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7/21/2019 APUNTE INGRESO 2014.pdf

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COLEGIO NACIONAL DE MONSERRATTECNICATURA SUPERIOR EN BROMATOLOGA

INGRESO 2013

Colaboraron en esta edicin los profesores:

Clari CarlosDi Tofino Exequiel

Marcucci ElsaBonaterra Mnica


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CONTENIDOS

UNIDAD N 1 MATERIA Y SISTEMAS MATERIALES.4

La materia: concepto, propiedades intensivas y extensivas. Estados de agregacin:caractersticas y propiedades. Cambios de Estado. Sistemas materiales: Clasificacin.Fases y componentes. Sustancias Puras, elementos y compuestos qumicos. Soluciones.Mtodos de separacin de sistemas materiales homogneos y heterogneos. Resolucinde problemas

UNIDAD N2 ESTRUCTURA ATMICA Y TABLA PERIDICA..26

Sntesis histrica de la construccin de modelos atmicos. Partculas subatmicas.Istopos. Nmeros cunticos. Configuracin electrnica y su relacin con la tabla

peridica. Estructura de la tabla peridica. Propiedades peridicas. Cationes y Aniones.

Resolucin de ejercicios.

UNIDAD N3 UNIONES QUMICAS.39

Clasificacin: inica, covalente (apolar, polar y dativa), metlica. Representacinmediante estructuras de Lewis. Fuerzas intermoleculares: de London, dipolo-dipoloinducido y dipolo-dipolo, puente de hidrgeno. Resolucin de ejercicios.

UNIDAD N4 EL LENGUAJE DE LA QUMICA48

Smbolos de los elementos. Frmulas qumicas. Compuestos binarios: xidos bsicos ycidos, Hidruros metlicos y no metlicos. Compuestos ternarios: Oxocidos. Sales,

neutras, bsicas y cidas. Actividades de aplicacin

UNIDAD N5 UNIDADES DE MEDICIN DEL UNIVERSO QUMICO,ESTEQUIOMETRA Y SOLUCIONES63

Masa atmica, masa molecular. La unidad de medicin en la qumica: el mol. Nmerode Avogadro. Frmula mnima y frmula molecular. La ecuacin qumica. Ley deconservacin de la masa. Relaciones estequiomtricas , reactivo limitante, reactivos conimpurezas y rendimiento de las reacciones. Soluciones: Unidades de fsicas deconcentracin: % M/V, %V/V, %M/M. Unidades qumicas de concentracin:Molaridad y Normalidad. Aplicacin a la estequiometria de las reacciones. Resolucin

de problemasUNIDAD N6 REACCIONES REDOX..78

Concepto de oxidacin y reduccin. Nmero de oxidacin. Agentes oxidantes yreductores. Planteo e igualacin de ecuaciones por el mtodo del in electrn en mediocido y alcalino. Espontaneidad de las reacciones redox. Pilas. Resolucin de problemas

UNIDAD N7 COMPUESTOS DEL CARBONO82

Hidrocarburos: Alcanos, alquenos y alquinos: Frmulas, nomenclatura y propiedades.Funciones orgnicas oxigenadas y con nitrgeno: Frmulas, nomenclatura y

propiedades. Ejercicios de aplicacin


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BIBLIOGRAFA

Biasoli-Waitz-Chandas. Qumica General y Orgnica. Ed Kapeluz

Brown-Lemax-Bursten. Qumica. Ed Pearson

Chang, R. Qumica. Ed Mc Graw Hill

Mautino, J. M. Qumica 4 y 5, Aula Taller. Ed Stella

Whitten-Galley-Davis. Qumica General. Ed Mc Graw Hill


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UNIDAD N 1 MATERIA Y SISTEMAS MATERIALES

INTRODUCCIN

Cuando en nuestra mesa de trabajo nos enfrentamos a un aromtico quesoenriquecido en calcio, un pote de dulce de leche de repostera, una botella de gaseosadiettica, se plantea un desafo. Se ha de probar que el queso sea realmente enriquecido,y la gaseosa verdaderamente diettica. Pero tambin nosotros hemos de demostrar serTcnicos Superiores en Bromatologa.

Al margen de los papeles que nos avalen, nuestro nico y verdadero respaldoser haber desarrollado la capacidad crtica como as tambin progresar en nuestrarealizacin personal.

La ciencia progresa de manera exponencial en estos ltimos doscientos aos. Para tomar

real dimensin del vrtigo con el que avanzan las ciencias qumicas podemos decir que,buscando encontrar sustancias que le fueran tiles (tan variadas como medicamentos,pegamentos, insecticidas, o materiales de construccin), el hombre en cien aos (1905 a2005) sintetiz en sus laboratorios unos veinticinco millones de sustancias qumicasnuevas, que no existan.

Esto es nada si consideramos que en los ltimos aos (2005 a 2010) se logrsintetizar otros veinticinco millones de nuevas sustancias. Muchas de ellas no tienenutilidad, no responden a las necesidades, por lo que se sigue investigando. Quizmaana alguno de nosotros estar en esa tarea.

Cul ser la actitud que nos favorezca para encarar la Qumica?

Hay que querer aprender y desarrollar la capacidad de preguntarse y buscarrespuestas.

Dicho lo cual tengamos en cuenta que el citadouniverso siempre est activo, enconstante transformacin y movimiento. (1) (2)

Esto, que es casi evidente por poco observadores que seamos, nos introduce enel menos evidente campo de los porqus. Hacia dnde se mueve el universo? Quleyes lo determinan o rigen su comportamiento? Qu sabemos de la materia y de laenerga? Estas y muchas otras preguntas ha tratado de responder el hombre con sus

observaciones y sus experimentos, postulando hiptesis para explicarlas y tratando decomprobarlas para alcanzar la dimensin de teoras.

Hoy damos por cierto que el planeta tierra rbita alrededor del sol. Sin embargohubo un tiempo, no muy lejano, en que esto era una hereja. Slo un ejemplo de cmo,lo que en una poca se considera o se tiene por cierto, luego es descartado porque sedemuestra, con nuevos experimentos, que no era correcto. Y para ello es fundamentalconsiderar que el ser humano ha ido perfeccionando su habilidad para disear y fabricarinstrumentos y aparatos que le permiten superar su capacidad de observacin, demedicin, de experimentacin.

Podemos decir entonces que toda teora cientfica es la mejor explicacin que elhombre tiene en este momento sobre un determinado tema (elaborada en base aobservaciones, experimentos y pruebas). Una teora es un modelo cuyo marco terico,


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permite explicar un conjunto de fenmenos observados sobre un cierto tema y tambinpredecir fenmenos futuros sobre dicho tema. Una teora est siempre sujeta a revisiny abierta a la posibilidad de ser perfeccionada, e incluso abandonada, si se encontrara ycomprobara una mejor explicacin a los fenmenos que describe. Nada es definitivo niabsoluto, el conocimiento se nutre a diario de la realidad y la experiencia, se perfecciona

y se renueva.Tambin debemos considerar que ninguna teora, o conjunto de teoras, puede

responder a todas nuestras preguntas o dudas sobre el origen, el comportamiento, o elfuturo del universo. Siempre tendremos situaciones que quedan fuera del alcance de lasteoras, que no han podido ser resueltas an y confirman que el conocimiento es uncamino a recorrer, y que cada uno de nosotros tenemos la posibilidad, la capacidad y lanecesidad de hacerlo.

Tenemos en claro entonces que an nos resta mucho por conocer del Universo,pero hay algunos puntos de partida, que sabemos ciertos y comprobados, que nos

permitirn iniciarnos en el tema. Vamos a plantearlos brevemente en esta introduccin.Siempre hemos escuchado que la definicin de materia como lo que tiene masa,

ocupa un lugar en el espacio e impresiona nuestros sentidos. Tambin sabemos que haydistintas clases de materia, que no es igual el alcohol y el agua porque existen diversassustancias.

Sabemos que el agua puede estar como hielo, lquido o vapor y a esta realidad larelacionamos inmediatamente con la temperatura. Son los distintos estados deagregacin que puede presentar una sustancia como el agua, y aunque pase de un estadoa otro sigue siendo agua. Esto es un fenmeno fsico.

Hacer una mezcla de sustancias tambin es un fenmeno fsico. Veremos quehay mezclas groseras como mezclar piedras con clavos, y otras tan sutiles como el aguay la sal. Pero en todos los casos los componentes conservan sus propiedades y, con

procedimientos adecuados, los podemos recuperar. O sea que volvemos a tener laspiedras, los clavos, el agua y la sal.

Hagamos un par de experimentos imaginarios muy sencillos que nos permitirnafirmar algunos conceptos bsicos sobre la materia. Imaginemos el azcar con su sabordulce. Tiene el mismo sabor si est en una gran bolsa, un paquete, una cucharita o enun solo grano de azcar.

Hasta qu lmite puedo seguir dividiendo la materia de la sustancia azcar?Cundo dejar de ser dulce, cundo perder sus propiedades?

Analicemos este sencillo experimento: Probamos el sabor de un grano deazcar. Separamos un par de granos de azcar y los molemos. Probamos el sabor del

polvillo obtenido. Colocamos agua en un vaso y probamos su sabor. En el vaso conagua colocamos el polvillo de azcar y mezclamos. Observamos si se ve el azcar y

probamos el sabor de la mezcla.

Dos conclusiones nos permiten avanzar sobre temas fundamentales:

El azcar ya no se ve. El agua es ahora dulce.


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No vemos el azcar porque en el agua se ha seguido dividiendo, en partes tanpequeas que no podemos verlas ni con la ayuda de un microscopio (partculas submicroscpicas).

El sabor dulce del agua nos demuestra que, aunque no las veamos, el azcar est

presente con sus propiedades.Si repetimos la experiencia con sal de mesa o con veneno para ratas veremos que

el agua ser salada o seguir matando ratas. Esto nos permite comprobar que todas lassustancias se pueden dividir en partculas tan pequeas que no podemos verlas ni con elauxilio del microscopio.

El tamao mnimo de una sustancia (sal, azcar, veneno, etc.), la parte mspequea en que se puede dividir o fraccionar, es algo que escapa a nuestros parmetrosordinarios por ser tremendamente pequeo. Debemos asumir que las sustancias, y lamateria en general, estn formadas por unidades o partculas pequesimas, invisibles,sub microscpicas: las molculas. Para tener una idea de su pequeez digamos que un

milln de molculas de agua colocadas una al lado de la otra formaran una lnea demenos de un milmetro.

La molcul a es la mnima cantidad en que se puede dividir una sustancia sin quepierda sus propiedades.

Por qu decimos sin que pierda sus propiedades? Acaso se puede seguirdividiendo la materia? Hay partculas ms pequeas que la molcula?

