Química Estudia las propiedades, estructura y transformaciones de la materia. En la actualidad la química se hace mas presente en la vida del hombre y esto se debe a el avance tecnológico que se ha desarrollado con esto podemos afirmar que el 99% de las industrias basan su producción en la utilización directa de la química, ejemplo: Industria agrícola y ganadera ndustria alimentaria Industria metalúrgica Industria electrónica Industria del vidrio Industria textil Materia Desde la aparición del hombre se busca tener noción sobre la constitución de todo aquello que le rodea, en un principio las explicaciones sobre esto era empíricas y se podría considerar que tenían que ver con lo mágico que era difícil de explicar. Es hasta la cultura griega que se tratan de formular las teorías para explicar que todo lo que constituye el universo es la materia, la cual a su vez esta formada por 4 elementos principales: Agua Fuego Tierra Aire Todo aquello que ocupa un lugar en el espacio y tiene masa. La materia que constituye a todas las cosas cuenta con ciertas propiedades que le permiten determinar la forma, tamaño o volumen que estas cosas presentan existen algunas propiedades que todo objeto tiene por lo cual que les conoce como PROPIEDADES GENERALES, pero también existen otro tipo de propiedades que son representativas de un objeto en particular y a estas se les denomina PROPIEDADES ESPECIFICAS. P. Específicas P. Generales Tamaño Color Masa Sabor Olor Peso Ductibilidad Textura Volumen Tenacidad Forma Inercia Maleabilidad Flexibilidad Las propiedades de la materiaConductividad cuando nos referimos a objetos particulares son variables ya que dependen del estado en el que se encuentren la materia que integra al objeto y el tipo de átomos que lo forman. Estados de Agregación de la Materia Sólido Tiene la característica de que las moléculas que integran a los objetos se encuentran muy unidas y si movimiento es casi mulo, forma de acuerdo a la cantidad de materia. Liquido Estado de la materia donde las partículas están mediamente separadas y el movimiento de las mismas es mayor que en el estado anterior, regularmente la materia toma la forma del recipiente. Gaseoso Estado de la materia en la que las partículas están mucho mas separadas y el movimiento es mayor a los anteriores, toman la forma del recipiente y lo llena. Cambio de Estado de Agregación de la Materia A partir de los 3 estados básicos en que se hace presente la materia se puede dar la transformación de los mismos para llevar un objeto de un estado a otro, debemos considerar las condiciones externas que actúan sobre los objetos. Los nombres que reciben son: Fusión Cambio de estado sólido al liquido al incrementarse el calor. Evaporación Cambio de estado liquido al vapor, sin pasar por el liquido, necesitándose calor. Sublimación Cambio de estado sólido al gaseoso, sin pasar por el liquido, necesitándose calor. Solidificación Cambio requiere de eliminar calor y ocurre con un liquido al sólido. Condensación Cambio de estado vapor al liquido, por la eliminación de calor. Liquefacción Cambio de estado gaseoso al liquido, por la eliminación del calor y el aumento de la presión. Energía Aquello que produce un trabajo. Tipos: Potencial Cinetica Calorífica Eléctrica Manifestación: Eólica Nuclear Solar Magnética Hidrológica Los cambios que se dan en la materia están estrechamente vinculadas con la acción que ejerce sobre la misma aquello conocido como Energía. De esta manera se conoce que existen 2 tipos de energía, pero que se pueden percibir diversas manifestaciones de la misma, cada una de éstas actúa a deriva de ciertas transformaciones de la materia. Materia y Energía Leyes de la Conservación de la Materia y Energía: 1.Ley de la Conservación de la Masa Esta ley se debe a Lavoisier y establece que la masa no se crea ni se destruye, solo se transforma. 