MATERIAL DE APOYO 5º2012

MATERIAL DE APOYO DE QUMICA.LICEO: IBIRAY N 15. CURSO: 5 Diversificacin Biolgica. AO: 2012.Profesora: Roxana Morey.

FICHA N1: CONCEPTOS BSICOS DE QUMICA QUE DEBEMOS RECORDAR. tomo es la mnima porcin de materia que caracteriza a un elemento qumico, es decir, que tiene una identidad qumica. Dentro de un tomo existen dos zonas bien diferenciadas, el ncleo y la periferia. Partculas subatmicas forman parte de todos los tomos en diferentes cantidades. En el ncleo se encuentran los protones (p+) y neutrones (n) mientras que en la periferia hay electrones (e-). Nmero atmico (z) es la cantidad de protones que hay en el ncleo de un tomo y que identifica al elemento qumico. Los elementos estn ordenados en la Tabla Peridica de acuerdo a este nmero. Como los tomos son elctricamente neutros, la cantidad de electrones es igual a la de protones. Por ejemplo, el carbono (C) est en el lugar 6 de la Tabla Peridica, lo cual indica que tiene 6 protones y adems que todos los tomos con 6 protones son de carbono y no pueden serlo de ningn otro elemento. Adems, debido a que es neutro, tendr 6 electrones. Nmero msico(A) es la suma de la cantidad de protones ms la cantidad de neutrones de un tomo. Esta magnitud no aparece en la Tabla Peridica porque existen diferentes nmeros msicos para tomos del mismo elemento, llamados istopos. Istopos son tomos del mismo elemento que tienen diferente nmero msico (A). Por esta razn ocupan el mismo lugar en la Tabla Peridica pero tienen diferente cantidad de neutrones y por lo tanto pesan diferente. Por ejemplo, el carbono presenta 2 istopos, el carbono-12 y el carbono -14 que poseen 6 y 8 neutrones, respectivamente. Molcula es un grupo de dos o ms tomos, iguales o diferentes, unidos por enlace covalente. Las molculas identifican a determinada sustancia qumica. se representan mediante frmulas qumicas .stas nos indican el tipo de elemento y la cantidad de tomos de c/u que hay en ella. Sustancia simple: formada por un solo tipo de elemento qumico por lo cual no se puede descomponer. Sustancia compuesta: formada por dos o ms tipos de elementos qumicos por lo cual se puede descomponer. Iones son partculas con carga positiva o negativa, que se generan cuando un tomo pierde o gana electrones de valencia. IONES Catin: partcula con carga positiva. Na + energa 11p+ 11e1e- + Na1+ 11p+ 10 eAnin: partcula con carga negativa. Cl + 1e17 p+ 17 eCl 1- + energa. 17 p+ 18 e-

Electrones de Valencia: son los que ocupan el nivel ms externo de la periferia atmica. Son los ms importantes ya que definen la forma como ,os elementos de combinan y forman enlaces as como sus propiedades qumicas (su forma de reaccionar qumicamente) Tabla Peridica de los Elementos En la Tabla Peridica de los elementos, como su nombre lo dice, estn ordenados los elementos qumicos conocidos de acuerdo a su nmero atmico (z) creciente .Este criterio para ordenarlos tiene una razn y es la existencia de la periodicidad en las propiedades fsicas y qumicas que presentan los elementos si se los ordena de acuerdo a su nmero atmico. Al ordenarlos de esta manera surgen, adems, otras caractersticas importantes de la T.P. Estas son: Grupos o Familias: son conjuntos de elementos que se encuentran en la misma columna (vertical) y cuyas propiedades fsicas y qumicas son similares Todos los grupos o familias se caracterizan por un nmero y una letra (A o B) pero existe una tendencia actual a numerarlos del 1 al 18 de izquierda a derecha sin usar letras. Utilizando el criterio clsico de nmeros y letras, para los grupos A (llamados representativos) se cumple que el nmero de grupo coincide con la cantidad de electrones de valencia del elemento. Por lo tanto, todos los elementos que estn en el mismo grupo, tienen la misma cantidad de electrones de valencia Perodos: son conjuntos de elementos que se encuentran en la misma fila (horizontal) y cuyas propiedades fsicas y qumicas varan en forma peridica. El perodo en el cual se encuentra el elemento coincide con el nivel de valencia del mismo, es decir, el nivel energtico en el cual estn los electrones de valencia Por lo tanto, todos los elementos que estn en el mismo perodo tienen sus electrones de valencia en el mismo nivel. 2 Profesora Roxana Morey.