Hagamos otra sencilla experiencia: Colocamos una cucharadita de azcar en untubo de ensayo y lo calentamos sobre la llama, cuidadosamente hasta que se transforme

en un lquido. Hemos realizado un cambio de estado de agregacin por accin del calor,de estado slido a estado lquido. Si probamos el lquido es dulce, sigue siendo azcar?

Volvemos a calentar hasta que la muestra (porcin de sustancia en estudio) sequeme. Observamos todos los detalles producidos y probamos los sabores. El residuoseco y oscuro que queda en el tubo es dulce, es azcar? Los gases o vapores que sedesprendieron por el calor, al alejarse de la llama se condensaron formando gotitas delquido es azcar este lquido?

Al comprobar las propiedades veremos que el residuo es principalmente carbonoamargo y el lquido es agua inspida. Ya no hay azcar.

Esto nos demuestra que las molculas se pueden romper y dividir en partculasms pequeas todava, pero ya no van a conservar las propiedades de la sustancia. Lamolcula de azcar, por accin del calor y en presencia del oxgeno del aire, se oxidviolentamente (combustin) y se rompi su estructura molecular, ya no hay ms azcar.Esto no significa que hacemos desaparecer la materia, sino que demostramos la ley deconservacin, pues las partculas sub moleculares que formaban el azcar sedesordenaron por el calor (energa) y se reordenaron formando otras sustancias: agua ycarbono. La materia se transforma de una clase de materia (sustancia azcar) en otrasclases de materia (sustancia agua y sustancia carbono).

Las partculas que forman las molculas son lostomos. Toda molcula de

cualquier sustancia est formada por tomos. Las propiedades de una sustancia


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dependen de su molcula, y la molcula depende de la clase, la cantidad y elordenamiento de los tomos que la forman.

Una molcula es un sistema organizado formado por partes (los tomos) quetienen que: ser de una cierta clase, estar presentes en la cantidad justa y ubicada en la

posicin exacta (estructura molecular). Todas las molculas de una sustancia sonidnticas entre s y tienen las mismas propiedades. Las molculas de distintassustancias estn formadas por diferentes clases de tomos, o por distintas cantidades detomos, o los tomos estn ubicados en distintas posiciones en la estructura.

Existen alrededor de cien clases de tomos y las combinaciones entre ellosforman millones de molculas distintas, millones de sustancias distintas.

Los sencillos experimentos realizados con el azcar nos demuestran claramentela diferencia entre los fenmenos fsicos y los fenmenos qumicos.

LOS FENMENOS FSICOS ocurren sin que se modifique la naturaleza de las

sustancias involucradas, se mantienen sus molculas y sus propiedades.

Ejemplo: cuando dividimos el azcar en partes cada vez ms pequeas, o la mezclamoscon agua, o la calentamos al estado lquido, seguimos teniendo azcar. La formacin desoluciones y los cambios de estado son ejemplos de fenmenos fsicos.

LOS FENMENOS QUMICOS modifican la naturaleza molecular de lassustancias intervinientes, de modo que se forman nuevas sustancias con otras

propiedades.

Ejemplo: la combustin del azcar origina que ya no haya ms azcar, y que se formencarbono y agua en una reaccin qumica. En las reacciones qumicas las sustanciasreaccionantes o reactivos, se convierten en otras sustancias, denominadas productos dela reaccin.

A+B: C

En donde A y B son los reactivos y C es el producto de la reaccin

Azcar + calor Carbono + Agua

Tipos de reacciones qumicas:

Reacciones de combinacin:

R1 + R2 P (Dos o ms reactivos se unen para formar uno msproducto)

Reacciones de descomposicin:

R P1 + P2 (Un reactivo se rompe para generar dos o ms productos)

Los fenmenos qumicos son posibles porque las molculas estn formadas portomos que se desplazan durante las reacciones qumicas, modifican las estructuras

moleculares y originan nuevas sustancias. El tomo es la menor porcin de materia queparticipa en una reaccin qumica. La materia se transforma de una sustancia en otra.


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MATERIA Y SISTEMAS MATERIALES

De la materia, la masa y la energa

Una definicin simple y clsica nos dice que materia es todo aquello que poseemasa, ocupa un lugar en el espacio e impresiona nuestros sentidos.

La masa es la cantidad de materia que forma un cuerpo: o sea sus protones,neutrones y electrones organizados en tomos y molculas.

Lafsica moderna entiende por materia: todofenmeno perceptible con energaasociada que se propaga a travs delespacio-tiempo a una velocidad igual o inferior a lade laluz.As todas las formas de materia tienen asociadas una cierta energa pero sloalgunas formas de materia tienenmasa,de modo que masa y energa son formas de serde la materia. (3)

La tambin clsica Ley de conservacin de la masa nos explica que: la masano se crea ni desaparece, slo se transforma de una clase en otra clase de sustancia.

O sea que la cantidad de masa en el universo es constante y, aunque lassustancias se transformen unas en otras, siempre tendremos la misma cantidad totalde masa.

En cuanto a la energa, para la fsica clsica es la capacidad de un cu erpo deproducir trabajo. As lo comprobamos en nuestra vida diaria. Cuando utilizamos

alguna forma de energa es siempre para evitar un esfuerzo, para realizar un trabajo,para hacer andar algn mecanismo: energa elctrica para mover un ascensor, energacintica para martillar un clavo, energa qumica de los combustibles para mover unvehculo, energa qumica de las pilas de un reloj, un juguete o un celular, energa solar,elica, potencial, hidrulica, nuclear, etc.

Tambin sabemos por experiencia que no podemos crear energa de la nada, ysabemos que una forma de energa se puede convertir o transformar en otra clase deenerga. Estas experiencias nos dicen que si le pongo nafta al auto, podr hacerlo andarutilizando la energa qumica de las molculas de nafta, que al quemarse con el oxgenose transformar en energa calrica que permitir realizar un trabajo de expansin que,

convertido en propulsin, permitir mover el auto hasta que se consuma la nafta.Consumida la nafta se termin el movimiento,como la energa y por

consiguiente el trabajo. Esto que nos parece tan obvio ha sido motivo de experimentospor siglos, en busca de lograr un movimiento perpetuo de primera especie, o seatratando que el auto siga andando sin nafta. Cuando, evidentemente, todos losexperimentos fracasaron se lleg a la conclusin emprica de que es imposible hacer untrabajo sin consumir energa.

sta es la primera ley de la termodinmica: la energa no se puede crear nidestruir, s se puede transformar. Hay muchas formas de decirlo: Todo trabajoconsume una cantidad equivalente de energa; La energa del universo es constante;Para producir una clase de energa hay que consumir una cantidad equivalente deenerga de alguna otra clase.
http://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsica_modernahttp://es.wikipedia.org/wiki/Fen%C3%B3menohttp://es.wikipedia.org/wiki/Espacio-tiempohttp://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_de_la_luzhttp://es.wikipedia.org/wiki/Masahttp://es.wikipedia.org/wiki/Masahttp://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_de_la_luzhttp://es.wikipedia.org/wiki/Espacio-tiempohttp://es.wikipedia.org/wiki/Fen%C3%B3menohttp://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsica_moderna


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Conclusiones:

la cantidad de masa del universo es constante

la cantidad de energa del universo es constante

las transformaciones ocurren pero siempre se conserva la masa y laenerga

Y esto es un ejemplo ms de que el conocimiento es siempre perfectible, ya quecuando todo pareca resuelto con estas simples conclusiones, los experimentos deAlbert Einstein y otros cientficos demostraron que: s es posible destruir la masa y ques es posible generar energa, en determinadas condiciones: cuando se produce ladesintegracin del ncleo atmico, en reacciones que ocurren a la velocidad de la luz,desaparece masa y se crea energa en grandes cantidades. (4)

Einstein demostr que existe una relacin matemtica de equivalencia entre

masa y energa, y que la obtencin de energa a partir de la desintegracin de la masa noes arbitraria ni al azar, sino que cumple estrictamente la ley de conservacin de la masaenerga: la energa que se libera por desintegracin de la masa, es igual a la cantidadde masa desintegrada por la velocidad de la luz al cuadrado.

Lo que es constante entonces es la cantidad total de masa + energa deluniverso, pudiendo convertirse la una en la otra, y lo que desaparece como masa aparececomo energa equivalente segn la frmula de Einstein:

E =m . c2

Sabemos entonces que hay una equivalencia entre masa y energa, y que son

inter convertibles en determinadas condiciones, que se estudian en el campo de la Fsicay de la Qumica nuclear. Podemos decir que masa y energa son formas de ser de lamateria. Y que as la cantidad de materia es constante en el universo.

Los estudios y experimentos que realizaremos en este curso y en nuestro futurotrabajo no tendrn las condiciones que permitan convertir masa en energa. Por lo tanto,la masa se conservar como masa (transformndose de una sustancia en otra/s), y laenerga se conservar como energa (pudiendo tambin transformarse de una clase deenerga en otra/s clase/s de energa).

PROPIEDADES DE LA MATERIA

La tierra, las piedras, el agua, el aire son materia y evidentemente no soniguales.

Hay diversas clases de materia: las sustancias.

Fcilmente identificamos que la materia del agua no es la misma que la de unaroca, porque son percibidas de distinta manera por nuestros sentidos, tienen diferentescualidades. Si esto lo generalizamos a todas las cosas (cuerpos) que observamos,llegamos al concepto de sustancia.


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La materia constituye todos los cuerpos y hay distintas clases de materia,distintos tipos de materia, que denominamos sustancias. Una piedra es un cuerpomaterial, formado por materia. Hay muchas clases de piedras distintas: la piedra de cales distinta a la piedra de cuarzo, y sta es distinta a una piedra de oro.

La cal, el cuarzo y el oro son las distintas sustancias que forman esas piedras ylas diferenciamos por sus propiedades y usos.

Las propiedades de la materia pueden clasificarse en: extensivas e intensivas.

Las propiedades EXTENSIVAS: masa, volumen, superficie, longitud yotras.

*Dependen de la cantidad de la materia que consideramos (no de la clase de materia).

*No definen ni identifican a ninguna clase de materia o sustancia, son comunes a todas.

Las propiedades INTENSIVAS: color, solubilidad, olor, densidad y otras.

*Dependen de la clase de materia que consideramos. Son independientes de su cantidad.

*Definen e identifican a cada variedad de materia o sustancia. Las propiedadesintensivas son las caractersticas propias de cada sustancia, son constantes.

Muchas de estas propiedades intensivas las reconocemos con nuestros sentidosy las llamamos propiedades o caractersticas organolpticas de una sustancia. Porejemplo: el aspecto, el brillo, la consistencia, el color, el olor, el sabor. As decimos queel agua es incolora, inspida e inodora. O que el azcar el blanca y dulce.