2.Ley de la Conservación de la Energía Esta ley se debe a Mayer y establece que la energía del universo se mantiene constante de tal manera que no pude ser creada ni destruida y si cambiar de una forma o clase a otra. 3.Ley de la Conservación de la Materia Esta proviene de la teoría de la relatividad de Albert Einstein y dice que la cantidad de masa-energía que se manifiesta en un determinado espacio-tiempo es constante. Cambios Los cambios o transformaciones que sufre la materia pueden ser de diferentes naturales afectando solamente su apariencia, lo que constituye un cambio superficial o puede por que el cambio se de en su conformación química afectando sus propiedades o también alterando la integridad de sus moléculas o átomos dando como resultado la generación de otra forma de materia. Los cambios en la materia llevan a la generación de una serie de fenómenos que se presentan en la naturaleza, estos pueden ser físicos o químicos y como ya se dijo puede verse afectado solo la apariencia o la estructura interna. Para que un fenómeno se presente es necesario que se den una serie de condiciones combinadas con la materia. Molécula Mínima unidad material que puede existir representando características del compuesto. Elemento Sustancias simples que no pueden descomponerse por métodos químicos ordinarios en algo mas sencillo. Compuesto Sustancias que resultan de la unión química de 2 o mas elementos en proporciones definidas se combinan de tal manera que ya no es posible identificar por sus propiedades originales o individuales y una acción química las puede separar. Mezcla Resultado de la unión física de 2 o mas sustancias que al hacerlo conserva sus propiedades individuales y pueden ser separadas por métodos físicos. Existen mezclas sólidas, liquidas y gaseosas. Las mezclas en estados intermedios constituyen los sistemas de dispersión. Métodos de separación de mezclas: Decantación Filtración Magnetización Evaporización Cristalización Átomo Desde épocas remotas, el hombre a buscado entender la estructura de la materia con la finalidad de aprovecharla para su beneficio, como es lógico suponer, los primeros hombres no reconocieron la estructura interna pero a base de ensayo y error, descubrieron los materiales idóneos para su beneficio. Las primeras ideas de las que se tienen referencia sobre la estructura interna de la materia son aquellas que desarrollan los filósofos griegos Leucipo y Démócrito en el siglo V a.C. a ellos se les atribuyen el nombre dado a la partícula esencial de la materia, estos es el átomo, ellos sostenían que todas las cosas se componían de átomos. Esta idea no fue modificado durante los siguientes 22 siglos, es a finales del s. XVIII que logra reforzarse con ciertos modificaciones lo que ellos enuncian. Numero átomo Los átomos de varios elementos difieren debido a que tienen distintos cantidades de electrones, protones y neutrones, los núcleos de los átomos de un elemento dado, tienen el mismo numero de electrones. La cantidad de protones dentro del núcleo de un átomo o el numero de electrones en orbita del mismo. Isótopos Un átomo de un elemento dado siempre contiene el mismo numero de protones y electrones, pero después de efectuar un estudio se determino que para la mayoría existen 2 o mas tipos de átomos. Numero de Masa Debido a que la masa del electrón es muy pequeño, la masa del átomo esta exclusivamente en el núcleo de este, la suma de protones y neutrones da el numero de masa. Pero Atómico Suma porcentual promedio de las masas isotópicas de una muestra de átomos de un mismo elemento. Modelos Atómicos Los dieron a conocer los filósofos griegos, se conservo sin cambio alguno durante aproximadamente 2000 años, es hasta el siglo XVII con el nacimiento de la química como un atención sobre la composición de la materia y la estructura que tienen las partículas que la integran, por ello se ven elaboradas una serie de teorías sobre este particular, siempre tomando como base la existencia de el átomo como partícula esencial. Las teorías y algunas experimentos que tienen relación