Otra forma de agrupar los elementos qumicos usando la Tabla Peridica es de acuerdo a un grupo de propiedades fsicas y qumicas mediante las cuales podemos clasificarlos en: metales, no metales y gases nobles o inertes. En general, en todas las Tablas Peridicas aparece una marca en forma de escalera que separa, aproximadamente, los metales (que se encuentran a la izquierda) de los no metales (que se encuentran a la derecha). El grupo VIII A (el que est al final de la Tabla) es el de los gases nobles o inertes. Electronegatividad (EN) : Estudio de la variacin de una propiedad a travs de la Tabla Peridica La electronegatividad una propiedad de los elementos que indica la fuerza relativa con que atraen los electrones de valencia cuando forman un enlace. Hablamos de fuerza relativa ya que siempre nos referimos a la EN comparando dos elementos, porque se refiere a la situacin de enlace.

Enlace QumicoEnlace Qumico: Es la fuerza de atraccin electrosttica que mantiene unidos a los tomos o iones, que da como resultado estructuras que tienen mayor estabilidad y menor energa. En la formacin de los enlaces qumicos intervienen los electrones de valencia de los tomos Tipos de enlace: Dependen del tipo de partculas que se unen y las fuerzas de atraccin que acta en cada caso .Conocer el tipo de enlace es esencial para poder deducir las propiedades fsicas de una sustancia ya que existe una relacin directa entre la estructura y la funcin. Enlace inico El enlace inico se produce entre un metal (de baja electronegatividad) y un no metal (de alta electronegatividad). Debido a esta diferencia de electronegatividades, el metal transfiere uno o ms electrones de valencia al no metal. Como consecuencia de esta transferencia, el metal se transforma en un catin (in con carga positiva) y el no metal se transforma en un anin (in con carga negativa). Los iones formados quedan fuertemente unidos por atraccin electrosttica y se ordenan simtricamente, formando un slido cristalino o cristal.

Modelo de cristal de NaCl Enlace covalente:

El enlace covalente se produce entre dos no metales. Debido a que ambos tienen alta EN, no se produce una transferencia de electrones como en le enlace inico sino que comparten uno o ms pares de electrones de valencia. Estos pares de electrones se forman con un electrn de valencia de cada uno de los tomos que se unen. De acuerdo a la diferencia de EN entre los tomos que forman el enlace, ste podr ser polar o no polar. Enlace covalente no polar: se produce entre elementos cuya diferencia de electronegatividades (EN) es cero 0 hasta 0,4. Debido a que existe muy poca o nula diferencia de EN entre los tomos que comparten electrones, stos se encuentran a igual distancia de ambos por lo cual la carga elctrica se reparte uniformemente. Enlace covalente polar: se produce cuando la diferencia de EN es mayor lo cual genera una distribucin desigual de la carga elctrica. Los electrones del enlace estn ms atrados hacia el tomo con mayor EN y sobre l se genera una carga parcial negativa (-). De forma similar, sobre el otro tomo se genera una carga parcial positiva (+) debido a que los electrones se encuentran ms lejos de l. Cuando los tomos de elementos iguales o diferentes se unen mediante enlace covalente, forman molculas. Las molculas y sus enlaces pueden representarse mediante estructuras de Lewis. stas consisten en escribir el smbolo del elemento rodeado de tanto puntos como electrones de valencia tiene. La cantidad de pares de electrones que forma dependen de cuntos electrones faltan para completar lo que Lewis llam octeto electrnico. Regla del octeto electrnico de Lewis: esta regla surge del estudio de los gases inertes. Estas sustancias qumicas tienen la particularidad de presentar inercia qumica. es decir, no se combinan con otros elementos porque son estables. Esto se debe a que tienen su nivel de valencia con 8 electrones (excepto el Helio que posee 2 electrones) lo cual les da estabilidad. La teora de Lewis plantea que los dems elementos que no tienen 8 electrones de valencia intentan asemejarse a ellos cediendo, aceptando o compartiendo electrones mediante la formacin de enlaces (ya sea inico como covalentes).3 Profesora Roxana Morey.