Otras propiedades intensivas son las constantes fsicas de cada sustancia comola densidad, el punto de ebullicin, la solubilidad, el punto de fusin, el calor especfico,el ndice de refraccin, la conduccin, etc. Estas propiedades deben ser medidas (porejemplo con un termmetro o un densmetro). Algunas de ellas son relaciones entre

propiedades extensivas. Ejemplo: la densidad es una relacin entre masa y volumen. Lasconstantes fsicas son definidas con rigurosidad para que tengan validez. Ejemplo: el

punto de ebullicin del agua pura es 100 C a una atmsfera de presin y al nivel delmar. No es lo mismo que decir el agua hierve a 100 grados.

Extensivas: dependen de la cantidad de

materia no identifican sustancias

Propiedades de la materia

Intensivas:dependen de la clasede materia,no dependen de la cantidad ,s identificansustancias Ej.: organolpticas, constantesfsicas

ESTADOS DE AGREGACIN DE LA MATERIA


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Qu son y cmo se explican los cambios de estado? En condicionesambientales vemos que la materia se puede presentar en tres estados: slido, lquido ygaseoso. (5)(6)

Vimos que la materia es masa y es energa. Tambin que est formada por

molculas.Toda masa posee una energa potencial que la atrae con otras masas y tiende a

juntarlas. Son fuerzas de atraccin entre las molculas.

Pero desde el big-bang todas las molculas quedaron animadas de movimiento,energa cintica que tiende a separarlas, por lo cual se desplazan constantementechocando las unas con las otras y variando as su velocidad y direccin.

Esta es la fuerza que impulsa y permite la bsqueda del desorden, del caosmolecular.

El estado de agregacin de los cuerpos materiales depende de la relacin entreestas fuerzas y, segn cul de ellas predomine, el cuerpo tendr un estado ms o menosordenado.

Slidos: la energa cintica es menor que la potencial. Sus molculas tienen muybaja energa cintica, o sea muy escaso movimiento ya que la distancia entreellas es mnima. Por lo tanto predominan las fuerzas de atraccin sobre las derepulsin. Esto permite que los slidos tengan forma definida con gran cohesinentre sus molculas las que ocupan posiciones definidas y fijas en el cuerpo sin

poder fluir. Tienen volumen constante, son incompresibles y resistentes a lafragmentacin.

Lquidos: la energa cintica y la potencial son similares. Sus molculas tienenenerga cintica suficiente para desplazarse unas sobre las otras, fluir sin

posiciones fijas ni forma definida, que se adapta al recipiente que los contiene.Pero esa energa no les alcanza para desprenderse totalmente y las molculas semantienen unidas conservando un volumen constante. A pesar de ello sonligeramente compresibles, por ejemplo con el fro. Tambin presentan difusin.

Gases: la energa cintica es notablemente mayor que la potencial. Susmolculas tienen energa cintica suficiente para vencer las fuerzas de atracciny moverse libremente por todo el espacio disponible, sin forma ni volumen

definido. Se dispersan y difunden fcilmente, ejercen presin sobre las paredesdel recipiente que los contiene y se pueden comprimir con facilidad.

Cada sustancia presenta un estado de agregacin propio en las condiciones ambientalesde presin y temperatura. As decimos que el oxgeno es gaseoso, la nafta lquida y elhierro slido. Pero si modificamos esas condiciones de modo que se aumente odisminuya la energa cintica de las molculas, se producirn los cambios de estado. Siaumentamos la temperatura del cuerpo sus molculas adquirirn mayor energa cintica,aumentarn sus movimientos y se producirn los fenmenos fsicos denominadoscambios de estado.

Fusin es el paso del estado slido al lquido que se realiza a temperaturaconstante mientras ocurre el cambio de estado. La temperatura a la cual ocurre
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el cambio de estado es caracterstica para cada sustancia pura a una determinadapresin y se denomina: punto de fusin. El punto de fusin del hielo a 1 atm depresin es 0C, y cuando calentamos el hielo hasta 0C mantendr esatemperatura hasta que todo el hielo se haya fundido.

Ebullicin y vaporizacin es el paso del estado lquido al gaseoso que se realiza

que se realiza a temperatura constante mientras ocurre el cambio de estado. Latemperatura a la cual ocurre este cambio de estado es caracterstica para cadasustancia pura a una determinada presin y se denomina: punto de ebullicin. El

punto de ebullicin del agua a 1 atm de presin es 100C, y al calentar el agua semantendr a esa temperatura hasta que toda el agua lquida haya pasado alestado de vapor. La diferencia entre ebullicin y evaporacin es que durante laebullicin el cambio de estado ocurre en toda la masa del lquido, mientras queen la evaporacin el pasaje lquido a vapor ocurre slo en la superficie.

Los procesos inversos ocurren cuando enfriamos, disminuimos la temperatura delcuerpo y como consecuencia de esto disminuye la energa cintica de sus molculas.

Ocurren a las mismas temperaturas y con iguales caractersticas.

Solidificacin: pasaje del estado lquido al slido. Solidificacin del aguapura a 1 atm de presin: 0C.

Condensacin: pasaje del estado gaseoso al lquido. Condensacin del aguapura a 1 atm de presin: 100C

Sublimacin: hay sustancias (yodo, naftalina, hielo seco-CO2congelado) quetienen la propiedad de pasar del estado gaseoso al slido directamente, sin

pasar por el estado lquido, en un proceso que se denomin histricamentesublimacin.

Volatilizacin al proceso inverso: slido a gas.

SUSTANCIAS SIMPLES Y COMPUESTAS

Sustancias simples: sus molculas estn formadas por una sola clase de tomos.Hay pocas sustancias simples (algo ms de cien). Por ejemplo el oro, la plata, el hierro,el mercurio, el iodo, el oxigeno, el ozono, el grafito, el diamante, y todas aqullas queestn formadas por una sola clase de tomos, por un nico elemento qumico.

Sustancias compuestas: sus molculas estn formadas por dos o ms clases detomos. Existe una enorme cantidad de sustancias compuestas (ms de 50 millones).

Por ejemplo el agua est formada por dos clases de tomos (H y O), y el azcarpor tres clases de tomos (C, H, O). Son sustancias compuestas. Tambin lo son losxidos, las bases, los cidos, las sales, todas las sustancias orgnicas, y la infinidad desustancias artificiales que ha sintetizado el ser humano

Para identificar una sustancia debemos conocer:

La clase de tomos que la forman

La cantidad de tomos de cada clase

La organizacin o estructura molecular (en qu lugar est cada tomo, cmoy con quin est unido cada uno)


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Para cada sustancia corresponder una frmula qumica, que resume sucomposicin, y que se forma con los smbolos qumicos (que nos dicen la clase detomos presentes) y con un subndice numrico (atomicidad: a la derecha de cadasmbolo que nos indica la cantidad de veces que est ese tomo en esa molcula).

En el caso del agua: H2O nos indica que la molcula de agua est formada pordos tomos de hidrgeno y por un tomo de oxgeno (cuando la atomicidad es uno, nose coloca subndice). El agua as formada es el xido de hidrgeno.

Nos falta saber la estructura molecular para lo que se recurre a las frmulasracionales o desarrolladas. En el caso del agua nos indica que cada tomo de hidrgenoest unido al tomo de oxgeno por un solo enlace (representado por una lnea).


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Cuando avancemos en el estudioveremos que todas las molculas de aguason idnticas entre s, que los enlaces queunen al O con los H son enlaces covalentes

polarizados, que los tomos siempre estn a

la misma distancia (distancia de enlace),que los ngulos formados por los tomosson siempre iguales (ngulos de enlace), yque todas las propiedades del agua, que laconvierten en una sustancia fundamental

para la vida, se deben a esa estructura u organizacinde los tomos en la molcula.

El H y el O pueden formar otro compuesto (el perxido de hidrgeno), cuyafrmula es H2O2 y nos indica que son molculas formadas por los mismos tomos,

pero la cantidad de O ha variado (la atomicidad es 2). Estamos en presencia de otrasustancia, con propiedades y usos distintos, y la conocemos como agua oxigenada.

NIVELES DE ORGANIZACIN.

El tomo es un primer nivel de organizacin. Al unirse los tomos entre s, paraformar las molculas, se origina un nivel de organizacin superior con propiedades

nuevas e impredecibles. Y aparecen caractersticas que no existan (o no eranevidentes) en los tomos formadores de la molcula. Ejemplo: el hidrgeno y el oxgenoson sustancias gaseosas en condiciones normales de presin y temperatura, y slo setransforman en lquidos a muy baja temperatura y alta presin. Pero al combinarseforman el agua que es una sustancia lquida en condiciones normales, y puede cambiarde estado fcilmente a presin normal, solidificar o evaporarse por la temperatura.

Adems son claras las diferencias de propiedades entre las sustancias iniciales yel agua. Las propiedades e importancia del oxgeno podemos comprenderlas con slotratar de no respirar. Al agua no podemos respirarla (ni los peces), pero sus

propiedades e importancia vitales nos condicionan mucho ms de lo que imaginamos.

Si tuviramos conciencia plena de ellas no tendramos los niveles de contaminacin ydesperdicio actuales.

Al ascender en los niveles de organizacin se van formando sistemas cada vezms complejos y especializados. Y con propiedades cada vez ms asombrosas:sustancias inanimadas comienzan a tener vida al organizarse en la clula.

Resumiendo: Cuando los elementos qumicos se combinan se forman muydiversas sustancias, que pueden ser:

Sustancias simples: molculas formadas por tomos iguales, todos del mismoelemento. El O2gas oxgeno, N2gas nitrgeno, O3ozono, Cl2 cloro, P4 fsforo, Au

oro, Ag plata


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Sustancias compuestas o compuestos qumicos: molculas formadas por tomos dedos o ms elementos diferentes. Como el NaHCO3 bicarbonato de sodio, NH3amonaco, NaCl sal de mesa C 6H 12 O6 glucosa

Cuando dos o ms sustancias qumicas se ponen en contacto se pueden

relacionar de dos maneras diferentes: Reaccionar qumicamente modificando sus molculas y formando nuevas

sustancias (fenmeno qumico, reaccin qumica)

Relacionarse fsicamente (sin cambiar sus molculas, conservando su identidady propiedades) de modo que slo se ha producido un agregado, una mezcla desustancias.

SISTEMAS MATERIALES

Un sistemaes una porcin de materia y/o energa que se estudia separndola del

resto del universo, de forma real o imaginaria.Si coloco agua en un vaso de precipitado, caliento, agrego una sal y estudio su

solubilidad, tendr un sistema formado por el agua y la sal en ese vaso, aunque existancontactos entre el sistema y su entorno (universo cercano). El lmite del sistema es elvaso de precipitado.

Existen formas ms estrictas de limitar un sistema, de aislarlo, cuando el estudio arealizar as lo requiere, como una bomba calorimtrica cuando estudiamos los calores dereaccin.

