Contenido Programático

Unidad N° 1: Los átomos y la teoría atómica

Unidad N° 2: Compuestos químicos y reacciones

químicas

Unidad N° 3: Teorías de enlace químico

Unidad N° 4: Estados de la materia

Unidad N° 5: Las disoluciones y sus propiedades

Unidad N° 6: Celdas electroquímicas

Bibliografía

Brown, Lemay y Burnten. QUÍMICA: LA CIENCIA

CENTRAL. Editorial Prentice Hall

Masterton, Slowinsky, Stanisky. QUÍMICA GENERAL

SUPERIOR. Editorial Mc Graw Hill

Raymond Chang. QUÍMICA. Editorial Mc Graw Hill

Silberberg. QUÍMICA. Editorial Mc Graw Hill

¿Qué es la Química?

Del Egipcio (keme) que significa “tierra” , la química es

la ciencia que estudia la composición, estructura y

propiedades de la materia, al igual que los diferentes

cambios que ella experimenta a través de las llamadas

reacciones químicas

CLASIFICACIÓN DE LA QUÍMICA

QUÍMICA

QUÍMICA ORGÁNICA QUÍMICA INORGÁNICA

FISICOQUÍMICAQUÍMICA ANALÍTICA

BIOQUÍMICA

Parte de la química que trata de la identificación y de la determinación de las cantidades de las sustancias que forman una muestra.

estudia todas las propiedades de las sustancias que son medibles, así como del estudio de los métodos experimentales y de los instrumentos que los hacen posibles

estudia los elementos y sus compuestos, excepto la casi totalidad de las sustancias en las que figura el carbono.

estudia los compuestos del carbono

estudia los componentes químicos de los seres vivos, especialmente las proteínas, carbohidratos, lípidos y ácidos nucleicos, además de otras pequeñas moléculas presentes en las células

¿Por qué es necesario estudiar Química?

El Ingeniero es el profesional que utiliza los conocimientos de la ciencia físico matemáticas y las técnicas de ingeniería para contribuir a la eficacia y mayor productividad de los procesos industriales.

Un conocimiento pleno de las diferentes transformaciones que ocurren en la materia durante el proceso productivo, le permitirá idear las mejores formas de aumentar el rendimiento y calidad de dicho proceso.

El conocimiento de los diferentes materiales y sus propiedades fundamentarán la mejor selección de los mismos en los procesos productivos.

La química en sí, tiene un dobles interés: el científico y tecnológico.

¿Qué es la Materia?

Se conoce como materia a todo aquello que ocupa un espacio.

La distribución y colocación de las partículas elementales que conforman la materia son las que le dan sus diferencias características en cuanto a masa, color, dureza, viscosidad, conductividad eléctrica, etc.

¿De qué está compuesta la Materia?

Átomo, la unidad más pequeña posible de un elemento químico. En la filosofía de la antigua Grecia, la palabra "átomo" se empleaba para referirse a la parte de materia más pequeño que podía concebirse. Esa "partícula fundamental", por emplear el término moderno para ese concepto, se consideraba indestructible. De hecho, átomo significa en griego "no divisible".

El átomo más ligero, el de hidrógeno, tiene un diámetro de aproximadamente 10-10 m (0,0000000001 m) y una masa alrededor de 1,7 × 10-27 kg. (la fracción de un kilogramo representada por 17 precedido de 26 ceros y una coma decimal).

Un átomo es tan pequeño que

una sola gota de agua contiene más de mil trillones de

átomos.

¿De qué está compuesta la Materia?

El modelo más básico de un átomo consta de un núcleo en el que se encuentra partícula sin carga eléctrica llamados neutrones y partículas cargados eléctricamente positivos llamados protones.

Girando en órbitas circulares y elípticas alrededor de este núcleo se encuentran los electrones, que son partículas con carga eléctricamente negativa.

Cuando un átomo gana o pierde electrones entonces su carga se

desbalancea y recibe el nombre de ión.

Cuando un átomo tiene el mismo número de protones y de electrones se dice que

es eléctricamente neutro

Físico y Químico británico que desarrolló la primera de las teorías atómicas

Según esta teoría: Toda la materia está constituida por átomos Todos lo átomos de un elemento dado son iguales. Los átomos de

elementos distintos son diferentes Los compuestos son combinaciones de átomos de dos o más

elementos. En un compuesto dado, la cantidad relativa de cada tipo de átomo siempre es igual

Los átomos no se pueden crear ni destruir. Los átomos de un elemento no pueden convertirse en átomos de otro elemento mediante reacciones químicas

Teoría atómica de Dalton

John Dalton (1766 - 1844)

Thomson considera al átomo como una gran esfera con carga eléctrica positiva, en la cual se distribuyen los electrones de carga eléctrica negativa como pequeños granitos.

