos tales como centrifugación o filtración es posible separar los componentes de un sistema homogéneo. b) El aire constituye un ejemplo de sistema material homogéneo gas-gas. c) Los componentes de las mezclas heterogéneas conservan sus propiedades fìsicas y son separables por métodos físicos. d) Las aleaciones metálicas son ejemplos de mezclas heterogéneas. e) Un sistema heterogéneo puede estar formado por moléculas iguales. Rta.: a) F, b) V, c) V, d) F, e) V. Fórmulas Químicas. Cálculos Estequiométricos. 6- Determine el estado de oxidación para cada elemento en los siguientes compuestos (teniendo en cuenta que el estado de oxidación del oxígeno es 2, y el de hidrógeno es +1) a) H2TeO4 e) B2O3 b) H2SO4 f) HVO3 c) CrO3 g) NaIO3 d) I2 h) CaCO3 Rta: a) +6, b) +6, c) +6, d) 0, e) +3, f) +5, g) +5, h) +4 7- Formule o nombre los compuestos (con nomenclatura tradicional y sistemática) en el caso que corresponda: a) Ácido perclórico g) BaSO4 b) NaNO3 h) Ácido ortoarsénico c) Tris[trioxocarbonato (IV)] de dialuminio i) Ácido arsenioso d) Ortofosfato de aluminio j) Dicromato de amonio e) MgSO4 k) Hidrógeno tetraoxosulfato (VI) de litio f) Bis [dioxoclorato (III)] de estaño (II) l) Hidróxido de plomo (II) 8- ¿Cuantos átomos totales están contenidos en una muestra de agua cuya masa es de 9,00 g? Rta.: 9,03×1023 átomos 9- En que sistema hay mayor número de moléculas: a) un mol de O2 d) 22,4 g de N2 b) 22,4 L de N2 en CNPT e) 2,24 moles de H2 c) 22,4 g de H2 f) 32,0 g de O2 Rta.: c) 10- Calcular el número de moles de moléculas y átomos totales contenidos en:a) 4,25 g de amoniaco (NH3). b) 4,18 L de metano (CH4) a 0 ºC y 1 atm. Rta.: a) 0,25 mol, 1,505×10 23 moléculas, 0,6×1024 átomos; b) 0,2 mol; 1,205×1023 moléculas, 6,023×1023 átomos. QUIMICA GENERAL I 2020 - FCQ - U.N.C. - 20- 11- En un recipiente que se mantiene en CNPT existen 2,408×1024 moléculas de oxígeno. Calcule: a) La cantidad de átomos, gramos y litros de oxígeno contenidos en el recipiente. b) Los litros de hidrógeno necesarios para reaccionar con la cantidad total de oxígeno y gramos de agua que se forman. Rta.: a) 4,8×10 24 átomos de O, 128 g O2, 89,6 L O2, b) 179,2 L y 144 g. 12- En cada uno de los siguientes compuestos establezca su composición centesimal. a) PH3 b) SiO2 c) K2CO3 d) ZnF2 e) Al2(SO4)3 Rta.: a) P: 91,17% H: 8,83%, b) Si: 46,73% O: 53,26%, c) K: 56,52% C: 8,69% O: 34,78%, d) Zn: 63,24% F: 36,75%, e) Al: 15,78% S: 28,07% O: 56,14%. 13- ¿Qué relación hay entre una fórmula empírica y una fórmula molecular o verdadera? Defina ambas. 14- A partir de las siguientes composiciones centesimales, establezca la respectiva fórmula empírica. a) C: 64,00 % H: 4,44% Cl: 31,56 % b) C: 28,91 % H: 4,82 % O: 38,55 % Na: 27,72 % Rta. a) C6H5Cl, b) C2H4O2Na 15- A continuación, se presentan las fórmulas moleculares de varios compuestos. Indique la fórmula empírica y la composición centesimal para cada caso. a) C2H6 b) H2O2 c) Na2O d) C2H2 e) C8H18 Rta.: a) CH3, C: 80,00 % H: 20,00 %; b) HO, H: 5,89 % O: 94,11 %; c) Na2O, Na: 74,19 % O: 25,8 %; d) CH C: 92,3 % H: 7,69 %; e) C4H9 C: 84,21 % H: 15,78 %. 16- En cada uno de los siguientes casos determine la fórmula empírica: a) 1,00 g de S se combina con 1,00 g de O b) 22,68 g de Fe se combinan con 13,02 g de S Rta.: a) SO2, b) FeS. 17- Si 6,66 moles de átomos de carbono reaccionan con 13,4 moles de átomos de hidrógeno y 6,66 moles de átomos de oxigeno para formar un compuesto cuyo peso molecular es 180 g, ¿cuál es la fórmula molecular del compuesto? Rta.: C6H12O6 18- Un químico obtuvo una sustancia en el laboratorio, de la cual conocía que estaba formada sólo por hidrógeno y oxígeno y que, además, la proporción de oxígeno era de 94,12 % ¿La sustancia se tratará de agua? Si luego e conoce que su peso molecular es igual a 34,014, ¿sus fórmulas empírica y molecular coinciden? Rta.: H2O2 19- Calcule la fórmula molecular a partir de las siguientes fórmulas empíricas y pesos moleculares: a) C2H5 y 58,1 g b) CH2O y 60,0 g c) KClO3 y 125 g Rta.: a) C4H10, b) C2H4O2, c) KClO3 QUIMICA GENERAL I 2020 - FCQ - U.N.C. - 21- 20- La hormona adrenalina es una sustancia química que tiene la siguiente composición química (en porcentaje en peso): 59,0 % de carbono; 26,2 % de oxígeno; 7,10 % de hidrógeno y 7,65 % de nitrógeno. ¿Cuál es su fórmula mínima o empírica? 21- La sacarosa o azúcar común tiene la siguiente fórmula molecular: C12H22O11. Determine el porcentaje en peso de cada elemento que la compone. Ecuaciones Químicas. Coeficientes estequiométricos. 22- Balancee las siguientes ecuaciones químicas: a) Ca3(PO4)2(s) + H2SO4(ac) → H3PO4(ac) + CaSO4 (s) b) WO3(s) + H2(g) → W(s) + H2O(l) c) PbS(s) + O2(g) → PbO(s) + SO2(g) 23- El amoníaco (NH3) es una materia prima muy usada a nivel industrial. Su síntesis se lleva a cabo según el proceso propuesto por el químico Fritz Haber (1868-1934) en 1905, representado por la siguiente ecuación química: N2(g) + H2(g) → NH3(g) a) Balancee la ecuación química. ¿Qué ley se cumple? b) ¿Cuántos moles de NH3 se producen por mol de N2? c) ¿Cuántas moléculas de H2 reaccionan? d) Calcular la composición centesimal del NH3. Rta: a) ley de conservación de la masa, b) 2 moles, c) 3 veces el NA de moléculas, d) H: 17,64% N: 82,35%. 24- Para la siguiente ecuación química: MnCl2 + Br2 + 4 NH4HO → MnO2 + 2 NH4Cl + 2 NH4Br + 2 H2O Indique: a) ¿Cuántos moles de Br2 se requieren para reaccionar con un mol de MnCl2? b) ¿Cuántos moles de NH4HO se requieren para reaccionar con tres moles de Br2? c) ¿Cuántas moléculas de NH4Br se obtienen cuando reaccionan 3 moles de Br2? d) ¿Cuántos moles de MnCl2 se requieren para producir 321 g de NH4Cl? Rta.: a) 1 mol, b) 12 moles, c) 6 x 6,02×1023 d) 3 moles. 