Los sistemas materiales se pueden clasificar

por su relacin con el entorno o medio ambiente : abiertos, cerrados, aislados

por su aspecto: homogneos y heterogneos

*por la cantidad de componentes: sustancias puras y mezclas (dos o mscomponentes)

por el tamao de sus partculas: soluciones, coloides, dispersiones y mezclasgroseras

Sistema abiertoes el sistema que intercambia masa y energa con su

entorno.

Sistema cerradoes el sistema que slo intercambia energa.

Sistema aisladoes el sistema que no intercambia masa ni energa con suentorno.

Los sistemas homogneosson uniformes y continuos a simple vista, no sepuede distinguir sus componentes, tienen las mismas propiedades en todos sus puntos.Tienen una sola fase aunque tengan varios componentes. Por ejemplo: un sistema

formado por agua, azcar y alcohol se nos presenta como una fase lquida continua y nopodemos diferenciar donde est el agua, el azcar o el alcohol ya que se encuentran

Sistemas

materiales


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uniformemente distribuidos en todo el sistema. Sus propiedades, tal como el sabor,sern las mismas en cualquier parte del sistema que probemos.

El aire presenta una fase gaseosa, continua y uniforme. El acero una fase slida.

Los sistemas heterogneosson discontinuos y a simple vista se distinguen dos oms fases diferentes, con distintas propiedades cada una de ellas. Si mezclamos aguacon arena y aceite vamos a poder decir donde se encuentra cada uno de ellos, vamos adistinguir fcilmente que hay tres fases. Una fase slida de arena precipitada, y dosfases lquidas claramente diferenciadas (el aceite flotando sobre el agua). El rea decontacto entre dos fases se denomina interfase.

Cantidad de componentes: hay sistemas de un componente, de dos, de tres, etc. Esto nose relaciona con la cantidad de fases sino con la cantidad de sustancias presentes.

Si coloco un hielo en un vaso y lo tapo tendr un sistema formado por una sola faseslida y por un componente: el agua en estado slido. Si lo caliento ver que apareceuna segunda fase lquida (agua lquida), y luego se suma una tercera fase gaseosa(vapor de agua) pudiendo estar las tres presentes simultneamente. En este caso tengoun sistema heterogneo (tres fases) formado por un solo componente (el agua).

Tambin, como ya vimos, hay sistema formado por varios componentes que sonhomogneos, con una sola fase. Una bebida gaseosa presenta aspecto homogneoaunque sus componentes son slidos, lquidos y gases uniformemente distribuidos enuna sola fase lquida.

Sustancias puras:Un sistema homogneo formado por una sola sustancia, libre detrazas o restos de otra/s sustancias, con una composicin qumica definida (frmulamolecular), que posee las propiedades organolpticas y constantes fsicas de dichasustancia, es una sustancia pura.

Recordemos que stas pueden ser sustancias simples y sustancias compuestas (ocompuestos qumicos). Resisten al anlisis por procedimientos mecnicos y fsicos, osea que no se pueden separar en otras sustancias por ser una sustancia pura. Se puedendescomponer en sus elementos por procedimientos qumicos como la electrlisis o lacombustin. En estos casos, evidentemente, pierden sus propiedades al romperse la

molcula y separarse los tomos que la formaban.

SISTEMAS HOMOGNEOS

Soluciones: son sistemas homogneos tanto a simple vista como al ultramicroscopio,formados por dos o ms componentes miscibles entre s, cuyas partculas tienen untamao menor a 0,001 (micras). Por eso las soluciones pueden dializar, sonpticamente vacas y no se pueden separar sus componentes por mtodos mecnicos.Porque el dimetro de las partculas es muy pequeo.

Micrn, micra o micrmetro = 10-6m angstrom = 10-10 m

Los componentes de las soluciones se relacionan a nivel molecular, las partculas sonlas molculas de las sustancias que difunden las unas en las otras formando un sistema
http://es.wikipedia.org/wiki/Metrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Metro


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absolutamente homogneo, donde todas las molculas de todos los componentes semueven sin interferencias fsicas ni qumicas por todo el espacio que ocupa el sistema.

Esto es posible cuando los componentes son miscibles entre s, o sea que susnaturalezas fsico-qumicas son compatibles. Lo bsico a considerar es el tipo de enlace

qumico que tienen las molculas de cada uno de los componentes, ya que las sustanciascon enlaces polares en sus molculas difcilmente son miscibles con las sustancias quetengan molculas no polares. No tiene cmo interaccionar entre ellas y, por el contrario,se expulsan mutuamente del sistema, separndose en fases ntidas (agua y aceitenaftay agua)

En cambio las sustancias con enlaces inicos o con enlaces covalentes polaressern fcilmente miscibles entre s (cidos, bases y sales en el agua agua y alcoholetlico).

De igual manera las sustancias con enlaces covalentes no polares sernmiscibles entre s (aceite y naftaoxgeno y nitrgeno).

En una solucin ideal sus componentes son miscibles en cualquier proporcin,como en el caso de los gases entre s, o del agua con el alcohol etlico. Pero en lassoluciones reales solemos encontrar con frecuencia que uno de los componentes slo

puede disolverse en el otro hasta un cierto lmite: su solubilidad en ese solvente.Sabemos por experiencia que la sal de mesa se disuelve en el agua, y tambin que siagregamos mucha sal comenzar a precipitar, o sea que no podemos decir que ser unasolucin ideal. En estos casos llamamos solvente al componente que se encuentra enmayor proporcin (agua), y soluto al que est en menor proporcin (sal).

Segn el estado de agregacin de los componentes hay soluciones de gas en gas

(todos los gases son solubles entre s), lquido en lquido (agua y alcohol), slido enslido (aleaciones metlicas). Tambin entre estados distintos como slido en lquido(sal en agua) o gas en lquido (oxgeno en agua).

Esto es importante considerarlo, especialmente cuando se trata de disear unmtodo para intentar separar los componentes de una solucin. Los mtodos mecnicos(decantacin, filtracin, centrifugacin) no permiten separar los componentes de lassoluciones. Si hay que separar dos lquidos puede ser til la destilacin fraccionada,mientras que por evaporacin separaremos un componente lquido de un slido.

El tamao de las partculas es importante ya que las molculas que no superan

0,001 pueden atravesar las membranas biolgicas pues caben por sus poros, o sea quelas soluciones difunden a travs de las membranas semipermeables: dializan.

Coloides: llamados tambin sistemas coloidales, dispersiones coloidales y solucionescoloidales. Son sistemas homogneos a simple vista y al microscopio, pero uno de ellostiene partculas entre 0,001 y 0,1 de dimetro. Por eso son sistemas inestables,pticamente llenos y no dializan.

Dentro de los coloides encontramos una gran variedad de tipos: el humo, laespuma de afeitar, la mayonesa, la tinta china, el queso, la niebla, la gelatina, la piedra

pmez, la leche, las pinturas y el propio citoplasma celular, son ejemplos de coloides.

Al componente que est en mayor proporcin se lo llama fase dispersante y alque est en menor proporcin fase dispersa. La fase dispersante puede ser el agua.


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La fase dispersa suelen ser macromolculas o cmulos de molculas que recibenel nombre de micelas.

Las protenas en el agua constituyen un ejemplo de coloide que nos muestra lafrgil estabilidad de este sistema homogneo. Ante cualquier modificacin de las

condiciones (temperatura, pH, cantidad de sales presentes) el sistema coloidal sedesestabiliza y se separan ntidamente sus fases. En otros casos, como en la gelatina,podemos observar la propiedad de mantenerse homogneo y cambiar de estado por lavariacin de la temperatura (conversin sol-gel).

Por su mayor tamao las micelas no pueden atravesar los poros de lasmembranas biolgicas (no dializan), por eso la dilisis es un mtodo que permiteseparar las micelas de los solutos.

Suspensiones:Sistemas heterogneos formados por dos o ms componentes cuyaspartculas tiene un dimetro superior a 0,1 , por lo tanto podemos distinguir sus fasescon la ayuda de una lupa o de un microscopio. Son sistemas inestables y se pueden

separar por procedimientos mecnicos como la decantacin y la filtracin.

Las suspensiones estn formadas por un slido y un lquido no miscibles.

Las emulsiones por dos lquidos no miscibles.

Mezclas groseras o dispersiones groseras: son sistemas heterogneos cuyoscomponentes se distinguen a simple vista y pueden ser separados fcilmente. Ejemplo:una mezcla de piedras y corchos, o monedas y botones.

SOLUCIONES COLOIDES SUSPENSIONES

1nm 100nm

SISTEMA MATERIAL HOMOGNEO SISTEMA MATERIAL HETEROGNEO

1nm 100 nm


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MTODOS DE SEPARACIN DE FASES Y MTODOS DEFRACCIONAMIENTO

Para separar los componentes de una mezcla existe una enorme cantidad y variedad demtodos que usaremos segn las caractersticas de la mezcla y sus componentes:

fases que presenta tamao de las partculas estados de agregacin propiedades fsico-qumicas

En el caso de un sistema material heterogneopodemos utilizar los mtodos deseparacin de fases:

Mtodos mecnicos: no requieren de un intercambio apreciable de energa entreel sistema y su entorno Mtodos fsicos: requieren un intercambio de energa (calor)

MTODOS MECNICOS

Tra: para separar cuerpos slidos grandes usando pinzas (tambin un colador siestn en lquido).

Decantacin: para separar, por simple diferencia de sus densidades, un slido deun lquido (no miscibles) o dos lquidos no miscibles (ampolla de decantacin).Lento.

Flotacin: para separar dos componentes de diferente densidad agregando unsolvente que sea ms denso que uno de ellos.

Centrifugacin: permite acelerar notablemente la velocidad de decantacinaplicando la fuerza centrfuga. El aparato utilizado se denomina centrfuga.

Tamizacin: para separar dos slidos cuyas partculas tengan diferente tamao.Se usan tamices o cribas de diversos materiales y diversa abertura de sus mallas(poros).

Filtracin: para separar un slido insoluble de un lquido. El lquido pasa y elslido queda retenido en el filtro. Los filtros ms comunes son de papel dediversos poros.

Solubilizacin:para separar componentes agregando un solvente miscible slocon uno de ellos.

Imantacin: para separar slidos magnticos de slidos no magnticos por laaccin de un imn. Colocar el sistema sobre un papel o un vidrio y deslizar elimn por debajo, siempre en el mismo sentido.

Levigacin:para separar partculas slidas de diferentes pesos por arrastre con

una corriente de agua o de aire. Las partculas ms livianas son ms desplazadasque las pesadas.


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SEPARACIN DE MEZCLAS HOMOGNEAS O MTODOS DEFRACCIONAMIENTO

Evaporacin o cristalizacin: para separar un slido y un lquido misciblesentre s. Al calentar se evapora el lquido y queda el slido como un residuoseco. Se pierde el lquido

Destilacin simple: para separar un slido y un lquido miscibles, conservandoambos. Se utiliza un destilador y calor.