con ella son: Dalton Desarrollo la primera teoría moderna de los átomos que considero las partículas mas pequeñas de los elementos químicos. La teoría atómica de Dalton; toda la materia esta formado por partículas minúsculas e indestructibles llamados átomos, todos los átomos de un elemento son similares entre si, por el peso, los cambios químicos son cambios en las combinaciones de los átomos entre sí. Los átomos permanecen indivisibles aun en las razones químicas mas violentas. Rutherford Elaboro un modelo del “Átomo Nuclear” cuyas caracteristicas, la masa y carga positiva esta centrada en el nucleo, la mayor parte del átomo es un espacio vacio, la magnitud de la carga positiva es diferente para los átomos y es la mitad de la masa atómica del elemento, fuera del nucleo existen tantos electrones como unidades de carga positiva hay en el núcleo, el átomo es un conjunto que se eléctricamente neutro. Niels Bohr Al estudiar los espectros de emisión del hidrogeno, propuso su modelo atómico: los electrones se mueven en regiones especificas a ciertas distancias del núcleo “niveles de energía”, le asigno un numero entero a cada nivel. Modelo Atómico de la Mecánica Cuántica Ondulatoria Autor principal: Erwin Schrodinger Deriva 3 conceptos: 1. Concepto de estados estacionarios de energía de Bohr 2. Naturaleza dual de la masa sugerida por Luis de Broglie 3. Principio de incertidumbre de Heisenberg Parámetros Cuánticos (numero cuántico) a. Número cuántico principal: valor de la ¶ b. Número cuántico secundario: valor de 0 hasta n-1 c. Número cuántico spin: valor de + ½ y – ½ Subnivel s Subnivel s p Subnivel s p d Subnivel s p d f 4 Subnivel s p d f 3 Subniveles s p d 2 Subniveles s p Configuraciones Electrónicas Con los valores de números cuánticos es posible el acomodo electrónico de un átomo en su estado vasal o de mínima energía, para ello aplicaremos las reglas: 1.Principio de exclusión de Paul, en una orbital hasta 2 electrones de spin o puesto. 2.Principio de edificación progresiva o regla de Auf-Bau, cada nuevo electrón añadido a un átomo entrara en el orbital disponible. 3.Principio de máxima multiplidad o regla de Hund, dentro de un subnivel los primeros electrones ocupan orbitales separados y tienen spines paralelos. Diagrama Energético Es otra forma de representar el acomodo energético de un átomo. En esta se desarrolla el acomodo de los orbitrales y la manera de entrada que tienen los electrones cumpliendo las reglas establecidas. A partir de esta representación se obtienen los valores del electrón diferencial. Uso de Kernel Una manera de abreviar la configuración electrónica y el diagrama energético es usando el Kernel, esta es una referencia con relación a los gases nobles. Construcción de la Tabla Periódica Como se ha mencionado la naturaleza atómica y la materia fue reconocida desde la antigua Grecia, se atribuye a Demócrito el nombrar a las partículas mas pequeñas que integran a la materia como átomos aunque existieron personajes que no estaban de acuerdo con este concepto, uno de ellos Aristóteles ya que el aceptaba que los elementos que constituían a la materia eran 4, los cuales habían sido propuestos por Tales de Mileto (agua), Anaxímedes (aire), Heráclito (fuego) y Empédocles (tierra). Estos 4 elementos representaban 4 propiedades que son calor, frío, sequedad y humedad. La combinación de calor y humedad daba como resultado el aire, la combinación de calor y sequedad daba como resultado el fuego, el agua provenía del frío y de la humedad, y en el caso de la tierra era combinación de frío y sequedad. El concepto que predominó por mas tiempo es el referente a el átomo. Es en el siglo XVII cuando Robert Boyle define lo que es un elemento estableciendo además que la unión de 2 elementos forman una tercer sustancia llamada Compuesto. A John Dalton se le atribuye la 1º teoría atómica generada, manejó una serie de símbolos para representar a combinación de ciertos elementos y junto con