25- ¿Cuántos gramos de NaOH se pueden obtener a partir de 2 moles de Na2CO3 y un exceso de Ca(OH)2? Na2CO3 + Ca(HO)2 → NaHO + CaCO3 Rta.: 160 g. 26- Dada la siguiente ecuación química: H2 + P4 → PH3 a) ¿Cuántos moles de hidrógeno molecular reaccionan con 1 mol de fósforo? b) ¿Cuántos gramos de fósforo se combinan con 100 g de hidrógeno? c) ¿Cuántos gramos de fosfina (PH3) se forman a partir de 1 mol de fósforo? d) ¿Cuántas moléculas de fosfina se forman a partir de 9 moles de hidrógeno? Rta.: a) 6 moles de H2, b) 1033,3 g de P, c) 1 mol de PH3: 34 g, d) 6 moles de PH3 = 6 x 6,02×1023 moléculas de PH3 QUIMICA GENERAL I 2020 - FCQ - U.N.C. - 22- 27- El hidróxido de bario reacciona con el dióxido de carbono para producir carbonato de bario y agua de acuerdo a la siguiente ecuación química: Ba(HO)2(ac) + CO2(g) → BaCO3(s) + H2O a) ¿Cuántos gramos de BaCO3 se producen cuando se hace burbujear un exceso de CO2 en una solución con 0,5 moles de Ba(OH)2? b) ¿Cuántos moles de CO2 se requieren para reaccionar completamente con 2 moles de Ba(OH)2? c) ¿Cuántos gramos de agua se producen a partir de 3,01×1023 moléculas de Ba(OH)2? d) ¿Cuántos litros de CO2 en CNPT se debe hacer burbujear para obtener 3,00 moles de BaCO3? Rta.: a) 98,65, b) 2 moles, c) 9 gramos, d) 67,2 litros. 28- Dada la siguiente ecuación química: CaH2 + H2O → Ca(HO)2 + H2 Establezca, en cada caso, cual es el reactante límite: a) 10 gramos de CaH2 y 2,78 mol de H2O b) 0,1 gramos de CaH2 y 0,5 gramos de H2O c) 11,9 mol de CaH2 y 11,1 mol de H2O d) 4,75 mol de CaH2 y 27,8 mol de H2O e) 1 kilogramo de CaH2 y 3 kilogramos de H2O Rta.: a) b) d) y e) CaH2, c) agua. 29- El cloro y el metano reaccionan para formar el cloroformo, según la siguiente ecuación química: CH4 + Cl2 → CHCl3 + HCl Para cada uno de los siguientes casos, establezca cuál es la masa total de productos formado: a) 1,5 moles de Cl2 y 1,5 moles de CH4 b) 142 g de Cl2 y 3,0 moles de CH4 c) 0,8 moles de Cl2 y 0,2 moles de CH4 d) 20 moles de Cl2 y 7 moles de CH4 ¿Se cumple en estos casos la ley de conservación de la masa enunciada por Lavoisier? 30- Cuando el tribromuro de fósforo (gas) reacciona con agua, se producen bromuro de hidrógeno gaseoso y ácido ortofosforoso líquido. Escriba la ecuación química balanceada correspondiente. Si se mezclan 10 g de agua con 0,10 mol de PBr3, averiguar: a) ¿Cuál es el reactivo limitante? b) ¿Qué masa del reactivo en exceso queda sin reaccionar? Rta.: a) RL: PBr3, b) 4,6 g de agua QUIMICA GENERAL I 2020 - FCQ - U.N.C. - 23- 31- Se sabe que cuando E reacciona con G se obtienen J y W, de acuerdo con la siguiente ecuación química balanceada: 3E + 2G → J + x W Si las masas molares son 112 g mol-1 para E; 98,0 g mol—1 para G; 172 g mol1 para J y 120 g mol-1 para W, ¿Cuál es el valor del coeficiente estequiométrico x? Unidades y conversión de unidades 32- Considerando que la masa de aire contenida en una columna de 1 cm2 de superficie y que se extiende a través de toda la atmósfera desde el nivel del mar y hasta el “infinito” (estrictamente hasta donde la atmósfera “desaparece” en el espacio, considerado que ocurre a unos 100 km de altura) es de 1.030 gramos, calcule la presión que ejerce esta columna de aire sobre la superficie, en unidades del Sistema Internacional (SI). 33- A la presión obtenida en el ejercicio anterior se la considera como “una atmósfera normal” o 1 atm. Entonces establezca el factor de conversión o equivalencia entre las unidadesde la presión en atmósferas y la que corresponde en el Sistema Internacional. 34- En las estaciones de servicio y gomerías se suele medir la presión para inflar los neumáticos de los automóviles en unidades vulgarmente llamadas “libras”. a) ¿Es correcto este término para denominar a una presión? b) ¿Qué es la unidad de presión “psi”? c) ¿Qué presión, expresada en atm y en el sistema SI, tiene un neumático de automóvil inflada a 32 “libras”? 35- A partir del valor de la constante universal de los gases en la forma de R=0,08206 atm L mol–1 K–1, determine el valor correspondiente de R en unidades de: a) Pa L mol–1 K–1 b) bar L mol–1 K–1 c) J mol–1 K–1 36- Es conocido que el volumen que ocupa un mol de gas ideal bajo condiciones normales de presión y temperatura (CNPT) es de 22,4 L. Pero este valor es así porque se considera como “presión normal” a la presión de 1 atm. ¿Cuál sería el volumen molar de un gas ideal si se considera como “presión normal” a 1 bar (o 100 kPa)? 37- Determine el factor de conversión (o equivalencia) entre las unidades de energía joule y ergio. 38- ¿Cuál es el equivalente en gramos de las siguientes masas? a) la masa de un mol de átomos de cobre. b) la masa de un átomo de cromo. c) la masa de 1 kg de moléculas de NH3. d) la masa de 12 moléculas de C6H6. e) la masa de 200,5 u.m.a. de átomos de calcio. QUIMICA GENERAL I 2020 - FCQ - U.N.C. - 24- 39- Realice los siguientes cambios de unidades: a) 343,5 cm a nm. b) 192 pm3 a cm3. c) 43,6 cm2 a km2. d) 72 pm a nm. e) 135 Gm a km. 40- La cantidad de iones, átomos o moléculas en una muestra se expresa en moles, y la constante de Avogradro, NA, se utiliza para hacer la conversión entre el número de estas partículas y el número de moles. Sabiendo que una muestra conocida de vitamina C contiene 1,29×1024 átomos de hidrógeno, además de otro tipo de átomos, ¿cuál es la cantidad química (moles) de átomos de hidrógeno? QUIMICA GENERAL I 2020 - FCQ - U.N.C. - 25- QUIMICA GENERAL I Serie Nº 1 Capítulo I: La estructura del átomo Conceptos centrales de esta unidad: - Naturaleza eléctrica de la materia. - Experimentos de Thompson, de Millikan y de Rutherford. - La estructura básica del átomo: modelo nuclear del átomo. - Partículas elementales. - La estructura del núcleo. Procesos de desintegración nuclear. - Radioactividad y dispersión de partículas alfa. - Los electrones en los átomos. - Efecto fotoeléctrico. - La naturaleza dual de la luz: ondulatoria y corpuscular. - La cuantización de la energía y los fotones. - Espectros continuos y de líneas. - La teoría de Bohr para el átomo de hidrógeno. - Postulados de Bohr. - La mecánica cuántica. - La relación de De Broglie. - El Principio de Incertidumbre de Heisenberg. - Función de onda y densidad de probabilidad electrónica. - Los números cuánticos y los orbitales atómicos. Ejercicios 1- Cada uno de los siguientes nucleídos se emplean en medicina. Consultando la tabla periódica indique el número de protones y neutrones que hay en cada uno. a) Cobalto - 60 d) Fósforo - 32 b) Yodo - 131 e) Cromo - 51 c) Tecnecio - 99 f) Hierro - 59 2- El boro naturalmente presenta dos isótopos 10B y 11B cuyas masas atómicas se dan en la siguiente tabla. Sabiendo que el peso atómico del B es 10,811 u.m.a.: a) Diga cuál es el isótopo más abundante. b) Calcule las abundancias relativas. Isótopo Masa atómica (u.m.a.) Abundancia Natural 10B 10,013 ¿? 