Destilacin fraccionada: para separar dos lquidos miscibles cuyos puntos deebullicin no sean prximos. Calor, destilador con columna de fraccionamiento.

En sistemas complejos se utilizan mtodos de separacin basados en variosprincipios simultneamente.

La cromatografa es una tcnica de separacin de sustancias que se basa en lasdiferentes velocidades con que se mueve cada una de ellas (diferentes pesos ysolubilidades) a travs de un medio poroso arrastradas por un disolvente enmovimiento, que se desplaza por capilaridad en dicho medio poroso.

La electroforesistambin produce el arrastre de los componentes de una mezclacompleja a travs de un soporte, pero por la diferencia de velocidades al sersometidas a una corriente elctrica. Aqu las diferentes sustancias migrarn mso menos en la corriente segn su peso y su carga elctrica.

La dilisisse utiliza para purificar un sistema coloidal en el cual se encuentran

disueltos iones o sustancias no deseadas. Los solutos atravesarn la membranaseparndose de las micelas que quedan retenidas.

A modo de ejemplo vamos a resolver los siguientes problemas sencillos:

1) Cmo se puede proceder para separar una mezcla de arena y sal de mesa ?

Si agregamos agua al sistema veremos que por solubilizacin la sal pasar a la faseacuosa.

Por filtracin a travs de un embudo y papel de filtro lograremos separar la fase acuosa(con la sal) de la arena. La solucin de agua y sal atraviesa los poros del filtro y la

recibimos en un vaso de precipitado o en un cristalizador, mientras que la arena quedaretenida en el papel.

Sometemos al papel de filtro con arena a varios lavados con agua pura para arrastrar(lixiviacin) el agua salada que pueda haber quedado mojando la arena. Recogemosesa agua de lavado en el vaso o cristalizador donde tenemos la fase acuosa (agua consal).

Dejamos secar la arena o aceleramos el secado en horno o mufla. Tenemos recuperadoun componente libre de impurezas: la arena.-

Calentando la fase acuosa lograremos, por evaporacin del agua, recuperar la sal librede impurezas.


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2) Cmo podemos actuar para separar corchos y piedras que estn mezclados?

Si fueran unos pocos los separaramos por simple tra.

Si fueran cientos, o miles? Podemos agregar agua al sistema y lograr que todos loscorchos por flotacin queden en la superficie. Con un colador los retiramos a todos yrecuperamos un componente fcilmente.

Decantamos el agua, volcndola, y nos quedarn las piedras recuperadas.

3) Cmo podramos separar una mezcla de sal de mesa y azcar?

Observando el tamao de las partculas de sal y azcar vemos que podemos utilizar untamiz que permita pasar la sal y retenga los granitos de azcar, con lo que lassepararamos fcilmente por tamizacin.

4) Cmo procederamos para obtener agua pura de un sistema en que seencuentra mezclada con sales, arena y bichitos? (agua de rio)

Podemos filtrar para retener en los filtros las impurezas macroscpicas, y luego obtenerel agua por destilacin simple.

5) Qu hacemos para separar agua y alcohol etlico?

Estas dos sustancias forman soluciones en cualquier proporcin, por lo tanto no nosservir ningn mtodo mecnico como la filtracin, decantacin, etc.

Recurrimos a la destilacin fraccionada ya que el alcohol tiene su punto de ebullicin a78C. Cuando el sistema alcance esa temperatura todo el alcohol comenzar a

evaporarse rpidamente. Recordemos que la temperatura se mantiene constante duranteun cambio de estado (no puede haber alcohol lquido a ms de 78C). Por lo tantomientras quede alcohol el sistema no aumentar su temperatura. As obtenemos elalcohol y cuando ste se elimina subir la temperatura hasta 100C y obtenemos el agua.

6) Cmo extraemos las sales de un sistema que las contiene en solucin acuosajunto con protenas?

Una manera rpida sera precipitar las protenas con calor, filtrar y obtener el agua conlas sales. Pero perdemos las protenas por su desnaturalizacin. Si las queremosconservar podemos usar la dilisis.

Las protenas son macromolculas biolgicas que forman sistemas homogneos con lascaractersticas de los coloides. Por lo tanto sus molculas no atraviesan las membranassemipermeables. Las sales pasan por los poros de las membranas.

Un sencillo dializador podemos fabricar con un papel celofn y un vaso de precipitado.El papel de celofn tiene los poros de tamao similar a las membranas biolgicas, sernuestra membrana semipermeable.

Colocamos en el vaso el agua con protenas y sales (hasta la mitad). Ponemos un papelde celofn agarrado en los bordes y lo hundimos hasta que tome contacto con el sistema(permaneciendo sujeto en los bordes del vaso, con una gomilla por ejemplo).

Agregamos agua pura por encima del papel de celofn. Se establecen doscompartimientos uno a cada lado de la membrana de celofn:


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Por debajo agua con solutos y micelas coloidales. Por encima agua pura.

Llevadas por la difusin las molculas de las sales atraviesan los poros del papel hastaequilibrar las concentraciones salinas a ambos lados. Como la difusin se realiza atravs del papel (membrana) se llama dilisis. Las protenas no pasan. Al equilibrarse el

sistema retiramos la parte superior de agua con parte de las sales y colocamosnuevamente agua pura. En sucesivos pasos vamos retirando toda la sal del sistemaoriginal que conserva las protenas.

7) La tinta negra de un resaltador estar formada por uno o por varioscomponentes?

Para investigarlo podemos recurrir a la cromatografa sobre papel.

En una tira de papel poroso hacemos una mancha de tinta con un resaltador negro,prximo a uno de los extremos.

Sumergimos dicho extremo de la tira de papel en alcohol, evitando que la tinta quedesumergida. Veremos que a medida que el alcohol se va esparciendo a lo largo de la tirava arrastrando a la tinta y formando zonas de distintos colores. Esto demuestra que latinta est formada por diversos pigmentos (varios componentes) que tienen distinto

peso y/o distinta solubilidad en el solvente, por lo que son arrastrados con diferentesvelocidades y se separan.

Vemos as que contamos con una gran cantidad de alternativas a utilizar cuandoqueremos separar los componentes de una mezcla y obtener las sustancias puras para suestudio, cuantificacin o utilizacin

En cada caso idearemos el procedimiento que mejor se adapte, y nos permita realizarlos estudios posteriores de la/s sustancias/s que estamos aislando en las mejorescondiciones.-

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(1) 13.700.000.000 (trece mil setecientos millones) de aos sera la edad msaceptada del universo, al menos desde el ltimo big bang, asumiendo la probabilidad deque no fuera el nico. La Tierra tendra unos 4.600.000.000 de aos.

Hace unos 3.000 millones de aos habran aparecido las primeras y primitivas formasde vida.

(2) La aparente inercia que a veces observamos en la naturaleza inanimada, se explicapor dos motivos principales: uno es que los cambios escapan a nuestros sentidos (nopodemos verla erosin, ni vercmo se mueven las molculas de oxgeno y nitrgenoen el aire a ms de 15.000 Km por hora). El otro motivo es que cuando observamos una

parte del universo en particular (a la que llamamos un sistema material o sea una parteque estamos estudiando) y no vemos movimientos ni cambios, en realidad lo queocurre es que a pesar de los cambios , el sistema se encuentra equilibrado. Estosignifica que no se aprecia transformacin neta en el sistema porque los cambios quesuben son iguales a los cambios que bajan, los cambios que enfran son iguales a los quecalientan, los cambios que suman son iguales a los que restan: en fin se trata de un


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empate entre todas las transformaciones que estn ocurriendo al mismo tiempo. Estose denomina equilibrio dinmico, y un sistema con estas caractersticas seconsideraque est en estado de equilibrio dinmico.-

(3)Slo el 5% de nuestro universo estara formado por materia msica en forma de

molculas, tomos, iones (con protones, neutrones y electrones). El 95 %correspondera a la materia no msica formada por campos o entidades que no presentanmasa, como la luz y la radiacin electromagntica, ambas formadas porfotones sinmasa.Junto con stas se postula la existencia de otras entidades no msicas, slo energticas,como elgravitn,elfotino y elgravitino,que contribuyen a la energa total deluniverso.

(4)Veamos un ejemplo comparativo:

Quemar un gramo de materia produce 5.000 caloras. La materia quemada se transformaen otras clases de materia: cenizas, humo, gases, agua (se conserva la masa). La energa

obtenida proviene de la energa qumica de las molculas quemadas que se transformaen calor (se conserva la energa).

Desintegrar en reaccin nuclear un gramo de materia produce 15.000.000.000 decaloras. Esta enorme cantidad de energa no proviene de una forma previa de energaque se transforma, sino que se ha obtenido de la masa, de la desintegracin de la masa,se ha convertido la masa en energa.

(5) En condiciones especiales existe un cuarto estado: el plasma o estado plasmticoEl plasma es un estado similar al gas pero compuesto poraniones ycationes(6) libres,

por eso es un excelente conductor. Cuanto ms caliente est un gas, ms rpido se

mueven susmolculas y a altas temperaturas las colisiones son suficientementeviolentas para liberar los electrones. En la atmsfera solar, una gran parte de los tomosestn permanentemente ionizados por estas colisiones y el gas se encuentra ionizado enestado de plasma. La mayor parte de la materia del universo se encuentra en estado de

plasma.Ejemplos: las estrellas, los vientos solares, los rayos, la ionosfera, la aurora boreal, lamateria entre los planetas, entre las estrellas, entre las galaxias. Tambin: en el interiorde las lmparas de bajo consumo, las pantallas o monitores de plasma, las descargaselctricas industriales, el interior de los reactores de fusin.(6)Se considera que existen otros estados observables bajo condiciones extremas. Ej.Condensado de Bose-Einstein: Este estado fue predicho porEinstein yBose en 1926, y

obtenido recin en 1995 enfriando tomos a una temperatura prxima al cero absoluto,estado tan fro y denso que los tomos podran quedar inmviles. Los tomos usadosson bosones (cualquier tomo con un nmero par de electrones+ protones + neutrones,como el tomo de sodio comn).Condensado de Fermi:obtenido en 1999. El condensado de Fermi es un estadosperfluido formado por fermiones a temperaturas extremadamente bajas. Est relacionadocon el condensado de Bose-Einstein, diferencindose en que, en vez de bosones, seutilizan fermiones (todo tomo con un nmero impar de electrones + protones + neutrones, como el potasio-40).