Teoría atómica de Thompson

Sir Joseph John Thomson (1856 – 1940)

Teoría atómica de Thompson

Sir Joseph John Thomson (1856 – 1940)

Las insuficiencias del modelo son las siguientes:

El átomo no es macizo ni compacto como suponía Thomson, es prácticamente hueco y el núcleo es muy pequeño comparado con el tamaño del átomo, según demostró Rutherford en sus experiencias

En 1911, Rutherford introduce el modelo planetario, que es el más utilizado aún hoy en día. Considera que el átomo se divide en:

 · Un núcleo central, que contiene los protones y neutrones (y por tanto allí se concentra toda la carga positiva y casi toda la masa del átomo).

· Una corteza, formada por los electrones, que giran alrededor del núcleo

   

Teoría atómica de Rutherford

Ernest Rutherford (1871 - 1937)

 Los experimentos de Rutherford demostraron que el núcleo es muy pequeño comparado con el tamaño de todo el átomo: el átomo está prácticamente hueco.

Teoría atómica de Rutherford

Ernest Rutherford (1871 - 1937)

Experimentos de Rutherford

La mayoría de los rayos alfa atravesaba la lámina sin desviarse, porque la mayor parte del espacio de un átomo es espacio

vacío

Algunos rayos se desviaban, porque pasan muy cerca de centros con carga eléctrica del mismo tipo que los rayos alfa (CARGA POSITIVA).

Muy pocos rebotan, porque chocan frontalmente contra esos centros de carga positiva.

Teoría atómica de Rutherford

Ernest Rutherford (1871 - 1937)

      Insuficiencias del modelo de Rutherford:1- Se contradecía con las leyes del electromagnetismo de Maxwell, las cuales estaban ampliamente comprobadas mediante numerosos datos experimentales. Según las leyes de Maxwell, una carga eléctrica en movimiento (como es el electrón) debería emitir energía continuamente en forma de radiación, con lo que llegaría un momento en que el electrón caería sobre el núcleo y la materia se destruiría; esto debería ocurrir en un tiempo muy breve.

Consiste en la característica de que, en torno al núcleo atómico, el número de electrones en cada órbita aumenta desde el interior hacia el exterior.

Este modelo implicaba los siguientes postulados:

1.- El electrón tenía ciertos estados definidos estacionarios de movimiento (niveles de energía) que le eran permitidos; cada uno de estos estados estacionarios tenía una energía fija y definida.

2.- Cuando un electrón estaba en uno de estos estados no irradiaba pero cuando cambiaba de estado absorbía o desprendía energía.

3.- En cualquiera de estos estados, el electrón se movía siguiendo una órbita circular alrededor del núcleo.

Teoría atómica de Bohr

Niels Bohr (1885 - 1962)

Teoría atómica de Bohr

Niels Bohr (1885 - 1962)

Principio de incertidumbre

Werner Heisemberg (1901 - 1976)

Creado por el físico alemán Werner Heisemberg en 1927:

Este principio afirma que es imposible medir simultáneamente de

forma precisa la posición y la velocidad de una partícula, por ejemplo,

un electrón.

En otras palabras es imposible determinar la posición de un electrón en

un instante determinado

Un orbital es una región del espacio en la que la probabilidad de encontrar al electrón es máxima. Los orbitales atómicos tienen distintas formas geométricas.

Los principios básicos del modelo actual son: La presencia de un núcleo atómico con las partículas

conocidas, la casi totalidad de la masa atómica en un volumen muy pequeño.

Los estados estacionarios o niveles de energía fundamentales en los cuales se distribuyen los electrones de acuerdo a su contenido energético.

La probabilidad en un lugar de certeza, en cuanto a la posición, energía y movimiento de un electrón, debido a la imprecisión de los estudios por el uso de la luz de baja frecuencia.

Modelo atómico actual

Erwin Schrodinger (1887 - 1961)

Modelo atómico actual

Erwin Schrodinger (1887 - 1961)

Modelo atómico actual

Erwin Schrodinger (1887 - 1961)

Mecánica Cuántica

Es una ciencia que describe como la materia puede

presentar un comportamiento dual como onda y como

partícula. Se sostiene en el hecho de que toda materia

conlleva intrínsecamente una cantidad de energía que

puede ser cuantizada

Números Cuánticos

Los números cuánticos son valores numéricos que nos indican las características de los electrones de los átomos, esto está basado en la teoría atómica de Neils Bohr.

Los números cuánticos más importantes son cuatro:

Número Cuántico Principal.

Número Cuántico Secundario.

Número Cuántico Magnético.

Número Cuántico de Spin.

Número Cuántico Principal (n)

El número cuántico principal determina el tamaño de las órbitas, por tanto, la distancia al núcleo de un electrón vendrá determinada por este número cuántico.

El número cuántico principal nos indica en que nivel se encuentra el electrón y toma valores enteros positivos del 1 al infinito

Todos los orbitales con el mismo número cuántico principal forman una capa.

Como su valor puede ser cualquier número natural mayor que 0 (1, 2, 3...) y dependiendo de su valor, cada capa recibe como designación una letra. Si el número cuántico principal es 1, la capa se denomina K, si 2 L, si 3 M, si 4 N, si 5 P, etc.