11B 11,009 ¿? 3- Un estudiante determinó la relación masa/carga (m/q) del electrón como 5,64×10–12 kg/C. En otro experimento, como el realizado por Millikan, obtuvo para la carga del electrón el valor de 1,605×10–19 C, ¿cuál sería la masa del electrón de acuerdo a estos datos? 4- Para una radiación electromagnética que se propaga en el vacío, responda justificando su respuesta: a) ¿Cuánto varía la frecuencia si se triplica la longitud de onda? b) ¿Cuánto varía la frecuencia si disminuye la longitud de onda a la mitad? c) ¿Cuánto varía la longitud de onda si se duplica la frecuencia? d) ¿Cuánto varía la velocidad de propagación de la radiación electromagnética si se duplica la frecuencia? e) ¿Cuál es la velocidad de la luz azul (435 nm) y roja (680 nm) propagándose en el vacío? QUIMICA GENERAL I 2020 - FCQ - U.N.C. - 26- 5- Indique en forma clara y concisa qué hechos, ideas o magnitudes importantes en el desarrollo histórico de la teoría cuántica se determinaron o verificaron desde cada uno de los siguientes experimentos: a) radiación del cuerpo negro b) efecto fotoeléctrico 6- a) ¿Cuál es la longitud de onda de la radiación cuya frecuencia es 4,62×1014 s–1? b) ¿Cuál es la frecuencia de radiación cuya longitud de onda es 180 nm? c) ¿Se podrían detectar algunas de las radiaciones especificadas en los ítems a) y b) con un detector ultravioleta? d) ¿Qué distancia viaja la luz en 0,50 ps? 7- a) Calcule la energía de un cuanto de radiación de longitud de onda de 381 nm. b) Calcule la energía de un fotón a una frecuencia de = 3,6×1013 s–1. c) ¿Cuántos ciclos de la radiación de un láser de He-Ne ( = 632,8 nm) caben en 1 cm? 8- Un láser de alta energía opera durante 100 ns. La energía total emitida es de 8300 J. Si la longitud de onda de la señal es de 351 nm, ¿cuántos fotones se han emitido? 9- Explique sintéticamente cuál es el proceso que ocurre durante el experimento conocido como efecto fotoeléctrico. Realice un esquema que le permita interpretar el experimento. 10- La función trabajo o energía umbral para el mercurio es igual a 435 kJ mol-1. a) Defina energía umbral. Mencione qué efecto produce aplicar una energía mayor a la energía umbral. b) ¿Puede producirse el efecto fotoeléctrico en el mercurio utilizando luz visible (400-700 nm)? J.S.R. c) ¿Cuál es la energía cinética, expresada en joules, de cada electrón emitido cuando una luz de 215 nm incide sobre una superficie de mercurio? 11-Teniendo en cuenta que la frecuencia umbral del molibdeno metálico es 1,09×1015 s–1: a) ¿Cuál es la mínima energía requerida para producir el efecto fotoeléctrico? b) ¿Cuál será la longitud de onda de la radiación correspondiente a la energía umbral? c) Si el molibdeno se irradia con luz cuya longitud de onda es 120 nm ¿cuál es la energía cinética máxima posible de los electrones emitidos? 12- El cesio es un metal muy utilizado en dispositivos fotoeléctricos debido a la baja energía necesaria para eyectar electrones de su superficie. Su energía umbral es de sólo 207 1kJ mol . a) ¿A fotones de qué longitud de onda, expresada en nm, corresponde esta energía umbral? b) Si se irradia la superficie de cesio con fotones cuya energía por mol es el triple de su energía umbral, ¿cuál es la energía cinética de los electrones eyectados expresada en 1kJ mol ? c) Considerando los electrones eyectados en el experimento del punto b), ¿cuál es la velocidad de un electrón, expresada en m s–1? d) ¿Cuál es la energía umbral para eyectar un único electrón? ¿A fotones de que longitud de onda, expresada en nm, corresponde está energía umbral? QUIMICA GENERAL I 2020 - FCQ - U.N.C. - 27- 13- La energía umbral de la plata metálica, determinada a partir de experimentos de efecto fotoeléctrico, es de 1 139 2 10 kJ mol . a) En base a este intervalo de energía, ¿cuál es el intervalo de longitudes de onda capaz de eyectar electrones de la superficie de la plata metálica? b) ¿puede un fotón, cuya longitud de onda es igual a 325 5 nm , eyectar electrones de la plata metálica? 14- Una lámina de potasio y otra de sodio son expuestas a radiación electromagnética cuya longitud de onda es de 300 nm. Considere que la energía umbral de potasio es de 193,68 10 J y la de sodio es de 194,41 10 J. a) Sin realizar cálculos indique desde cuál de los metales se eyectan los electrones con la mayor velocidad. J.S.R. b) ¿Cuál es el valor de la energía cinética de los electrones eyectados por cada uno de los metales? Justifique su respuesta con cálculos. c) ¿Cuál es la mayor longitud de onda que producirá el efecto fotoeléctrico en cada una de las láminas? 15- Calcule la longitud de onda de De Broglie asociada a: a) Una pelota de tenis de 58,0 g que viaja a 200 km h–1. b) Una persona de 85,0 kg esquiando a 60 km h–1. c) Un átomo de helio que tiene una velocidad de 1,5×105 m/s. d) Un electrón viajando al 50% de la velocidad de la luz. e) Un electrón que se mueve con una energía cinética igual a 4,55×10–25 J. ¿Qué conclusión obtiene de los resultados? 