FICHA N2: QUMICA NUCLEAR: RADIACTIVIDAD.Breve resea histrica de la radiactividad. En 1895, Rontgen (fsico alemn), encontr que ciertos materiales, emiten un nuevo tipo de rayos que

atravesaban sin problema a muchos objetos, producan imgenes sobre placas fotogrficas y no se desviaban frente a campos magnticos o elctricos, o sea que estaban constituidos por partculas sin carga. Como no se entenda su procedencia se les llam rayos x, lo que s se saba que tenan alta energa. Al igual que los rayos X, los rayos provenientes de compuestos de uranio oscurecan placas fotogrficas, an

envueltas, y eran emitidas en forma espontnea. A este tipo de emisin se le llam radiactividad. Este fenmeno fue descubierto por Becquerel, fsico francs en 1896. Marie Curie, (1867-1934 qumica polaca) trabaj con este tipo de compuestos que emitan luz

espontneamente, (elementos radiactivos) y encontr que ellos se van desintegrando por la accin de emitir luz, en 1896 descubre, con su esposo, dos elementos radiactivos, el polonio y el radio. En 1897 propone que ellos producen tres tipos de rayos que se denominan: rayos alfa , beta y gamma . Estos rayos se comportan de distinta manera frente a la accin de un campo elctrico.

ACTIVIDAD: Buscar informacin y responder.

1) Qu estudia la qumica nuclear? 2) Cules son las sub-partculas que se encuentran en el ncleo de un tomo? Estas sub-partculas, qu 3) 4) 5) 6) 7)le aportan al tomo? Cmo un ncleo puede cambiar su identidad? Qu es un nucledo? Qu son los istopos? Ejemplificar. Y los isbaros e istonos? Dar ejemplos. Qu indica la siguiente representacin? A

XZ

8) Qu propiedades tienen los ncleos de los tomos? 9) Qu es la radiactividad?

4 Profesora Roxana Morey.

FICHA N3: ESTABILIDAD NUCLEAR.El ncleo es una zona del tomo donde los p+ y n estn empaquetados, dado que es pequeo y compacto. (Radio atmico 10 -8cm , radio nuclear 10 -13cm) La estabilidad de un ncleo depende de la diferencia que hay entre las fuerzas de repulsin que generan los p+ entre s, y las fuerzas de atraccin p+p+, n-n, p+-n. Si las fuerzas de atraccin son las que predominan, el ncleo es estable. El factor principal que determina la inestabilidad del ncleo es la relacin entre n/p+. (n/p). Los tomos que tienen Z bajo y su relacin n/p es aprox. 1, son tomos de elementos estables.

Por lo general al aumentar Z la relacin n/p tiende a ser mayor a 1. Esto se debe que hay un nmero mayor de neutrones en el ncleo, permitiendo contrarrestar las fuerzas de repulsin entre los protones, estos ncleos por lo general pertenecen a tomos estables. Si un tomo presenta un ncleo, donde la relacin n/p es menor a 1, esto indica que tiene una cantidad de neutrones menor a los protones, y por lo tanto ser un ncleo inestable, ya que prevalecern fuerzas de repulsin entre los protones. Hay algunas observaciones que permiten predecir si un ncleo es radiactivo, as como tambin saber el tipo de desintegracin que va a sufrir y esto est relacionado con: Ncleos con Z 84 son inestables. (ej todos los istopos del Uranio, Z = 92) Si el nmero de p+ y n es impar, o alguno de ellos es impar tambin son inestables. Distinta relacin n/p que el elemento que est en la tabla peridica, que generalmente son estables. Los ncleos de mayor estabilidad son aquellos que presentan nmero par de n y p+. Los ncleos que tienen nmeros mgicos de p+ y n, 2, 8, 20, 28, 50, 82 y 126 son estables y abundantes en la naturaleza.

La grfica a continuacin muestra el nmero de neutrones en funcin de nmero de protones.Esta grfica es una herramienta que permite predecir el tipo de emisin que tendr un nucledo.INTERPRETACIN DE LA GRFICA.

Por encima del cinturn de estabilidad. (Emisin ) Los ncleos inestables en esta zona tienen una relacin np+ mayor que en la zona de estabilidad. Para mejorar esta relacin debe aumentar el nde protones o disminuir en nde neutrones, por lo tanto la emisin ser Por debajo del cinturn de estabilidad. (Emisin +) En esta zona la relacin np es menor que en la zona de estabilidad. En esta situacin debe aumentar el nde neutrones o disminuir los protones. Este reajuste se logra con una emisin +.


DESINTEGRACIN RADIACTIVA: TIPOS DE RADIACIN EMITIDA POR EL NCLEO. La emisin de radiacin es la forma en que un ncleo inestable se transforma en uno estable, de menor energa. La radiacin emitida es la portadora de la energa excedente. Hay 3 tipos de radiaciones: alfa , beta y gamma . EMISIN ALFA .