Números Cuánticos

Números Cuánticos

Número Cuántico Secundario (l)

Este número cuántico determina la forma de los orbitales y nos indica en que subnivel se encuentra el electrón, este número cuántico toma valores desde 0 hasta (n - 1). Según  el modelo atómico de Bohr existen además de los niveles u orbitas circulares, ciertas órbitas elípticas denominados subniveles. Cuanto mayor sea el número secundario, más aplanada será la elipse que recorre el electrón.

Según el número atómico tenemos los números:

l = 0    s    sharp l = 1    p    principal l = 2    d    diffuse l = 3    f     fundamental

Así, en la capa K, como n vale 1, l sólo puede tomar el valor 0, correspondiente a una órbita circular. En la capa M, en la que n toma el valor de 3, l tomará los valores de 0, 1 y 2, el primero correspondiente a una órbita circular y los segundos a órbitas cada vez más excéntricas.

Números Cuánticos

Número Cuántico Magnético (m)

El número cuántico magnético nos indica las orientaciones de los orbitales magnéticos en el espacio. Los orbitales magnéticos son las regiones de la nube electrónica donde se encuentran los electrones. El número magnético depende de l y toma valores desde -l hasta l.

Ejemplo: Así, si el valor de l es 2, las órbitas podrán tener 5 orientaciones en el espacio, con los valores de m -2, -1, 0, 1 y 2. Si el número cuántico secundario es 1, existen tres orientaciones posible (-1, 0 y 1), mientras que si es 0, sólo hay una posible orientación espacial, correspondiente al valor de m 0.

Números Cuánticos

Principio de Exclusión de Pauli

El mismo dice "En un mismo átomo no puede existir dos electrones que tengan los mismos números cuánticos“.

De esta manera podemos entonces afirmar que en un mismo orbital no puede haber más de dos electrones y que los mismos deben tener distinto número de spin.

Números Cuánticos

Número Cuántico de Spin (s)

El número cuántico de spin nos indica el sentido de rotación en el propio eje de los electrones en un orbital, este número toma los valores de -1/2 y de 1/2.

De esta manera entonces se puede determinar el lugar donde se encuentra un electrón determinado, y los niveles de energía del mismo, esto es importante en el estudio de las radiaciones, la energía de ionización, así como de la energía liberada por un átomo en una reacción. En otras palabras; cada electrón, en un orbital, gira sobre si mismo. Este giro puede ser en el mismo sentido que el de su movimiento orbital o en sentido contrario. Este hecho es el que determina el número cuántico de spin s

Números Cuánticos

Número cuántico

Letra Información Fórmula Observaciones

Principal n Tamaño del orbital 0, 1, 2, 3, ….

Indica la capa (1-K, 2-L, 3-M,

4-N…)

Secundario l Forma del orbital Desde 0

hasta n-1

Indica la subcapa

(0-s, 1-p, 2-d, 3-f, 4-g, 5-h)

Magnético m Orientación del orbital

Desde -l hasta l

Indica el número de orbitales

De Spin s Sentido de giro del electrón ± ½

La configuración o distribución electrónica muestra la forma en que se distribuyen los electrones entre los orbitales de un átomo

Para esto: Se escribe el número cuántico principal Seguido se escribe la letra que designa la subcapa Como superíndice a la derecha de la letra de la subcapa se

escribe el número de electrones que contiene dicha subcapa.

Configuración electrónica

En un átomo en su estado fundamental o eléctricamente neutro, el número de electrones es igual al número de protones. El número de protones de un átomo recibe el nombre de número atómico (Z)

Distribución electrónica: Tabla de la LLuvia

K

L

M

N

O

P

Q

Niveles de Energía

Subniveles de Energía

El llenado de los orbitales se realiza siguiendo la Regla de Hund:

Regla de Hund

Esta regla establece que “la distribución más estable de electrones en los subniveles es aquella que tenga el mayor número de spines paralelos”

Es decir; cuando se llena orbitales con un mismo nivel de energía o lo que es lo mismo que se encuentran en un mismo subnivel se debe empezar llenando la mitad del subnivel con electrones de spin +1/2 para luego proceder a llenar los subniveles con electrones de spin contrario (-1/2).

Regla de Hund

Elemento: Es una sustancia que no se puede separar en sustancias más simples por medios químicosEn la actualidad se conocen 112 elementos diferentes de los cuales 83 se encuentran en forma natural en la Tierra. El resto se han obtenido mediante procesos nucleares.Los elementos se identifican con una o dos letras donde la primera es mayúsculas. Estas letras derivan de los nombres de los elementos en inglés o en latín.

Compuestos: una sustancia formada por dos o más elementos unidos químicamente en proporciones definidas.

Elementos y Compuestos

Molécula: es un arreglo definido de dos o más átomos que se mantienen unidos mediante fuerzas químicas. Es la unidad más pequeña de un compuesto con las mismas propiedades. Son eléctricamente neutros