16- De acuerdo con el modelo de Bohr del átomo de hidrógeno, el electrón en el estado fundamental o basal se mueve en una órbita circular de 100,529 10 m de radio (conocido como radio de Bohr). De acuerdo al principio de incertidumbre de Heisenberg ¿Es realista este modelo? Justifique su respuesta calculando la incertidumbre en la velocidad con la masa del electrón. 17- Un electrón ( 31m 9,11 10 kge ) y una bala ( m 0,02kg ) poseen una velocidad de magnitud 1500ms , con una precisión dentro de 0,01 %. ¿En qué límites es posible determinar la posición del electrón y la bala a lo largo de la dirección de la velocidad? 18- El Prochlorococcus es el organismo más pequeño capaz de realizar la fotosíntesis y posee una masa de 163 10 kg . Cuando se lo observa con un microscopio electrónico, se determina su posición con una precisión de 10nm . ¿Cuál es la máxima precisión con que se puede conocer su momento lineal o cantidad de movimiento? 19- Con relación al átomo de hidrógeno y según el modelo de Bohr: a) Justifique mediante un diagrama energético si existe un nivel de energía En= ˗RH×0,033. b) Para las siguientes transiciones: a) n = 4 a n = 1 b) n = 2 a n = 3 c) n = 4 a n = 16 Indique, justificando su respuesta: i) Si se absorbe o emite energía. QUIMICA GENERAL I 2020 - FCQ - U.N.C. - 28- ii) Cuál es la transición que involucra mayor energía (E). c) Teniendo en cuenta la siguiente figura a que zona del espectro electromagnético corresponderá la absorción o emisión de energía de cada transición. 20- Una de las líneas de la serie de Balmer del espectro de emisión del átomo de hidrógeno corresponde a 397 nm. Esta línea del espectro de emisión resulta de la transición desde un nivel superior hasta el nivel n = 2. ¿Cuál es el número cuántico principal del nivel superior? (RH = 2,179 ×10–18 J). 21- a) Calcule la energía, la frecuencia y la longitud de onda de la radiación asociada a las transiciones electrónicas siguientes en el átomo de hidrógeno. i) de n = 1 a n = 3 ii) de n = 2 a n = 5 iii) de n = 6 a n = 7 b) Durante estas transiciones, ¿se absorbe o emite energía? ¿En cuál de las transiciones anteriores el electrón se encontraba inicialmente en el estado fundamental? c) Para el fotón de mayor energía que puede ser absorbido por el átomo de hidrógeno, calcule el valor de esa energía e indique como se denomina. JSR. 22- De acuerdo a la teoría cuántica, para el átomo de hidrógeno: a) ¿Cuáles son los valores posibles de l para n = 5? b) ¿Cuáles son los valores posibles de ml para l = 3? 23- ¿Cuántos orbitales con distinto número cuántico magnético orbital (ml) se pueden generar a partir de cada uno de los siguientes casos? J.S.R. a) 2s c) 4p b) 5f d) 5d 24- De los siguientes conjuntos de números cuánticos: n l ml Tipo de Orbital 3 2 ˗1 2 4 ˗1 4 0 ˗1 5 2 ˗1 3 3 ˗3 5 3 ˗2 Indique cuáles están permitidos e indique el tipo de orbital que le corresponde. n=5 n=4 n=3 n=2 n=1 QUIMICA GENERAL I 2020 - FCQ - U.N.C. - 29- 25- Suponiendo que inicialmente el único electrón del átomo de H puede encontrarse en uno de los siguientes estados cuánticos: a) n = 2 l = 0 ml = 0 ms = 1/2 b) n = 2 l = 1 ml = 0 ms = 1/2 c) n = 3 l = 0 ml = 0 ms = ˗1/2 d) n = 1 l = 0 ml = 0 ms = 1/2 Indique JSR sin realizar cálculos: i) De todas las transiciones posibles entre los mencionados estados cuánticos, cuál o cuáles son las que involucran menor energía. ii) Si la remoción del electrón a partir del estado “a” involucrará mayor, menor, o igual energía que a partir del estado “c”. iii) Si la remoción del electrón a partir del estado “c” involucrará mayor, menor, o igual energía que a partir del estado “d”. 26- Usando la expresión de los niveles de energía permitidos por un átomo hidrogenoide: 2 2 n RZ E Hn (RH = 2,179 ×10–18 J). Calcule: a) La energía, expresada en joules, del menor nivel del ion He+. b) La energía, expresada en joules, del nivel n = 3, del ion Li2+. Realice un diagrama energético considerando n HE R en función de n para cada átomo hidrogenoide. Elija el esquema adecuado para cada ion. 27- Indique si ambos conjuntos de números cuánticos, para un electrón, son permitidos. J.S.R., brevemente. a) n = 2; l = 1; ml = 1; ms = 1/2 b) n = 3; l = 3; ml = ˗3; ms = ˗1/2 28- Los siguientes conjuntos de números cuánticos (n, l, ml, ms) describen cinco estados posibles del electrón del átomo de hidrógeno. a) (2, 1, 1, 1/2) d) (2, 0, 0, 1/2) b) (2, 1, ˗1, 1/2) e) (1, 0, 0, ˗1/2) c) (3, 1, 1, ˗1/2) i) ¿Cuántos y cuáles estados electrónicos son equivalentes en energía? ii) Justifique cuáles corresponden a estados excitados. QUIMICA GENERAL I 2020 - FCQ - U.N.C. - 30- 29- Los siguientes conjuntos de números cuánticos (n, l, ml, ms) describen el estado de 5 (cinco) electrones de un átomo multielectrónico. a) (4, 0, 0, 1/2) d) (2, 1, 1, ˗1/2) b) (3, 1, 1, 1/2) e) (3, 0, 0, 1/2) c) (3, 1, ˗1, 1/2) i) ¿Cuántos y cuáles estados electrónicos son equivalentes en energía? ii) Ordene los estados electrónicos en orden creciente de energía. RESULTADOS DE ALGUNOS PROBLEMAS NUMÉRICOS Serie No 1 La Estructura del Átomo 2- b) 10B=19,88 %, 11B=80,12 % 3- masa = 9,0522×10–31 kg 6- a) 649,3nm b) 1,66×1015 Hz d) 0,15 mm 7- a) 5,21×10–19 J b) 2,3832×10–20 J c) 15802,78 ciclos 8- 1,467×1022 fotones 11- i) 7,22×10–19 J ii) 275 nm iii) 9,33×10–19 J 15- a) 2,05×10–25 nm b) 4,68×10–28 nm c) 6,65×10–4 nm 19- i) NO. n es un número no entero 20- n = 7 21- a) i) 1,94×10–18 J 2,92×1015 s–1 103 nm ii) 4,58×10–19 J 6,90×1014 s–1 435 nm iii) 1,6×10–20 2,43×1013 s–1 11,68 nm c) 2,179×10–18 J 26- a) –8,716×10–18 J b) –2,179×10–18 J Ejercitación adicional 1- Se tienen dos metales "Z" y "V", cuyas energías umbral para la emisión de fotoelectrones son 274,46 y 330,57 kJ/mol, respectivamente, a los que se les hace incidir un haz de radiación de = 236 nm. Diga, realizando los cálculos necesarios: a) Si observará efecto fotoeléctrico en estos metales. b) En caso de que observara el efecto; ¿cuál es la energía cinética máxima de los electrones eyectados de la superficie? c) Si el haz de luz incidente hubiera sido de frecuencia = 7,41×1014 s-1, ¿cómo respondería a los incisos a) y b)? 