UNIDAD III: La Envoltura de los Átomos

La precisión de la ubicación de los electrones alrededor del núcleo atómico ha sido uno de los mas grandes logros científicos en  Química,  Matemáticas y en física.

Las investigaciones han arrojado resultados sorprendentes sobre la naturaleza de la materia y la energía. En relación, al átomo estos datos nos permiten principalmente la comprensión del comportamiento químico de las sustancias.

Ondas Electromagnéticas: son campos eléctricos (E) y magnéticos (H) variables, oscilantes y mutuamente perpendiculares que se desplazan por el espacio y se relacionan íntimamente con el concepto de Energía.



Magnitudes y Cualidades de las Ondas.





- Fenómenos Interferencia: Cuando las ondas se encuentran en la misma fase entonces, su amplitud se sumara, en  cambio si las ondas se encuentran en distintas o desfasadas fases, entonces se anularan mutuamente.

- Fenómeno de difracción: manifestación de las propiedades de inferencia de las ondas viendo la claridad y oscuridad de las ondas. 

Espectro Continuo de Ondas Electromagnéticas separadas por frecuencia.



OB1: “Según la Física Clásica la energía era de una naturaleza continua y la energía de una onda electromagnética era proporcional a la amplitud de la onda”

Espectro discontinuo de emisión del Hidrogeno

- Según Ridberg está dada por 109,677 cm-1.

OB2: “Según la Física Moderna la energía es de carácter discontinuo se presenta a la forma de pequeños “paquetes de energía” denominados Cuantos, Cuantas o Fotones” “La energía de una onda electromagnética es proporcional a su Frecuencia”.

Ecuación de Max Planck

- Energía de un Fotón: h x V (h: 6,62 x 10 -27 erg. Seg.)

El átomo de Hidrogeno de Bohr.

-1 Orbitas Circulares

-2 Momento angular

Radio(r): 0,529 x 10 -8 x n2 (cm)  Energía (E): -2,178 x 10 -11 x n^-2 (erg)

N: Órbitas



Energía asociada a los cambios de órbitas



- E Fotón absorbido: E final – E inicial # E fotón emitido: E inicial – E final.

- E fotón emitido: 109.737 (1x nf^-2 – 1x ni^-2 ).

* Esta Formula es deducida a partir de consideraciones de discontinuidad de la Energía (física moderna) esta en acuerdo con la ecuación de Ridberg para el espectro  discontinuo de emisión de átomos de hidrógeno.

Mecánica Cuántica ondulatoria

Efecto Compton



· De Broglie: “TODO CUERPO EN MOVIMIENTO TIENE UNA ONDA ASOCIADA”

- Principio de incertidumbre de Heissenberg



- No es posible conocer simultáneamente la posición de xy el momento de p de un electrón. 

Ecuación de Onda Partículas de Schrodinger





Shrodinger postulo que los electrones se podían considerar ondas cuya trayectoria alrededor del núcleo no se podía conocer. Entonces  solo es posible determinar la zona de alta probabilidad de encontrar un electrón. 

Números Cuánticos:

- Numero Cuántico Principal (n): Asociando con el tamaño y energía de los orbitales, los valores que toman es del 1 hacia el infinito.

- Numero cuántico Secundario (l): Asociando al tipo o forma de los orbitales.



-Números cuánticos Magnéticos (m): se asocia con la orientación espacial de los orbitales.



- Números cuánticos de spin (s): Se asocia al giro del electrón sobre su eje.



Gráficos de orbitales





(Orbitales Px , Py y Pz)

Principios que rigen la configuración electrónica

1)exclusión de Pauli: Cada orbital acepta como máximo dos electrones los que deben poseer spin contrario.

2) Maxima multiplicidad o de hund: En orbitales de la misma energía los electrones entran de a uno en cada orbital con el mismo spin. Cuando alcanza el semillenado, recién comienza el apareamiento con spines opuestos.

3) Aufbau: los electrones se ubican primero en los orbitales de mas baja energía.



Propiedades magnéticas de las sustancias



Configuraciones electrónicas y electrones de Valencia



Electrones de Valencia: Son los electrones ubicados en la capa mas externa de un átomo, de ellos dependen las propiedades químicas de un elemento.

La periodicidad de los elementos y sus propiedades químicas se explican mediante los electrones de valencia.

UNIDAD IV: Propiedades periódicas de los elementos

Cuadro Periódico

Periodo: Secuencia horizontales, desde 1 al 7, cuyos elementos están agrupados según la cantidad de niveles energéticos que posee un elemento.