su modelo atómico publicó una tabla de pesos atómicos de los elementos hasta ese momento conocidos. Es en 1839 cuando Johann W. Derbereiner hace observaciones que le permiten formular las Triadas de Elementos, dichas observaciones tenían relación con propiedades semejantes sobre todo en el peso atómico. En 1850, Pattenofer demostró que el peso atómico de los elementos semejantes por múltiplos de 8. En 1862 el geólogo A. de Chancoortois ordenó los elementos conocidos en una espiral regularmente desarrollada en un cilindro y dividió cada circunferencia en 16 subdivisiones, encontrando que los elementos que difieren de otros por 16 unidades o múltiplos en sus pesos atómicos, poseen un comportamiento semejante, propiedades de los elementos son propiedades de los números. En 1863, el químico John Newlands colocó a los elementos conocidos en orden creciente de su peso atómico, en hileras de 7 elementos (7 hileras ya que en ese tiempo no se conocían los gases nobles). Tabla Periódica de Mendeleer Haciendo una revisión actual de la tabla periódica de Mendeleer se da cuenta de que el acomodo de algunos elementos era incorrecto ya que algunos de ellos se encontraban ubicados dentro de una columna que no correspondía a sus características. Es en relación al descubrimiento de los rayos X cuando se hace una modificación a la ley periódica ya que se demuestra que en el núcleo atómico se encuentran una serie de cargas eléctricas positivas que constan de números enteros coincidiendo éstos con el numero eléctrico del elemento, por lo tanto la ley periódica se enuncia: “Las propiedades de los elementos y de sus compuestos son una funcion periodica del nucleo atómico” Estructura de la Tabla Periódica I Metales alcalinos II Metales Alcalinotérreos Grupos A Familias IV Familia del Nitrógeno VI Calcógenos Grupos O III Familia del Boro VII Halógenos Grupos B Del I al VIII son metales de transición Grupos O Gases nobles Periodos Del I al VII solo reciben nombre los Lantánidos y Actínidos 1. Elementos nombrados en honor de personajes famosos Elemento Símbolo Numero atómico Fórmico Fm 100 Enrico Fermi Curio Cm 56 Dierrey Meric Godolino Gd 64 Joham Cadlum Símbolo Numero atómico Bismuto Bi 83 Alemán “masa blanca” Cesio Cs 55 Latín “azul claro” Yodo I 53 Griego “violeta” 2. Elementos nombrados por su color Elemento Nombre Nombre 3. Elementos cuyos nombres tienen su origen en dioses de la mitología Elemento Símbolo Numero atómico Nombre Vanadio V 23 Vanadis Torio Th 90 Thor Titanio Ti 22 Titanes 4. Elementos designados en honor a diversos cuerpos celestes Elemento Símbolo Numero atómico Nombre Helio He 2 Helios, Sol Uranio U 92 Uranio Plutonio PA 94 Plutón 5. Elementos cuyo nombre se deriva de países, ciudades y continentes Elemento Símbolo Numero atómico Nombre Berkelio Bk 97 Berkeley, California Galio Ga 31 Latín, Galia, Francia Cobre Cu 29 Latín, Cuprum, isla Cyprus Otros datos que se reportan en la tabla periódica son: *El numero atómico que se refiere a la cantidad de protones existentes en el núcleo atómico. *El peso o masa atómica que es el peso promedio de las masas isotópicas del elemento. *La valencia o numero de oxidación se encuentra relacionado con el numero de electrones acomodados en el ultimo nivel de energía del elemento, determinando con esto su capacidad para combinarse. Numero de oxidación Símbolo Peso atómico Numero atómico Nombre Propiedades Periódicas de los Elementos Radio atómico, se define como la distancia comprendida entre el centro del núcleo y el nivel externo del átomo. Aumenta de mayor hacia menor en un grupo y disminuye de izquierda a derecha en un periodo. El ramo atómico se mide en nanómetros. Electronegatividad, fuerza de atracción del núcleo de un átomo para atraer a los electrones hacia él, cuando forma de un enlace químico. Energía de Ionización, energía necesaria para remover electrones que estén débilmente unidos al átomo. Se mide en kilo-joules por Mol (kg/mol). Afinidad