(7)El O forma molculas gaseosas di atmicas O2. Es el gas oxgenoque se

encuentran en el aire, lo respiramos y es inodoro. Pero en las capas altas de la atmsferapor descargas elctricas en las tormentas, se forma un gas con tres tomos de oxgeno
http://es.wikipedia.org/wiki/Fot%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Gravit%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Fotinohttp://es.wikipedia.org/wiki/Gravitinohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ani%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Cati%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Mol%C3%A9culahttp://es.wikipedia.org/wiki/Einsteinhttp://es.wikipedia.org/wiki/Satyendra_Nath_Bosehttp://es.wikipedia.org/wiki/Superfluidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Superfluidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Superfluidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Superfluidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Satyendra_Nath_Bosehttp://es.wikipedia.org/wiki/Einsteinhttp://es.wikipedia.org/wiki/Mol%C3%A9culahttp://es.wikipedia.org/wiki/Cati%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Ani%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Gravitinohttp://es.wikipedia.org/wiki/Fotinohttp://es.wikipedia.org/wiki/Gravit%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Fot%C3%B3n


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O3. Es otra sustancia qumica, el ozono, con otras propiedades, que hoy son motivo degran preocupacin por la disminucin de la capa protectora de ozono (estratosfera, aunos 40 km de altura). Adems posee un olor fosforado inconfundible, olor a lluvia.

Son sustancias simples distintas formadas por tomos del mismo elemento qumico

(variedades alotrpicas del oxgeno).El carbono es otro elemento que presenta variedades alotrpicas siendo dos de ellasmuy indicativas de la importancia de la organizacin en la molcula, de la forma enque estn ordenados los tomos. El grafito y el diamante son sustancias simplesformadas ambas por carbono y bien sabemos que sus propiedades y usos son muydiferentes.

EJERCITACIN

1-Marcar la opcin correcta. Una solucin es:a-Un sistema material polifsico

b-Un sistema material no fraccionable

c-Un sistema material que por descomposicin da dos o ms sustancias simples

d-Un sistema material homogneo fraccionable

e-Un sistema material que por descomposicin da dos o ms sustancias compuestas

2-Marcar la opcin incorrecta

a-El movimiento de las molculas, tomos o iones est restringido en un slido

b-En los gases predominan las fuerzas de repulsin sobre las de atraccin, debido a laEnerga cintica de las partculas

c-En los slidos amorfos las partculas estn ordenadas regularmente

d-En los gases la distancia intermolecular es muy grande

e-Los gases no poseen volumen propio

3- Marcar la opcin correcta. Un sistema material formado por agua lquida, hielo,arena y limaduras de hierro

a-Tiene 4 fases y cuatro componentes

b-Tiene 3 fases y cuatro componentes

c-Tiene 3 fases y tres componentes

d-Tiene 4 fases y tres componentes

e-Ninguna es correcta


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4-Dadas las siguientes clases de materia: Cloruro de sodio y un trozo de Zinc

Indicar la /las opciones que correspondan a cada una de ellas

a-Sustancia que no puede descomponerse por ningn mtodo conocido

b-Sistema homogneo no fraccionable

c-Sistema que presenta diferentes propiedades intensivas en algn punto de su masa

d-Sistema que presenta iguales propiedades intensivas en toda su masa

5-Enl baln 1 se encuentra aislado un gas (partculas de color azul) y en el baln 2hay otro gas (partculas de color rojo). Cuando ambos gases se mezclan en elrecipiente A, el sistema resultante ser. (Marcar la opcin correcta)

a-Heterogneo de dos fases y dos componentes

b-Heterogneo de dos fases y un componente

c-Homogneo de una fase y dos componentes

d-No se mezclan

e-Ninguna afirmacin es correcta

1 2A


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UNIDAD N2

ESTRUCTURA ATMICA Y TABLA PERIDICA

El tomo-que no tiene partes, no se puede dividir- dio lugar en los ltimossiglos a una serie de teoras atmicas, que se fueron sucediendo y reemplazando, hastallegar en el siglo xx a la teora atmica actual. Esto se logra a la par del desarrollotecnolgico e instrumental, que permiti experimentar y revelar datos que nos llevaron adeducir (no ver) la estructura compleja de estas partculas inimaginablemente pequeas.Y decimos teora atmica actual, no definitiva pues se enriquece y ampla en forma

permanente.En esta breve sntesis histrica de los modelos que el hombre fue planteando

para explicar el tomo veremos que en las ciencias nada es definitivo.Ya en el siglo V a C los pensadores griegos se planteaban y discutan la naturaleza delser y de la materia: Es la materia continua? Se puede dividir infinitamente? Estformada por partculas fundamentales indivisibles? Existen el vaco y el movimiento

en s mismos? Estas eran las preguntas fundamentales ya que sus respuestas impactabantanto en lo cientfico, como en lo filosfico y lo teolgico.

Sin tecnologa y lejos del mtodo cientfico experimental, slo apoyados por elrazonamiento lgico para interpretar los hechos, Leucipo y Demcrito desarrollaron unverdadero sistema filosfico: el atomismo.

La figura dominante en los albores de la teora atmica es la de Demcrito deAbdera, viajero incansable, observador y estudioso a lo largo de ms de cien aos devida que se le atribuyen. Premiado y tambin denostado por sus contemporneos, hacade la risa y el buen humor una manera de vivir. Fui a Atenas y nadie me vio, conoc aScrates, pero l no me conoci a m. Sabio extravagante y genio legendario, elegido

por el pueblo (eso significa su nombre) y combatido por sus pares, que fueron muchosdada su larga vida. Atenas en general y Scrates en particular, lo ignoraban. Platn llega pedir que se quemaran todas sus obras, lo que probablemente se hizo, ya que sloquedan fragmentos sueltos de sus ms de setenta obras de tica, fsica, matemtica,geometra, tcnica, msica, etc. Aristteles negaba sus conclusiones y se opona a susteoras con el argumento de que no puede existir elvacoentre las partculas. Segn ladoctrina aristotlica, lamateriaest constituida de forma continua y puede dividirseindefinidamente. Tanto se le opuso Aristteles, citando constantemente sus ideas paracombatirlas y refutarlas, que se convirti en la fuente para conocer a Demcrito.Slo su discpulo Epicuro aceptaba y defenda sus ideas pero modificndolas a voluntady conveniencia. En cuanto a Leucipo, maestro de Demcrito, muchos sostenan que

nunca existi, que fue inventado por el extravagante pensador para darse un maestro.Postulados bsicos de Demcrito:Los tomos son eternos, indivisibles, homogneos, incompresibles e invisibles.

Los tomos se diferencian en forma y tamao y se unen para formar los cuerpos.Las propiedades de la materia varan segn el agrupamiento de los tomos. Los tomosestuvieron y estarn siempre en movimiento en el vaco.Nada existe excepto tomos y espacio vaco. Todo lo dems son opiniones deca, porlo que fue considerado el primer ateo, y su teora atmica desechada y olvidada por dosmil aos, volviendo a ser considerado recin en el renacimiento en coincidencia con lascrticas a la obra de Aristteles.

En la segunda mitad del siglo XVIII comienza a gestarse la ciencia

experimental, la Qumica moderna, con mltiples esfuerzos, entre los que se destacanlos experimentos de Lavoisier (la materia no se crea ni se destruye, slo se transforma),
http://es.wikipedia.org/wiki/Vac%C3%ADo_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Vac%C3%ADo_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Vac%C3%ADo_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Materiahttp://es.wikipedia.org/wiki/Materiahttp://es.wikipedia.org/wiki/Materiahttp://es.wikipedia.org/wiki/Materiahttp://es.wikipedia.org/wiki/Vac%C3%ADo_(f%C3%ADsica)


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de Proust (ley de las proporciones definidas), y de John Dalton, que concluyen con lapresentacin (1808) por el propio Dalton del primer modelo atmico de la materia conbases experimentales.

MODELO ATMICO de DALTON

Postula que la materia es discontinua y que est formada por partculas muypequeas e indivisibles a las que llama tomos, en tardo homenaje a la clarividencia deDemcrito.

Los tomos de un mismo elemento son iguales entre s, tienen el mismo peso ylas mismas propiedades.

Los tomos de diferentes elementos tienen pesos diferentes. Los tomos no se dividen en las reacciones qumicas. Los compuestos qumicos se forman al unirse tomos de dos o ms elementos.El mrito de Dalton fue la comprobacin de que la materia es discontinua, pero los

experimentos que se sucedieron durante el siglo XIX demostraron que los tomos sitenan partes y que stas se podan separar.

La naturaleza elctrica de la materia y la existencia de partculas sub atmicas sedemostr con numerosos experimentos entre los que se destacan:La electrlisis de Faraday (1834): los iones.Los tubos de descarga con gases de Crockes (1890) y Thomson (1897): el electrn.La radioactividad (1896) por Becquerel y los esposos Curie: radiaciones alfa, beta ygama.

MODELO ATMICO de THOMSONYa demostrado que el tomo, siendo neutro, tena unas partculas sub atmicas

positivas y otras negativas en igual cantidad, los electrones, J. J. Thomson propone unmodelo atmico en donde los electrones se encontraban inmersos en una masa de carga

positiva como las pasas de uva en un pastel. O sea todas las partculas, positivas ynegativas, uniformemente distribuidas por todo el volumen del tomo. As podaexplicar la formacin de iones pero fracasaba en cuanto a la radioactividad.

El modelo de Thomson es descartado en 1911 cuando E. Rutherford realiza antela comunidad cientfica su famoso experimento de bombardear una delgadsima lminade oro con partculas alfa. Demuestra que la masa y la carga positiva del tomo estnconcentradas en una zona muy pequea y central: el ncleo atmico. El radio nuclear es10.000 veces menor que el radio atmico

El MODELO de RUTHERFORDFue un avance fundamental al postular la concentracin nuclear de masa y carga

(en los protones) y plantear un enorme espacio casi vaci ocupado slo por loselectrones cuya masa es insignificante. Tambin predijo la existencia del neutrn, quefue comprobada por Chadwick en 1932.Sin embargo no explicaba los espectros atmicos y contradeca las leyes delelectromagnetismo.

Niels Bohr, basndose en la propuesta de Rutherford, presenta un modelo (1913) dondeincluye tambin las novedades del momento desarrolladas por M. Planck (energacuntica) y por A. Einstein (efecto fotoelctrico).