 Los átomos que posean el mismo número de niveles de energía pertenecen al mismo periodo.

Grupos: Corresponden a las secuencias verticales que agrupan a los elementos que poseen el mismo número de electrones de valencias ubicados en el mismo tipo de orbital. Son enumerados del 1 al 18.

Propiedades Periódicas de los elementos:

Radio Atómico: Disminuye suavemente al aumentar Z en un Periodo.

Aumenta bruscamente al aumentar Z en un grupo.

Los iones negativos (ganan electrones)  y son de mayor radio, en cambio los positivos, (pierden electrones) y  son de menor radio.

Potencial de Ionización:

 Es la energía necesaria para separar el electrón mas débilmente retenido de un átomo o ion.

Mientras más cercano al núcleo, el electrón periférico es atraído con mayor fuerza y viceversa, en consecuencia se comparta inversamente al Radio atómico

Electroafinidad :

 Es la cantidad de energía que s libera en una muestra cuando se añade un electrón a un átomo gaseoso neutro

Es inversamente al Radio Atómico

Electronegatividad :

 Es la capacidad que tiene un átomo para atraer hacia su esfera los electrones compartidos con otro átomo.

Electropositividad (E.P):

 Capacidad que tiene un átomo para ceder electrones. Mientras menor sea electronegatividad mas fácil cederá los electrones.

Formación de Iones

Aqui se da menciona  a lo que es la Estabilidad, que son los gases nobles, quienes no comparten ni ceden electrones ya que su configuracion Electrónica es estable.

Todos los átomos realizan transferencia de electrones para alcanzar la configuración electrónica del gas noble mas cercano.Es por eso que los átomos ganan o pierden electrones. Como en este ejemplo:

Formación de Moléculas

La formación de iones o bien el estado de oxidación alcanzadoconduce la formación de moléculas.

Tipos de Compuestos Fundamentales

Oxido Metálicos

Óxidos No Metálicos

Hidróxidos (Oxido Metálico + Agua)

Oxacidos (Oxido No Metálicos + Agua)

Los Hidracidos (Hidrogeno + No Metales)

Acido y Base

ACIDOS son sustancias de fórmula general HA que se disocian en agua liberando el ión hidrógeno

BASES son sustancias de fórmula general BOH que se disocian en agua liberando el ión hidroxilo

Los Hidruros (iones Metálicos con Iones Hidruros)

                                                
UNIDAD 1

   La Quimica es parte de la ciencia que estudia la obtencion, las propiedades y la transformacion de las sustancias puras y los sistemas que ellas forman.

 El metodo cientifico es un modo natural, ordenado, racional y sistematico de obtener el conocimiento, y todo esto atravez de hipotesis y experimentos que plantea la misma persona y que posteriormente permiten llegar al conocimiento.

 sistemas materiales

permite el estudio de los materiales en relacion con los aspectos estructurales y propiedades de la materia se puede clasificar los sistemas de materiales como:

*- Heterogéneos (2 o mas fases)      

* - Homogéneos  (1 fase )

Donde podemos tambien entrar a la forma de cómo separar atraves de sistemas las dos fases que anteriormente mencione que son:

Sistemas Heterogéneos

1.1) tecnicas de separacion de fases de sistemas heterogéneos: 

1.           Filtracion (separacion de faase solida y fase liquida)

2.           Decantacion

3.           Centrifigacion (lo mas denso abajo y lo mas liviano sobre)

4.           Sublimacion

5.           Disolucion  (paso de solido a gas )

6.           Tamizasion

Sistemas Homogeneos

2.1) Soluciones :   Las soluciones sólidas las encontramos en sistemas más conocidos como aleaciones ( bronce, aleación de cobre y estaño). La salmuera ( agua con sal común) es líquida y el aire (Oxígeno, Nitrógeno etc..) es gaseosa.

1.           Destilacion

2.           Extraccion por solventes

3.           Cristalizacion

4.           Cromatografia

2.2) Sustancias Puras :  Sabemos que una Sustancia Pura es un sistema formado por un tipo de moléculas características para esa Sustancia, es decir de tamaño, masa y forma bien definidas. 

1.           Compuestos : Moleculas constituidas por distintos tipos de atomos

2.           Elementos    : Moleculas o (atomos aislados) contituidas por un mismo tipo de atomo

Sustancias Puras:

Conjunto  de moleculas identicas en tamaño, masa y forma

Tienen distintas cualidadades como el que tienen la habilidada de moverse y mas aun se atraen.