Electrónica, energía liberada cuando un átomo gaseoso recibe un electron para formar un ion negativo gaseoso. Propiedades de los Metales •Poseen bajo potencial de ionización y alto peso especifico. •Por regla general en su ultimo nivel de energía tiene de 1 a 3 electrones. •Son sólidos a excepción del mercurio, galio, cesio, trancio. •Presenta aspecto y brillo metálico. •Oxidan por perdida de electrones. •Buenos conductos del calor y electricidad. •Elementos alcalinos son los mas activos. Propiedades de los No Metales. •Tendencia a ganar electrones. •Alto potencial de ionización y peso especifico. •En el ultimo nivel de energía tienen de 4 a 7 elementos. •Presente en los 3 estados de agregación. •No poseen aspecto ni brillo metálico. •Moles obstructores de calor y electricidad. •No son dúctiles, maleadores ni tangibles. •Se reducen por ganancias de electrones. •Molécula formada por 2 o mas átomos. •Los helógenos y oxigeno son los mas activos. •Varios presentan iotropía. Propiedades y Aplicaciones de Elementos Familia del Carbono, estudio de compuestos del carbono correspondiente a la química orgánica. El carbono elemental existe como diamante, grafito. El silicio comienza a ser estudiado ampliamente por su parecido con el carbono. Los elementos restantes tienen mas propiedades materiales. Halógenos, los conformadores de sal se encuentran combinados en la naturaleza por su gran actividad. Las sales de estos elementos con los de los grupos I y II están en los mares. Las propiedades de los halógenos son muy semejantes. La mayoría de los componentes derivados con tóxicos, irritantes, activos y tienen gran ampliación tanto en industria como en laboratorio. El astantinio o astato difiere un poco del resto del grupo. Metales alcalinoterreos, estos elementos son muy activos aunque no tanto como los del grupo I. son buenos conductores del calor y la electricidad, son blancos y brillantes, sus compuestos son generalmente insolubles como los sultatos, carbonatos, silicatos y fosfatos. El radio es un elemento radioactivo. Calcógenos, los 5 primeros elementos son no metálicos, el ultimo, polonio, es radioactivo. El oxigeno es un gas incoloro constituyente del aire, agua y tierra. El azufre es un sólido y sus compuestos son tónicos y corrosivos. La química del telurio y selenio es compleja. Contaminación Generada por los Elementos Azufre, principalmente sus óxidos SO2 y SO3 contaminan el aire y con agua producen lluvia ácida. Sustancias derivadas : clorados de azufre, ácidos, son corrosivos. Cloro, sus vapores contaminan el aire y son corrosivos. Se le emplea la forma de cloratos para blanquear la ropa, lavar bucales. Los cloratos son solubles en agua y contaminan, forman mezclas explosivas. Mercurio, de gran utilidad por ser liquido, utilizado en termometros, contamina ela ire, agua y causa envenenamiento. Arsenico, se utiliza como insecticida, pintura, vidrio, elemento de los mas venenosos que hay como sus compuestos. Enlace Químico Átomos unidos por fuerzas al construir un compuesto. Enlace Iónico Se caracteriza por la transferencia de electrones del átomo metálico al no metálico, formando iones con configuraciones isoelectronicas a las de los gases nobles. Enlace Covalente Los electrones comparten entre 2 átomos de manera equitativa, quedando en medio de los núcleos de los átomos. Enlace Covalente Polar Cuando 2 electrones de átomos no metálicos de diferentes electronegatividades se unen comparten electrones pero una nube electrónica se deforma y se ve desplazada hacia el átomo uno con carga positiva y otro con carga negativa. Formula Desarrollada Distribución de los átomos en el espacio. Formula Semidesarrollada Se expresa por medio de grupos o radicales, los átomos que forman la molécula, también llamada Estructura. Forma Condensada Indica la clase y el numero de átomos que constituyen las moléculas de un compuesto. Regla del Octeto y Estructura de Lewis La tendencia de los átomos de los elementos del sistema