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MODELO ATMICO de BOHREs en realidad una propuesta slo para el tomo de hidrgeno y logra explicar el

espectro de emisin de dicho tomo. Asimismo sus ecuaciones funcionan slo para eltomo de hidrgeno porque tiene un solo electrn.Bohr encontr una ecuacin sencilla para la energa que poda tener un electrn. En esta

ecuacin hay una sola variable = n,que denomina nmero cuntico, y que puede tomarvalores enteros y positivos desde uno hasta infinito. Segn el valor de n ser la energadel electrn, y no podr tener otros valores de energa que los permitidos por n=1; n=2;n=3; etc.-Su modelo atmico se resume:*El electrn se mueve alrededor del ncleo en rbitas circulares bien definidas.-*No es permitida cualquier rbita sino slo las que coincidan con un valor de energa

permitido por n. O sea que el electrn tiene nicamente lugares definidos demovimiento a los que llam estados estacionarios o niveles de energa , designndoloscon las letras K, L, M, N, O, P, Q; que corresponden a valores de n: 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 ,7 . (La energa aumenta a medida que el electrn se aleja del ncleo).-

*Cuando el electrn permanece en una rbita no irradia. Al cambiar de una rbita (oestado) de alta energa a otro de energa menor se emite una cantidad de energa igual ala diferencia de energas entre las dos rbitas. Al registrar esa energa emitida se formanlos espectros de emisin atmica, con las lneas caractersticas de cada tipo de tomo.-

El modelo de Bohr fue un avance fundamental en la comprensin de la estructura ycomportamiento atmico, pero tena fallas y fue abandonado en la dcada siguiente. Susclculos resultaron adecuados para explicar el tomo de hidrgeno con su nicoelectrn, pero no se cumplieron en tomos multielectrnicos. La falla radicaba enconsiderar la trayectoria del electrn como una rbita definida.-

BASES DE LA TEORA ATMICA MODERNA

El modelo atmico actual tiene bases tanto matemticas como fsicas yqumicas para explicar la estructura del tomo. Analizaremos los principios en que sefunda la teora atmica actual y sus conclusiones, sin incursionar a fondo en laresolucin matemtica de las funciones de onda que son motivo de estudios superiores.-

LA TEORA CUNTICAY LA DUALIDAD ONDA PARTCULALa luz:

- Es energa radiante de carcter electromagntico y se propaga en lnea recta en

distintos medios o en el vaco- Es compuesta: formada por muchas radiaciones que viajan a la misma velocidad condistintas longitudes de onda y distinta frecuencia.El ojo humano puede ver algunas de estas radiaciones: las que tienen longitudes de ondaentre 8.000 y 4.000 Angstrom. Es la luz blanca que, al dispersarse (prisma),comprobamos que est formada por rojo, anaranjado, amarillo, azul, ndigo y violeta(espectro visible). Tambin la forman otras radiaciones que no vemos. Algunas delongitud de onda ms amplia y de menor frecuencia que la luz roja. Son las radiacionesinfrarrojas, que pueden tener longitud de onda tan larga como las ondas de radar, deradio, de televisin o de la telegrafa sin hilos (= 20 km).

Otras de muy corta longitud de onda y cada vez mayor frecuencia (ms penetracin,

mayor capacidad de producir dao) son las radiaciones ultravioletas. Rayos X, rayosgama, rayos csmicos.-


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La naturaleza de la luz:Newton propuso la teora corpuscular de la luz: las fuentes luminosas emiten

corpsculos luminosos muy livianos y veloces (300.000 km/seg en el vaco).La intensidad depende de la cantidad de corpsculos emitidos en la unidad de

tiempo.-

Huygens y Maxwell proponen la teora ondulatoria de la luz,que supone unatransmisin continuade energa radiante: el primero la explicaba como una ondamecnica en el ter csmico (similar al sonido); y Maxwell y Hertz sostienen que laonda que se propaga es un campo electromagntico.-

Max Planck anuncia en 1901 que la luz no es emitida en forma continua sino enunidades discretas o cuantos. Un sistemagenerador de energa emite cuantos con unacierta frecuencia(cantidad de vibraciones por segundo o ciclos vnu-). Esos cuantos sedesplazan con una determinada longitud de onda (lambda). La cantidad de energaluminosa E que tiene un cuanto es un fotn(la unidad ms pequea de energa).

Planck descubre que la E es directamente proporcional a la frecuencia v, y que se

relacionan por una constante universal conocida como constante de Planck: h

h = 1,5836 x 10-37 Kcal por segundo = 6,6238 x 10-27 ergios por segundo

La frmula de Planck es: E = h . v

Tambin encontr que la frecuencia y la longitud de onda se relacionan por c(lavelocidad de la luz). v = c /

En 1905 Albert Einstein explica con xito el efecto fotoelctrico aplicando la teoracunticay el concepto de fotn.-

En 1924: Luis De Broglie llega a la conclusin de que la naturaleza de la luz no es slocorpuscular ni slo ondulatoria, sino ambas cosas a la vez. Algunas propiedades yfenmenos pueden describirse mejor por su naturaleza ondulatoria, mientras que otrosse entienden mejor por su naturaleza corpuscular, en trminos de cuantos (o fotones)con una cierta energa y una cierta masa. Esto se conoce como dualidad ondapartcula, y al aceptar esta posibilidad se lograron rpidos avances en la explicacin dela estructura y comportamiento del tomo y las partculas sub atmicas.-Esta dualidadest presente no slo en la luz sino tambin en cualquier partcula. Es la naturaleza de lamateria, y tiene enorme importancia en el tomo y las partculas subatmicas, pero casicarece de importancia en cuerpos mayores que las molculas.-Una partcula de masa m(por ej. un electrn), que se mueve a una velocidad v, lo harcon un movimiento ondulatorio que tendr una longitud de onda :

= h / m . v

HEISENBERG: PRINCIPIO de INCERTIDUMBRE-CONCEPTO de ORBITAL

Para definir una trayectoria debemos conocer la velocidad y la posicin del objeto encada momento de su desplazamiento. Esto podemos hacerlo con muy pocaincertidumbre en el caso de estudiar, por ejemplo, la trayectoria de un avin.Para el caso de investigar velocidad y posicin de las pequesimas partculas subatmicas, como el electrn, me encuentro con el problema de que el instrumento de

medicin o de localizacin (fotones, radiaciones,..) tiene energa similar a la del propio


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electrn. Esto genera alteraciones muy importantes en la trayectoria del electrn eintroduce una gran incertidumbre en la medicin.Si buscamos un avin con ondas luminosas de un reflector o con las ondas del radar novamos a afectar su desplazamiento cuando dichas radiaciones lo detecten.Si buscamos un electrn, cada vez que un fotn detecte su posicin va, al mismo

tiempo, a alterar su energa y movimiento.En 1926 Heisenberg plantea el principio de incertidumbre: Es imposible determinarcon exactitud y simultneamente la posicin y la velocidad del electrn. Slopodemos calcular la probabilidad de encontrarlo en un determinado espacio.Es imposible entonces admitir una rbita fija y circular como postulaba Bohr. SegnBohr el electrn del hidrgeno se encontraba siempre a 0,53 A del ncleo.S podemos decir que la mayor probabilidad de encontrar al electrn del tomo dehidrgeno corresponde a una esfera que envuelve al ncleo (un espacio, un volumen).En el tomo de hidrgeno hay un 99 % de probabilidades de encontrar al electrn entodo el volumen de una esfera de 0,53 A de radio.-El electrn ocupa un orbital, y no una rbita. Un orbital atmico es la regin del

espacio que rodea al ncleo donde es ms probable encontrar un electrn.

SCHRDINGER Y LA MECNICA CUNTICA ( 1926)

Descartada la sencilla ecuacin de Bohr con una sola variable (nmero cuntico n), espropuesta por Schrdinger una ecuacin para definir el comportamiento del electrnconsiderando su carcter ondulatorio. Se la llama ecuacin de Schrdinger o ecuacinde onda que tiene tres variables (tres nmeros cunticos enteros) y marca el inicio de laMecnica Cuntica.-

Esta ecuacin, sumamente complicada, slo puede resolverse para unos pocos tomos,

siendo uno de ellos el de hidrgeno, y los resultados concuerdan exacta mente con laslneas del espectro de emisin del hidrgeno obtenidas experimentalmente (tanto lasfrecuencias, como las longitudes de onda y las energas). Y las conclusiones obtenidascon el hidrgeno se pueden aplicar con xito a los dems sistemas atmicos.-Al resolver la ecuacin de onda se obtiene un conjunto de funciones matemticasllamadas funciones de onda, que describen el movimiento y la energa del electrndentro de los lmites del principio de incertidumbre, o sea en trminos de probabilidad.Cada funcin de onda corresponde a un valor de energa, y describe un espacioalrededor del ncleo donde es probable encontrar a un electrn que tenga esa energa.Esa zona se llama orbital, y en cada nivel de energa puede haber uno o ms orbitales(introducindose el concepto de subniveles).

La ubicacin de cada electrn en el tomo se define conociendo los nmeros cun ticosque lo caracterizan y lo definen. Son cuatro, designados por letras que pueden tomardistintos valores numricos: n = principal

l = azimutalm = magnticos = spin

El n cuntico principal n: Indica el nivel de energa donde se encuentra el electrnEl n cuntico azimutal l: indica el subnivel de energa (dentro de cada nivel

principal) en que est el electrn, y tambin define la forma del orbital.

El n cuntico magntico m: Nos indica el campo magntico generado por el

movimiento del electrn en torno al ncleo atmico, y determina la orientacin en el


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espacio de cada subnivel o sea de cada orbital. Sus valores posibles son nmeros enterosentre l y -l, incluyendo el cero.El n cuntico del spin s: Est relacionado con el campo magntico originado por larotacin del electrn alrededor de su ejeA los valores 0, 1, 2 y 3 del nmero cuntico orbital se los designa con las letras s, p, d

y f y como tales corresponden a los subniveles de energa. Cada uno de estos subnivelespueden tener:SUBNIVEL ORBITALES ELECTRONES

s 1 2

p 3 6

d 5 10

f 7 14

Pues cada orbital puede completarse con electrones de spines opuestos (+1/2) y(-1/2).De este modo se cumple siempre el Principio de exclusin de Pauli: en un tomo no

existen dos electrones con el mismo conjunto de nmeros cunticos.-Los electrones apareados son menos activos (ms estables) que los desapareados.Distintos niveles tienen distintas energas, siendo el nivel 1 (n=1) el de menor energa,que aumenta a medida que aumenta n (ms lejos del ncleo, ms energa). Tener encuenta que la diferencia de energa entre dos niveleses importante entre los primerosniveles, y es menor entre los niveles superiores. (Entre n=1 y n=2 hay un importantesalto de energa, en cambio entre n=4 y n=5 el salto es mucho menor). Este dato esimportante para explicar las superposiciones.

Entre los subniveles tambin hay diferencias de energa: en un mismo nivel (Ej.: n = 4)los orbitales sson los de menor energa, luego los p, los d, y losfson los de mayorenerga. La diferencia de energa entre orbitales en un nivel, es menor que la diferenciade energa entre niveles.

La energa de cada tipo de orbital en un nivel dado, es la misma independientementede su orientacin espacial. As los tres orbitales p(x, y, z) tienen la misma energa encada nivel. Del mismo modo que los electrones ubicados en los cinco orbitales d, tienenla misma energa.Las superposiciones y anomalas comienzan entre el nivel 3 y el 4 donde tenemos

que la energa del orbital 4s es ligeramente menor que la energa de los orbitales 3d.Por eso la configuracin electrnica del potasio (Z = 19) es:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 (Ar) 4s1 y no1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d1 (Ar) 3d1 como se esperara

Lo mismo ocurre con el Calcio ( Z = 20 ) :1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 (Ar) 4s2 y no (Ar) 3d2

O sea que los orbitales d del nivel 3 se superponen con los orbitales sdel nivel 4, y, alser stos de menor energa que los primeros, se comienza a llenar el nivel 4 ( orbitales s)antes de completarse el nivel 3 (orbitales d).Completado el orbital 4s con el calcio, los 10 electrones siguientes se ubicarn en los

orbitales 3d, comenzando por el Escandio (Z=21) y terminando con el Cinc (Z= 30).