2- Diga si las siguientes afirmaciones son Verdaderas o Falsas y en el caso de las falsas escriba la respuesta correcta, justificando brevemente su respuesta: a) En una especie hidrogenoide la energía del orbital 1s sólo depende de n y es independiente de la naturaleza del elemento. b) Para el mismo número cuántico principal, los orbitales de menor número de nodos son los de mayor energía. c) El conjunto de números cuánticos n = 3; l = 2; ml = 1/2; ms = ˗1/2, describe el estado de un electrón en un orbital 3d. QUIMICA GENERAL I 2020 - FCQ - U.N.C. - 31- 3- El proyectilque dispara un fusil tiene una masa aproximada de 1,50 g y sale desde el cañón del arma con una energía cinética de 72,5 J. a) Indique cuál será la longitud de onda de De Broglie asociada al proyectil del fusil, en nanómetros. b) Discuta el significado físico de este concepto, quién lo enunció y cuál es su interpretación. 4- a) Calcule la longitud de onda de la primera línea (línea de más baja energía) observadas en la Serie de Balmer y en la Serie de Lyman para un tubo de descarga con gas hidrógeno. b) Indique en qué región del espectro electromagnético se ubican estas dos líneas. c) Al momento en que se realizaron estos experimentos (años 1880-1890) ¿qué explicación se daba a la observación de estas series (o grupos) de líneas en el espectro de emisión del gas hidrógeno? 5- Para las siguientes afirmaciones indique si son Verdaderas o Falsas, y justifique brevemente: a) El modelo atómico de órbitas y niveles de energía de Bohr se aplicó bien sólo para los átomos de los elementos más livianos: H, He, Li y Be. b) Utilizando las energías dadas por el modelo de Bohr para cada nivel electrónico posible en el átomo de hidrógeno se pudieron explicar correctamente las Series de Lyman, Balmer, etc., en el espectro de emisión de este gas. c) La luz blanca que atraviesa un tubo de gas hidrógeno a baja presión y posteriormente pasa por un prisma, se descompone en un espectro de líneas. 6- Un balón cerrado contiene una mezcla gaseosa de átomos de H y de iones He+. Al darle energía de forma apropiada se logra la excitación del electrón en cada especie hasta el nivel n = 3. Tras ello, al retornar a sus niveles fundamentales se observa emisión de luz a seis longitudes de onda diferentes, siendo sólo una de ellas (la de menor energía) observable en el visible, con un color anaranjado. a) Esquematice en un diagrama de energías todas las posibles transiciones electrónicas que producirían las emisiones desde el nivel n = 3 para ambas especies, y ordene estas transiciones en forma creciente de la energía involucrada. Determine a qué especie y qué transición electrónica le corresponde la emisión de color anaranjado. Justifique. QUIMICA GENERAL I 2020 - FCQ - U.N.C. - 32- QUIMICA GENERAL I 2020 - FCQ - U.N.C. - 33- QUÍMICA GENERAL I Serie Nº 2 Capítulo II: La estructura electrónica de los átomos Conceptos centrales de esta unidad: - Configuración electrónica de los átomos. - Relación entre la estructura electrónica de los átomos y la periodicidad de ubicación de los elementos en la Tabla Periódica. - El spin del electrón y el principio de exclusión de Pauli. - Diagrama de orbitales de los átomos. - La regla de Hund. - Las propiedades magnéticas de los átomos. - Electrones internos y electrones de valencia. - Orbitales de valencia. - Carga nuclear efectiva - Algunas propiedades periódicas: radio atómico, energía de ionización, energía de afinidad electrónica, electronegatividad. - Tendencias de las propiedades periódicas a lo largo de la Tabla Periódica. Ejercicios 1- ¿Qué números cuánticos deben ser iguales para que los orbitales sean degenerados (tengan la misma energía)? a) En un átomo de hidrógeno b) En un átomo multielectrónico. Realice un diagrama que indique el ordenamiento de los niveles de energía de los orbitales para ambos casos. 2- a) El principio que dice: “en un átomo dos electrones no pueden tener el mismo conjunto de cuatro números cuánticos iguales”, ¿se opone al que dice? “ningún orbital atómico puede contener más de dos electrones”. Justifique su respuesta tanto sí es afirmativa como negativa. b) ¿Qué valor de número cuántico l le corresponde a los orbitales s, p, d y f? ¿Cuántos orbitales s, p, d y f hay en un átomo y qué número cuántico está asociado a cada uno de ellos? Represéntelos gráficamente. 3- Cuál es el número máximo de electrones que se pueden ubicar en: i) una subcapa p. ii) la subcapa 3d. iii) la subcapa 5f. 4- a) Escriba la configuración electrónica de un átomo con 16 electrones. b) Represente estos electrones en los niveles y subniveles de energía correspondientes de modo de cumplir con el Principio de Aufbau pero que violen la Regla de Hund. c) Indique si el átomo con esta configuración electrónica particular será paramagnético o diamagnético. Justifique su respuesta. QUIMICA GENERAL I 2020 - FCQ - U.N.C. - 34- 5- a) Cuáles de los siguientes diagramas de orbitales son permitidos y cuáles no de acuerdo al principio de exclusión de Pauli y a la regla de Hund para el estado fundamental de cada elemento. Elemento 1s 2s 2p a b c d b) Para los permitidos escriba la configuración electrónica correspondiente. c) Escriba el conjunto de los cuatro números cuánticos del quinto electrón del átomo “a” y el primero y segundo electrón del elemento “c”. 6- a) Indique cuál de los siguientes conjuntos de números cuánticos en un átomo no es correcto. J.S.R. (i) (1, 0, 1/2, 1/2) (ii) (3, 0, 0, 1/2) (iii) (2, 2, 1, 1/2) (iv) (4, 3, -2, -1/2) (v) (3, 2, 1, 1) b) Las siguientes configuraciones electrónicas de estado fundamental no son correctas. Explique cuál es el error y escriba las configuraciones electrónicas correctas. 