periódico es completar sus últimos niveles de energía con una cantidad de electrones tal, que adquirieron configuración semejante a la de un gas noble. Como los gases nobles terminan su configuración electrónica en s2 p6 con un total de 8 electrones, los otros elementos ganaran o perderán electrones hasta quedar con esa cantidad en su capa externa. Esto se conoce como la regla del octeto. Gilbert Lewis propuso representar los elementos del segundo periodo como Be y B, y los de sus respectivos grupos, ya que el Berilio completa solo 4 e y el Boro completa 6 al combinarse. Otras excepciones son para el Fósforo o el Azufre que llegan a completar 10 o 12 o hasta 14 e. Numero de Oxidación Es la carga eléctrica con la cual actúa un átomo de un elemento cuando se le asigna al átomo mas electronegativo los electrones al formar un enlace. Para el uso del numero de oxidación se consideran las reglas: 1. Todo elemento en estado puro o sin combinar tendrá numero de oxidación 0. 2. El hidrogeno tiene un numero de oxidación de +1, excepto en los hidruros en donde tendrá numero -1. 3. El oxigeno tiene un numero de oxidación de -2, excepto en los periodos en donde utilizan -1. 4. La suma algebraica de los números de oxidación de los elementos de un compuesto es igual a 0 ya que todos los compuestos son neutros. Formulas Químicas Se les da un nombre general de acuerdo al numero de elementos que los forman: 1. Binarios 2. Termarias 3. Poliatómicas Cuando uno de los elementos queda con carga positiva recibe el nombre de Catión, mientras que al elemento que se le asigna carga negativa son Anión. Si el compuesto esta integrado por mas de 2 elementos entonces tendremos la formación de Radicales. Nomenclatura de Compuestos Binarios Se dividen en 2 grandes clases: • Compuestos que contienen un metal y un no metal (Tipo 1 y Tipo 2) • Compuestos que contienen2 no metales (Tipo 3) Reglas para nombrar compuestos iónicos Tipo 1 1.Siempre se nombra el anión en primer termino y el catión en segundo. 2.Un catión simple (que se obtiene de un solo átomo) toma su nombre del nombre del elemento. 3.Un anión simple (que se obtiene de un solo átomo) se nombra tomando la primera parte del nombre del elemento, y añadiendo la terminación –uro. Nomenclatura de compuesto Tipo I a)Como escribir la formula 1. Se identifican los números de oxidación para el catión y anión. 2. El numero de oxidación del catión será subíndice del anión. 3. El numero de oxidación del anión será subíndice del catión. 4. Se escribe siempre primero el catión y luego el anión. 5. Con números iguales de oxidación la relación de átomos será 1:1. Nomenclatura de Hidruros Resultan de la combinación del hidrogeno con cualquier metal. En los hidruros, el hidrogeno tiene numero de oxidación de -1, para nombrarlos se antepone la palabra hidruro-, seguida del nombre del metal correspondiente. Nomenclatura de Hidroácidos Química Estudia las propiedades, estructura y transformaciones de la materia. En la actualidad la química se hace mas presente en la vida del hombre y esto se debe a el avance tecnológico que se ha desarrollado con esto podemos afirmar que el 99% de las industrias basan su producción en la utilización directa de la química, ejemplo: Industria agrícola y ganadera Industria alimentaria Industria metalúrgica Industria electrónica Industria del vidrio Industria textil Química Estudia las propiedades, estructura y transformaciones de la materia. En la actualidad la química se hace mas presente en la vida del hombre y esto se debe a el avance tecnológico que se ha desarrollado con esto podemos afirmar que el 99% de las industrias basan su producción en la utilización directa de la química, ejemplo: Industria agrícola y ganadera Industria alimentaria Industria metalúrgica Industria electrónica Industria del vidrio Industria textil Química Estudia las propiedades, estructura y transformaciones de la materia. 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