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Este conjunto de 10 elementos, que incorporan electrones en orbitales del nivel 3 (d)despus de haberlo hecho en el nivel 4 (s), se llama elementos de transicin. Igualnombre llevan los elementos que repiten esta anomala con los orbitales 4d, 5d y 6d.-Al realizar las configuraciones electrnicas de los elementos debemos tener en cuentaestas anomalas. Podemos ayudarnos:

-con tablas o diagramas de los niveles relativos de energa de los orbitales atmicos-partir de la configuracin electrnica del gas noble o inerte que antecede al elemento-tener en cuenta el principio de mxima multiplicidad o Regla de Hund (mximacantidad posible de orbitales semillenos).

TEORA ATMICA ACTUALEl tomo es un sistema organizado, quiz el primero y ms pequeo de la

naturaleza, formado por partculas ms pequeas todava: las partculas subatmicas(protn, neutrn, electrn), que se organizan en dos zonas: una central (el ncleoatmico) y otra perifrica (los orbitales atmicos).El ncleodel tomo se encuentra en posicin central. Es una zona muy pequeay

densa, con movimiento mnimo, que contiene la masay la carga positivadel tomo,comprimidas en un espacio reducido ocupado por protones y neutrones.

La zona orbitalse extiende alrededordel ncleo y es miles de veces msgrande que ste. Est ocupada por los electrones, partculas de masa insignificante,carga negativa y gran movimiento permanente e impredecible.

El protn es una partcula nuclear-con masaunitaria (1 uma)- con carga elctrica positiva unitaria (1 cuanto)- cantidad constantepara cada tomo = natmico=Z- sin movimiento

El protn hace que el ncleo sea pesado y positivo. Todos los tomos de unelemento qumico tienen una cantidad fija, constante, de protones. Todos los tomosdel elemento 1 (hidrgeno) tendrn siempre 1 protn. Todos los tomos del elemento26 (hierro) tendrn siempre 26 protones. La cantidad de protones nos da el nmeroatmico (Z) de cada elemento qumico.

El neutrnes una partcula nuclearcon masaunitaria (1 uma)- sin cargaelctrica (elctricamente neutro)- cantidad variable (igual o prxima a Z)- sin movimiento

El neutrn hace que el ncleo sea pesado y posible, interponindose entre losprotones evita que las cargas positivas se repelan y puedan estar comprimidas en elncleo. Su cantidad en cada tipo de tomos es variable dando lugar a la existencia de

istopos: tomos del mismo elemento qumico (el mismo n atmico) pero con diferentepeso atmico. Por eso en la tabla peridica vemos que los pesos atmicos no sonnmeros enteros, sino el promedio de los pesos de los istopos de cada elemento(considerando la abundancia relativa de cada uno en la naturaleza).

El electrnes una partcula orbitalcon masa tan nfima que no se laconsidera

- con carga elctrica negativa unitaria (1 cuanto)- cantidad constantepara cada tomo =n atmico=Z- con activo, permanente e impredecible movimiento

El electrn es una partcula ondulatoria. Presenta movimientos de rotacinsobre s mismo y de traslacin cambiando permanentemente de direccin y velocidad,

por los choques entre s y la repulsin entre sus cargas negativas. El electrn hace que eltomo sea negativo, dinmico, y reactivo. Mediante los electrones ms alejados del


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ncleo los tomos se relacionan entre s formando enlaces o uniones qumicas queoriginan las molculas (recordemos que las sustancias existen como molculas).

La cantidad de electrones de un tomo es igual a la cantidad de protones, yesa cantidad es la que determina el n atmico del elemento: Z.Por esto todotomo es elctricamente neutro, no tiene carga elctrica neta, porque la cantidad y

magnitud de las cargas positivas y negativas son iguales. Neutro no significaausencia de carga elctrica, sino equilibrio entre las positivas y las negativas (entreprotones y electrones).

La posicin del electrn en el tomo depende de fuerzas opuestas:Unas que lo atraen hacia el ncleo (atraccin entre cargas elctricas opuestas)Otras que tienden a alejarlo del ncleo (energa cintica, fuerzas de atraccin de otrostomos cercanos).

Qu ocurre en este caso que un tomo pierde un electrn y que otro tomo ganaun electrn? Se estn perdiendo o ganando partculas con carga elctrica negativa.Ambos tomos dejan de ser neutros, dejan de estar equilibrados elctricamente, pues nose pierden partculas positivas.

Recordemos que los tomos son sistemas elctricamente neutros, entonces laspart culas que han perdido o ganado electrones no son tomos: se llaman iones (ionsignifica: el que va)

Un tomo que pierde un electrn queda con un protn desequilibrado y su cargaelctrica neta ser +1.Esto ocurre con facilidad en los elementos del grupo I (litio, sodio,

potasio,..).Ejemplo: Na.........pierde un electrn......Na+ y un electrn libre que pasa a otro tomo

tomo deSodio

Catin

Sodio

Na Na+ +e-

El catin es un tomo o un grupo de tomos que tiene carga neta positiva (una o ms).

Su nombre se debe a que es atrado por el polo negativo o ctodo (catin: el que va al

ctodo).

El tomo que gana un electrn est agregando una carga negativa a su sistema, y sucarga neta ser ahora de 1. Es tpico de los halgenos o elementos del grupo VII(flor, cloro, bromo...), y, en general, de los no metales como el oxgeno o el azufre.Ejemplo: Cl....................gana un electrn.....................Cl-

tomo deCloro

AninCloruro

Cl+e- Cl-

El anin es un tomo o un grupo de tomos con carga neta negativa (una o ms), y es

atrado por el nodo o polo positivo (anin: el que va al nodo).

Los tomos que forman iones son ejemplos de elementos muy reactivos comolos metales alcalinos del grupo I, y los no metales del grupo VII (halgenos) y delgrupo VI (oxgeno y azufre). Estamos comprobando que estos metalesy no metalesnoreaccionan en el mismo sentido, pues mientras los primeros pierden electronesy setransforman en cationes, los segundosganan electronesformando aniones. Hay otros


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elementos que pierden o ganan electrones con dificultad, otros que no lo hacen peroreaccionan de otras maneras, y tambin los hay que no reaccionan nunca en ningnsentido (estabilidad o inercia qumica).

Cada elemento tiene su propia forma de reaccionar, en determinado sentido y conuna intensidad caracterstica, al enfrentarse con otras sustancias en diversas condiciones.

Lareactividades una propiedad intensiva y depende de su naturaleza qumica, de laconfiguracin electrnicade cada tomo, y especialmente de la cantidad de electronesque el tomo tiene en el ltimo nivel, en la capa electrnica final, la ms alejada delncleo. Este es el nivel o capa de relacin y de valencia.

Habr tantos comportamientos particulares como tomos distintos, porque cada unotiene su propia cantidad de electrones y su propia configuracin electrnica: unaorganizacin particular, nica. Pero tambin hay grupos de tomos que presentancaractersticas comunes, por tener la misma cantidad de electrones en su capa derelacin y valencia. Vamos a concentrar nuestro estudio en ellos, especialmente en loselementos ms representativos, para estudiar las principales formas de reaccionar demanera general y simple; afianzando conceptos bsicos y reglas comunes que facilitan

el estudio inicial.Pero siempre teniendo en cuenta que cada elemento es particular y que su estudio en

profundidad escapa totalmente a los objetivos de nuestro curso.En la tabla peridica de los elementos qumicosencontramos que se los ha ubicado

en orden creciente de sus nmeros atmicos. Tambin vemos que hay filas o perodosy columnas o grupos.Si vemos en una fila o perodo la configuracin electrnica de los elementos que laforman, notaremos que cada elemento tiene un electrn ms que el anterior. Las

propiedades de los integrantes de una fila van cambiando permanentemente a medidaque agregan electrones en el ltimo nivel.

El elemento hidrgeno, H, Z=1, tiene un solo electrn que se ubica en el orbital1s. Si se adiciona un electrn se completa el orbital 1s con dos electrones (1s 2), quecorresponde al elemento helio, He Z=2. Estos dos elementos constituyen el primer

perodo de la tabla peridica, que es muy corto y corresponde al llenado del orbital 1sAgregando un nuevo electrn se ubica en el segundo nivel el orbital 2s. En

primer lugar encontramos al elemento Litio Z=3 (1s22s1), con un nuevo electrnobtenemos el elemento Berilio Z=4 (1s22s2). La adicin de un quinto electrn se realizaen uno de los orbitales 2p y corresponde al elemento boro, B Z=5 (1s22s22px). Unnuevo electrn que se agregue, no puede completar el orbital 2p x, sino que se ubica enuno de los orbitales p vacos 2py(Regla de Hund: no se completa un orbital mientras nohaya por lo menos un electrn en cada uno de los orbitales de igual energa): carbono C,

Z=6 (1s

2

2s

2

2px2py). Lo mismo sucede con el elemento nitrgeno N, Z=7(1s

2

2s22px2py2pz). Un electrn ms completa uno de los orbitales p en el oxgeno, O Z=8,(1s22s22px

22py2pz, con un electrn ms se completa un segundo orbital p en el flor, FZ=9, (1s22s22px

22py22pz). Con la adicin de un nuevo electrn se completa el ltimo

orbital p y tambin se completa el segundo nivel electrnico, en el segundo gas inertenen, Ne Z= 10, (1s22s22px

22py22pz

2). Estos ocho elementos constituyen el segundoperodo de la tabla peridica, que es corto y corresponde al llenado de los orbitales 2s (2elementos) y 2p (6 elementos).

De igual manera se produce el llenado de los orbitales 3s (2 elementos) y 3 p (6elementos) resultando el tercer perodo, tambin corto formado por ocho elementos.

Los perodos cuarto y quinto son largos, estn formados por 18 elementos cada

uno, correspondiendo la siguiente secuencia de llenado de orbitales:


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Cuarto perodo, primero se llena el orbital 4s (2 elementos), luego los orbitales3d (10 elementos) que constituyen la primera serie de los elementos de transicin yfinalmente los orbitales 4p (6 elementos)

Quinto perodo: orbital 5s (2 elementos), orbitales 4 d (10 elementos): segundaserie de los elementos de transicin y orbitales 5p (6 elementos).

Los perodos sexto y sptimo son largos y corresponden al llenado de orbitales s,f y d.Esta periodicidad de las estructuras electrnicas, se refleja en la periodicidad de

apunte ingreso 2014.pdf

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