2 2 4 2 3Al : 1s 2s 2p 3s 3p 2 2 5B: 1s 2s 2p 2 1 6F: 1s 2s 2p 7- Indique cuál de las siguientes configuraciones electrónicas son posibles para un átomo neutro en su estado fundamental e identifique, con la ayuda de una Tabla Periódica, el elemento correspondiente. i) 1s2, 2s3, 2p6 iv) 1s2, 2s2, 2p6, 3s1, 3d9 ii) 1s2, 2s2, 2p8, 3s2, 3p6 v) 1s2, 2s1, 2p6 iii) 1s2, 2s2, 2p5 8- Escriba la configuración electrónica del estado fundamental de los siguientes átomos. Para simplificar la notación, utilice la configuración del gas noble anterior e indique si son diamagnéticos o paramagnéticos. a) fósforo b) vanadio c) titanio d) oxígeno e) sodio f) cloro 9- De las configuraciones electrónicas de los elementos del problema anterior deduzca el período y el grupo al que pertenece cada uno. QUIMICA GENERAL I 2020 - FCQ - U.N.C. - 35- 10- La configuración electrónica del estado fundamental de un átomo neutro es [Ar] 3d1 4s2. ¿A qué período y grupo pertenece este elemento? Indique si es un elemento representativo o de transición. 11- Siguiendo la convención de Peter Atkins, el proceso de Afinidad Electrónica es definido como: A (g) + e → A- (g) siendo su cambio de energía: A(g) (A (g))aeE E E . En este marco, una afinidad electrónica positiva significa que se libera energía cuando un electrón se une a un átomo neutro para formar un anión. Para los siguientes procesos: He (g) + e˗ → He˗ (g) 121kJ molaeE Li (g) + e˗ → Li˗ (g) 160kJ molaeE Be (g) + e˗ → Be˗ (g) 119kJ molaeE Explique la diferencia en los valores de las afinidades electrónicas en términos de sus configuraciones electrónicas. 12- a) Explique brevemente qué entiende por una Propiedad Periódica. b) Comente qué aspecto de la configuración electrónica de los elementos se mantiene constante y qué aspecto cambia, a lo largo de un período y a lo largo de un grupo. c) Tanto a lo largo de un período como a lo largo de un grupo el número total de electrones de cada elemento sucesivo va en aumento, por lo que sería lógico pensar que el radio atómico también vaya en aumento en ambos casos. ¿Es esto correcto? Justifique. 13- Dadas las tres especies de cada inciso (átomos y/o iones) marque con un círculo aquella que cumpla con la propiedad requerida. a) mayor número de electrones desapareados: Cu Ni Zn b) mayor radio iónico: Na+ K+ Rb+ c) mayor radio:O2˗ F F˗ 14- Dados el siguiente grupo de elementos: Na Mg P a) Escriba la configuración electrónica de cada átomo, y en base a ella, la configuración del ion más estable que puede formar cada uno (indique si esta especie será un catión o un anión). b) Ordene la secuencia de estos elementos en orden creciente de: i) radios atómicos iii) primera energía de ionización (I1) ii) radios iónicos iv) segunda energía de ionización (I2) 15- Dado el siguiente esquema de la tabla periódica: QUIMICA GENERAL I 2020 - FCQ - U.N.C. - 36- Ubique en el casillero correspondiente de la Tabla Periódica al elemento cuya propiedad se indica en cada ítem a continuación y justifique su respuesta: a) Elemento con el menor radio atómico en el grupo 16 (grupo VIA). b) Elemento cuya configuración electrónica es [Ne]3s23p3. c) Elemento del periodo 4 cuyo anión con carga -2 es isoelectrónico con su gas noble más próximo. d) Elemento con la mayor primera energía de ionización del periodo 3. e) Elemento del grupo 17 (grupo VIIIA) con la mayor afinidad electrónica. f) Elemento de transición con la mayor electronegatividad del periodo 5. 16- Ordene los siguientes elementos según el carácter metálico creciente: a) As, P, Bi, Sb, N b) S, Hg, Ge, F, In 17- Se tienen dos elementos representativos X e Y, los cuales poseen Z = 11 y Z = 17. Sin recurrir a la Tabla Periódica responda: a) En qué grupo y período de la Tabla Periódica se encuentra cada uno de ellos. b) Realice un análisis comparativo de la energía de ionización y la afinidad electrónica de los elementos X e Y. c) Si X e Y formaran un compuesto estable, ¿Cuál sería la fórmula del mismo? 18- a) ¿Cuál es la energía involucrada para ionizar 2,3 mg de Na(g) a Na+(g), si la primera energía de ionización del Na es 496 kJ/mol? b) ¿Cuál es la energía involucrada para producir 3,55 mg de Cl˗(g) a partir del Cl(g) si la afinidad electrónica es de ˗349 kJ/mol? 19- Diga sí las siguientes proposiciones son VERDADERAS o FALSAS. J.S.R. a) En los átomos multielectrónicos, para un mismo valor de n, todos los orbitales tienen la misma energía. b) En un grupo, el radio atómico aumenta cuando aumenta Z, porque aumenta la cantidad de protones y de electrones. c) Los halógenos tienen valores de afinidad electrónica muy negativa debido a sus pequeños radios atómicos. d) Si se comparan las energías de ionización de dos átomos, siempre será mayor la del átomo con mayor Z. 20- a) ¿Tiene sentido el concepto de electronegatividad en un átomo aislado? b) ¿Cuál es la utilidad de una tabla que asigna valores de electronegatividad a cada elemento? c) ¿Qué correlación general existe entre la energía de ionización y la electronegatividad? 21- Se conocen los valores de Afinidad Electrónica (Eae) de los siguientes elementos: Elemento: Na Mg N F Eae (kJ/mol): +53 -19 -7 +328 a) Explique estos valores en forma comparativa para cada elemento teniendo en cuenta la configuración electrónica respectiva. b) ¿Qué representaría físicamente para un elemento tener un valor de Afinidad Electrónica positiva? Explique brevemente. QUIMICA GENERAL I 2020 - FCQ - U.N.C. - 37- 22- Dados los siguientes cinco elementos y su ubicación en la Tabla Periódica: Elemento Grupo Período A 1 (IA) 3 B 1 (IA) 5 C 14 (IVA) 2 D 17 (VIIA) 3 E 2 (IIA) 4 Justificando en cada caso su respuesta, responda: a) ¿Cuál de ellos presenta mayor afinidad electrónica? b) ¿Qué elemento tiene mayor radio atómico? c) ¿Qué elemento tiene mayor carácter metálico? d) ¿Qué elemento es más electronegativo? RESULTADOS DE LOS PROBLEMAS NUMÉRICOS Serie No 2, Estructura Electrónica de los Átomos 18- a) 0,0496 kJ b) –0,0349 kJ Ejercicios Adicionales 1- Para el diagrama de energía indicado más abajo: a) Indique, justificando su respuesta, con que especie hidrogenoide se corresponde (indique el valor del número atómico de la especie). b) Sobre las transiciones señaladas, indique si corresponden a una emisión o absorción de energía. c) Calcule la longitud de onda asociada a cada una de las tres transiciones e indique si alguna de ellas corresponde a la zona visible del espectro electromagnético. 