Corriente de partculas con carga +2 y masa 4 UMA. (son ncleos de He) Se produce generalmente en nucledos pesados de Z > 82, pero existen algunos pocos casos entre nucleidos livianos, como por ej. Be, A = 8. Mediante este proceso se logra reducir el nmero msico en 4 unidades y la carga nuclear 2, por la emisin de un ncleo de He. A A-4 4 X Y + He Z Z-2 2 Las partculas tienen poco poder de penetracin y se pueden frenar con una hoja de papel. Los emisores no son frecuentemente utilizados en investigacin en radioqumica como fuentes abiertas debido a su alta peligrosidad por contaminacin.

Los ncleos ms pesados se desintegran por emisin . Existen muy pocos ncleos livianos que tienen esta emisin. Ej. 107 Te 52 EMISIN BETA .

103 Sn 50

4 + 2 He

Las partculas tienen poca penetracin y se pueden frenar con una lmina de aluminio de 0,3mm de espesor. Los rayos son haces de electrones o positrones. Positrn es una partcula que tiene la misma masa que los electrones, pero carga +. La emisin puede ser: Emisin -: En este caso un neutrn se transforma en un p+ dentro del ncleo y se libera energa ms un e-. Este tipo decaimiento ocurre en ncleos con exceso de neutrones y produce un aumento de una unidad de Z. A A 0 X Y + eZ Z+1 -1 Los emisores - se encuentran en la naturaleza, Ejemplos: C-14, P-32, Sr-90, Y-90.

Emisin +: Un p+ se convierte en n en el ncleo con emisin de un positrn. En este tipo de decaimiento Z disminuye una unidad y ocurre para ncleos con exceso de p+, A A 0

X

Y +

e-

Z Z-1 +1 Ejemplo de emisores + F-18, O-15. Ellos son usados en fisiologa cerebral. EMISIN GAMMA .

Consisten en radiacin electromagntica de elevada energa y gran poder de penetracin, que se frenan con planchas de aluminio de 5cm de espesor o de 3mm de plomo. No sufren desviacin en un campo magntico. Tienen carga nula y se consideran sin masa. En la emisin gamma no cambia A ni Z.6

Profesora Roxana Morey.

Actividad: 1. De qu depende la estabilidad de un ncleo? 2. Explique el significado de los siguientes trminos: ncleo inestable, nucleo estable. 3. Dadas las siguientes afirmaciones, indica si son falsas o verdaderas. Debe justificar su opcin. a) Los tomos que tienen Z elevado y su relacin n/p es aprox. 1, son tomos de elementos estables. b) Si hay un nmero mayor de neutrones en el ncleo, se pueden contrarrestar las fuerzas de repulsin entre los protones, por lo que estos ncleos por lo general son tomos estables. c) Un tomo donde el nmero de protones y neutrones es impar es probable que el ncleo sea estable. d) El tomo de Torio presenta un ncleo estable. e) El Calcio presenta nmero mgico, por lo tanto su ncleo es estable. 4. Nombre los tipos de radiacin conocidas qu son emitidas por elementos radiativos y mencione sus caractersticas. 5. Cul es la diferencia entre un electrn y un positrn? 6. Indique si cada uno de los nucleidos siguientes queda dentro del cinturn de estabilidad. a) As-70, b) P-34, c) Ge-74, d) Cf-248. RADIACIN NATURAL SERIE RADIACTIVA. Los ncleos que estn fuera del cinturn de estabilidad y los que tienen ms de 83 p+ tienden a ser inestables. La radiactividad natural es la emisin espontnea de partculas o radiacin electromagnticas o de ambas y es un proceso aleatorio, al azar (no se sabe cuando puede ocurrir exactamente) que le ocurre a los ncleos inestables.La desintegracin de un ncleo a veces es el comienzo de una serie de decaimienato radiactivo, es decir una secuencia de reacciones nucleares que dan como resultado un ncleo estable. Por ejemplo el decaimiento del U-238 tiene una serie de radiactiva de 14 pasos. PERODO DE SEMIDESITNEGRACIN. El perido de semidesintegracin o tiempo de vida media de un radioistopo (t1 2), es el tiempo necesario para que se desintegre la mitad de los ncleos presentes en una muestra de ese nucledo. Dicho de otra manera: Si tenemos una masa, m de un radioistopo, y al cabo de 14 das se reduce a la mitad, (la otra mitad se habr desintegrado), diremos que su perdo de desintegracin es de 14 das. La desintegracin de una sustancia radiactiva no depende de los factores externos a la cual esta est sometida, mientras que el perido de semidesintegracin vara segn las sustancias radiactivas. Por ejemplo:ISTOPO PERIDO H3 12,5 a C 145,7.10a