El análisis de Sustancias Puras corresponde al denominado Análisis Químico.

Existen dos tipos de analisis quimicos:

Análisis Químico Cualitativo:

  Este comprende la separación e identificación de los elementos que forman un compuesto.

 Análisis Químico Cuantitativo:

  Este comprende la medición de la cantidad de cada uno de los elementos que forman el compuesto. Al saber esto se puede ademas conocer la la presencia de cierta sustancia en una muestra y las cuales nos pueden ayudar a identificar distintas propiedades del analisis ya hecho.

                                                                                           

LEY DE VOLUMENES DE COMBINACIÓN DE GASES ( Gay Lussac)

Los volumenes de gases de Reaccionantes y Productos, medidos en iguales condiciones de Presión y Temperatura, están en relación de números enteros.

Aplicando el Principio de Avogadro recién enunciado a lo observado por Gay Lussac según  los ejemplos ya entregados se concluye que los volumenes de reaccionantes y productos observados se explican mediante las siguientes proposiciones de reordenamientos:  

                                    

                                                   2 H ₂ + O ₂ = 2 H ₂ O

                                  

                                                               N ₂ + 3 H ₂ = 2 NH ₃

                                        

                                                   H ₂ + Cl ₂ = 2 H Cl

La Hipótesis de Avogadro no sólo explica los experimentos de Gay Lussac y permite conocer la fórmula de las moléculas de gases simples, sino tambien que permite, pesando volumenes iguales de diferentes gases medidos en iguales condiciones de P y T donde hay igual número de átomos, establecer la primera relación de masas de los diferentes átomos.

                                                                   
                                                                         unidad 2

                                                          Estudio de los Atomos

 

En sus experimentos de electrólisis, Faraday determinó la proporcionalidad entre la cantidad de sustancias transformadas y la cantidad de electricidad empleada. Surge la noción que la corriente eléctrica es un flujo de partículas que se les llamó electrones.

  Los electrones resultan ser partículas de carga eléctrica negativa cuya razón:

    

      Carga      

_________________   =         _1,76 . ₁₀ 8    (Coulomb / gramo)

     Masa

  Las particulas intratomicas.

        Rutherford, bombardea una lámina de oro, con rayos  ( partículas "pesadas", cargadas positivamente)
                                

Rutherford concluye que la lámina de oro es prácticamente vacía, o mejor, el átomo de oro concentra toda su masa en un núcleo de carga positiva de volumen muy pequeño en relación al volumen atómico total.      

La vision de rutherford

Definiciones

NÚMERO ATÓMICO = NÚMERO DE PROTONES = Z

NÚMERO MÁSICO = NÚMERO DE PROTONES + NÚMERO DE NEUTRONES = A

CARGA ELECTRICA = NÚMERO DE PROTONES - NÚMERO DE ELECTRONES

Isótopos son átomos de igual Z pero distinto A.
Isobaricos  son átomos de distinto Z pero igual A

Determinacion  de los pesos atomicos o relativos

                     

La existencia de isótopos (átomos de distinta masa) en todos los elementos debe ser tomada en cuenta cuando se trata de determinar las relaciones de los pesos de los átomos

En la actualidad es posible conocer los distintos tipos de isótopos gracias a la tecnología del espectrógrafo de masas.

                                        

  El espectrógrafo de masas es un aparato en que por descargas eléctricas los átomos de un elemento se transforman en iones positivos. Estos iones son conducidos a la forma de un haz lineal hasta una zona en que son desviados mediante dispositivos magnéticos o eléctricos de acuerdo a la masa del ión

Ejemplo de cálculo del  Peso Atómico

El Neón tiene dos isótopos.

El ²⁰ Ne que tiene una masa de 19,992 u.m.a. y el ²²Ne que tiene una masa de 21,991 u.m.a.

Por cada 100 atomos de la muestra natural 90 corresponden al ²⁰Ne y 10 al ²² Ne, es decir, sus abundancias relativas son de 90% y 10% respectivamente.

El cálculo del Peso Atómico será:

PA _Ne =    0.90 * ( 19,992 u.m.a.) + 0,10 * ( 21,991 u.m.a.) = 20 , 192 u.m.a.

             

                  

La materia y la Electricidad

                           Diferentes experimentos demuestran la existencia de dos tipos de electricidad, se les denomina la positiva y la negativa. Si dos cuerpos poseen igual tipo de carga se repelen en tanto que si tienen cargas de distinto signo se atraen.