2- a) Diga si los conjuntos de números cuánticos de la tabla dada son permitidos o no para electrones en un átomo multielectrónico. -2R H -(1/4)R H -(4/9)R H -R H n = 4 n = 3 n = 2 E n e rg ia n = 1-4RH 0 QUIMICA GENERAL I 2020 - FCQ - U.N.C. - 38- b) Para aquéllos conjuntos permitidos, ordénelos en forma creciente de Energía en la tabla de la derecha. c) ¿Hubiera cambiado el ordenamiento anterior si dichos conjuntos correspondieran a un único electrón de un átomo de hidrógeno? J.S.R. 3- Explique cuál de las siguientes especies: Li, Na y Na+, tendrá mayor Energía de Ionización, y porqué. 4- La afinidad electrónica del elemento cloro es muy negativa, mientras que la de su vecino inmediato, el Ar es positiva. Explique brevemente esta diferencia. 5- a) Para las siguientes configuraciones electrónicas indique cuáles son permitidas y cuáles no. Justifique su respuesta. b) De aquellas configuraciones permitidas, indique cuales corresponden a un elemento en su estado fundamental y cuáles a un estado excitado. Justifique su respuesta. c) Para el átomo de potasio indique a qué transición entre niveles y subniveles cuánticos le correspondería: i) Pasar al primer estado excitado. ii) La segunda energía de ionización. n l ml ms 2 1 0 1/2 2 0 0 ˗1/2 2 1 ˗2 ˗1/2 3 2 ˗1 1/2 n l ml ms i) ii) iii) iv) 1s 2s 2p 2p 1s 2s 1s 2s 2p 1s 2s 2p QUIMICA GENERAL I 2020 - FCQ - U.N.C. - 39- QUÍMICA GENERAL I Serie Nº 3 Capítulo III: Conceptos fundamentales del enlace químico - Parte A Conceptos centrales de esta unidad: - Significado de un enlace químico. - Energías involucradas en la unión química: Energía de Enlace. - Símbolos de Lewis o de electrón-punto. - Regla del octeto. - Descripción del enlace iónico. - Configuraciones electrónicas de los iones. Radio iónico. - Energías de red cristalina. - Descripción del enlace covalente. - Estructuras de Lewis. - Enlaces simples y múltiples. - Enlace covalente coordinado. - Electronegatividad y Polaridad de un enlace. - Momento dipolar de un enlace. - Longitud de un enlace - Angulo de un enlace. - Geometría molecular y la teoría del enlace químico: los enlaces dirigidos. - Modelo de la Repulsión de los Pares de Electrones de Valencia. - Pares electrónicos enlazantes y no enlazantes. - Geometría de dominio de electrones. - Geometría molecular y momento dipolar global de una molécula. - Teoría del enlace de valencia. - Hibridización y Orbitales híbridos. - Enlaces sigma () y enlaces pi (.) - Enlace deslocalizado y Resonancia. - Teoría de Orbitales Moleculares. - Orden de enlace. - Diamagnetismo y paramagnetismo. - Enlace metálico. Ejercicios 1- Dibuje una curva de energía potencial para la molécula de Cl2. En ese diagrama indique la longitud de enlace (1,94 Å) y la energía de disociación de enlace (240 kJ mol–1). 2- ¿Qué relación cualitativa puede establecer entre diferencias de electronegatividades y polaridad de enlace? 3- Ordene los siguientes elementos en orden creciente de electronegatividad. JSR. a) O, P, S c) S, Cl, Br b) Mg, Al, Si d) C, Si, N 4- Ordene los siguientes enlaces en orden creciente de polaridad. JSR. a) Pb-Cl, Pb-Pb, Pb-C b) H-F, F-F, Be-F c) C-S, B-F, N-O 5- Dadas los siguientes átomos: C(Z=6) Li (Z=3) F (Z=9) N(Z=7) Na (Z=11) a) Escriba la configuración electrónica en forma de casillas cuánticas para cada átomo. Indique que regla o principio utilizapara escribir la configuración electrónica del estado fundamental para cada átomo. b) Indique que tipo de especies (anión o catión) formará cada átomo y la carga respectiva de la misma. Justifique su respuesta c) Ordene los distintos átomos en orden creciente de radio atómico. Justifique este orden d) Ordene los átomos en orden decreciente de primera energía de ionización QUIMICA GENERAL I 2020 - FCQ - U.N.C. - 40- e) Entre que pares de átomos espera una mayor diferencia de electronegatividades. Considerando su respuesta indique que tipo de enlace (covalente o iónico) formarán entre sí este par de átomos y especifique sus atomicidades. 6- Dibuje las estructuras de Lewis para cada una de las siguientes especies: SiH4 H2O K2O ClO2– NOCl CaCO3 NH4NO3 7- a) En el caso particular del ion amonio, existe un enlace coordinado en el que un par de electrones compartido por dos átomos es aportado por uno de ellos. ¿El enlace coordinado presenta propiedades diferentes a los restantes enlaces? b) Analice las características que debe tener una especie (átomo o molécula) para generar un enlace coordinado con el BCl3. Considere la estructura de Lewis de ambos. 8- Los tres compuestos: CH3CH2OH H2CO y CO tienen un enlace carbono-oxígeno. a) ¿Cuál de los enlaces carbono-oxígeno es el de mayor longitud y cuál el de mayor energía? b) ¿Cuál es el orden de enlace carbono-oxígeno en cada molécula? c) ¿Cuál de los elementos, oxígeno o carbono, tiene mayor electronegatividad? 9- Dibuje estructuras de resonancia para cada una de las siguientes especies: a) anión trioxocarbonato (IV) b) trioxonitrato (V) de hidrógeno y anión trioxonitrato (V) 10- a) ¿Qué entiende por orden de enlace? ¿Puede esta magnitud tomar valores no enteros? J.S.R con un ejemplo. 11- Para las especies NO2+ y NO3– a) ¿Cuál de los compuestos anteriores posee mayor orden de enlace O-N? b) ¿Cuál de los compuestos anteriores tendrá la mayor longitud de enlace? 12- a) De acuerdo a las estructuras de Lewis, ordene las siguientes especies en forma creciente de longitud de enlace: CO2 CO32– CO b) Ordene las especies en forma creciente de energía de enlace. Indique también el orden de enlace. 13- De los siguientes compuestos que contienen oxígeno: O2 H2CO SrO K2O H2O a) Indique cuáles presentan enlace iónico, covalente polar o covalente puro con el oxígeno. ¿Qué propiedad determina el carácter (iónico, covalente o covalente polar) del enlace? b) Indique en las que presentan enlace covalente polar cuál átomo en el enlace posee mayor densidad electrónica o tiene la capacidad de atraer más los electrones que se comparten. c) Dibuje las estructuras de Lewis para cada uno de los compuestos. QUIMICA GENERAL I 2020 - FCQ - U.N.C. - 41- QUÍMICA GENERAL I Serie Nº 4 Capítulo III: Conceptos fundamentales del enlace químico - Parte B Conceptos centrales de esta unidad: Los mismos que los descriptos en la Serie No 3. Una experiencia interesante es armar modelos moleculares. Para eso se pueden utilizar alfileres con cabeza plástica redonda en lo posible de más de un color, alfileres comunes (cabeza metálica) y esferas de telgopor. Se pueden representar los átomos centrales con las esferas de telgopor y los demás átomos con los alfileres de colores. Los electrones no enlazantes se pueden representar con los alfileres de cabeza metálica. ¿Es esta actividad obligatoria? No, nadie está obligado, pero esta actividad nos puede ayudar a “ver” las estructuras en 3D. Ejercicios 1- Suponiendo que X representa átomos de un mismo elemento y E representa pares de electrones no enlazantes, clasifique las siguientes moléculas en polares y no polares utilizando el modelo de RPENV para determinar sus formas. Dé ejemplos de cada una de ellas y dibújelas. a) AX5 b) AX3E2 c) AX4 2- Utilice la teoría de enlace de valencia para describir: a) los enlaces y la geometría de la molécula de H2O. b) los enlaces y la geometría de la molécula de XeF4. 3- a) Si la coordenada z define la línea que une dos núcleos; diga si se formará un enlace o un enlace cuando se solapan los siguientes orbitales: i) 2px, 2px ii) 2s, 2py iii) 2pz, 2pz iv) 2py, 2pz v) sp2, sp2 b) De acuerdo a su respuesta anterior; ¿Cuál es la diferencia entre un enlace y un enlace ? 4- Describa los enlaces y la geometría de la molécula de etileno (H2C=CH2) en base a la teoría del enlace de valencia. 5- Considere las siguientes moléculas: XY3 y ZY3. Se sabe que los 3 enlaces del átomo central con Y en cada molécula son equivalentes, y además que Z tiene un par de electrones no enlazantes y X no lo tiene. Para cada molécula indique: a) ¿cuál es la hibridación del átomo central y la geometría molecular? b) ¿alguna de las moléculas es plana? QUIMICA GENERAL I 2020 - FCQ - U.N.C. - 42- 6- En la siguiente figura se muestran las moléculas planas de metanal (CH2O) y metileno (C2H4) y algunos los ángulos de enlace. a) describa la geometría molecular en base al modelo RPENV. b) describa la geometría molecular según la teoría del enlace de valencia indicando: i) hibridación del átomo de C en el metanal. ii) hibridación de C en el etileno. iii) identifique los enlaces y c) Según el modelo RPENV a qué se atribuye el hecho de que el ángulo H-C-O en el metanal y el ángulo H-C-H en el etileno no sean 1200. 7- I) Prediga la geometría electrónica y molecular de las siguientes especies en base al modelo RPENV. a) tetracloruro de carbono b) cloruro de aluminio (III) c) bromuro de berilio d) sulfuro de carbono (IV) e) NH3 f) sulfuro de hidrógeno g) cloruro de fósforo (III) II) De acuerdo a la teoría del enlace de valencia, ¿Cuál es la hibridación del átomo central en cada una de las moléculas anteriores? III) Proponga, para cada molécula, al menos una especie que presente el mismo tipo de hibridación y/o geometría. 8- a) Prediga la geometría electrónica y molecular de los siguientes iones usando el modelo RPENV: a) NO2– b) IF4– c) BrF6+ d) ClO2– e) H3O+ f) AlCl4– g) BrO3– h) PF6– b) De acuerdo a la teoría del enlace de valencia, ¿Cuál es la hibridación del átomo central en cada uno de los iones anteriores? 9- El HCN es un gas venenoso que huele a almendras amargas. Dé una descripción de esta molécula usando la teoría de enlace de valencia. Considere que el C es el átomo central. Compare con la molécula de acetileno (HCCH). 10- El momento dipolar del HCl es 1,03 D. Si la longitud de enlace H-Cl es 1,27 Å, calcule: 123º 122º 116º QUIMICA GENERAL I 2020 - FCQ - U.N.C. - 43- 1,06 Å 1,21 Å 1,46 Å 120º 123º 1,21 Å 1,08 Å Figura 1 a) La cantidad de carga que reside en cada núcleo. b) La fracción de carga del electrón transferida al átomo de Cl. Prediga el tipo de enlaces ( y ) y la geometría consistente con los valores de longitudes y ángulos de enlace para el propinal HC≡C−CH=O (ver la Figura 1). Las distancias de enlace se expresan en Angstrom y los ángulos de enlace en grados. 11- En el NO2Cl, los dos átomos de O y el átomo de Cl están ligados al átomo de N central. Todos los átomos se encuentran en un plano. a) ¿Cuál es la hibridación del átomo central? b) Prediga ángulos de enlace y momento dipolar. c) Dibuje las estructuras resonantes. 13- ¿Cuál de las siguientes moléculas tiene momento dipolar igual a cero? a) cloruro de aluminio (III) b) tetracloruro de silicio c) fluoruro de azufre (VI) d) cloruro de fósforo (III) e) ClF5 16- La molécula N2F2 es plana y presenta los ángulos y longitudes de enlace que se dan en la Figura 2. Indique de acuerdo a la teoría del enlace de valencia a) La hibridación de los átomos de N. b) El tipo de enlace N-N. c) Si presentará isómeros geométricos, en cuyo caso determine
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