Actividad:1. Plantear la serie readiactiva del U-238. 2. La serie de desintegracin radiactiva natural que comienza en el U-235 termina con la formacin del Pb -207 que es estable. Las desintegraciones se efectan a travs de una serie de emisiones de partculas alfa y beta. Indique cuntas emisiones de c/u estn involucradas en esta serie. 3. En la serie de decaimiento del torio-232 pierde en total 6 partculas alfa y 4 partculas beta en un proceso de 10 etapas, cul es el istopo final producido?

K 401,3.10a

Co 60 5,7 a

Pb210 15,2 a

Pb211 25,0 s

Rn219 2,7 s

Ra223 7,8 d

Ra 2261,6.10a

U235 2,5.105a

U238 4,5.109

Hg206 7,7min

Aplicacin: Carbono-14, sirve para estimar la edad de los restos arqueolgicos. Cobalto- 60, se aplica como terapia contra el cncer. Potasiio- 40, en geoqumica se utiliza para determinar la edad de las rocas. Uranio- 235, se utiliza como combustible en los reactores nucleares.7 Profesora Roxana Morey.

Actividad:1. a) Esboza la grfica de decaimiento radiactivo (periodo de semidesintegracin en funcin de tiempo) b) Qu tipo de funcin matemtica es? 2. Se ha sugerido que el Sr-90 (derivado de las pruebas nucleares) depositado en el clido desierto experimentar una desintegracin ms rpida debido a que est expuesto a temperaturas promedio mucho ms elevadas. Es razonable esta sugerencia? 3. Cunto galio permanece en una muestra de 10,0mg despus de 683 min sabiendo que su vida media es de 68,3 min?. 4. La vida media del iridio-192 es 742 das. Qu masa de iridio queda despus de 4 vidas medias en una muestra que contena originalmente 15,0mg? 5. a) El t del Rn-222 es de 4 das. Si se parte de una muestra de 100,0 mg de ese istopo, qu cantidad se habr despus de 16 das. b) Representar mediante una grfica la desintegracin de este nucledo.

DETECCIN DE LAS RADIACIONES : CONTADOR GEIGER.

Un detector es un instrumento que detecta la radiacin. Si el detector cuenta el nmero de radiaciones por unidad de tiempo, se tiene un contador, si adems las diferencia segn su energa, se tiene un espectmetro. Uno de los detectores de radiactividad ms conocido es el contador Geiger.

Actividad:a) b) c) d) Qu caractersticas tiene el contador Geiger? Cules son los usos del contador Geiger? Realiza un esquema del contador Geiger. Busca los conceptos de: alcance y actividad radiactiva.


FICHA N 4: ECUACIONES NUCLEARES.Hay dos tipos de reacciones: las reacciones nucleares que ocurren en aquellos tomos de ncleos inestables y las reacciones qumicas que se dan en la periferia de los tomos (en el ltimo nivel de energa donde se encuentran los electrones de valencia). En las reacciones nucleares los ncleos emiten distintos tipos de partculas para lograr estabilidad, mientras que las reacciones qumicas los ncleos no sufren ningn tipo de modificacin.La representacin de una ecuacin nuclear involucra: Smbolos de los elementos qumicos. Protones, electrones, neutrones. Los smbolos de las partculas elementales son:

protn electrn positrn partcula alfa 4 4 p H e e He - - + + 2 2 Para que una ecuacin nuclear est igualada se deben cumplir los siguientes requisitos: Nmero total de p+ y n en los productos y reactivos debe ser el mismo, para conservar la masa. Nmero total de cargas nucleares en productos y reactivos debe ser el mismo, para conservar el Z. Ejemplo.212 208 4

Po84 137

82 137

Pb

+2

Cs55

56

Ba

+-1

CUADRO COMPARATIVO ENTRE REACCIONES QUMICAS Y REACCIONES NUCLEARES. Reacciones qumicas. Implican cambios en la estructura de tomos.(periferia) Los istopos de los elementos muestran similar comportamiento qumico. El estado de combinacin, condiciona el comportamiento. Ra y Ra++ se comportan diferentes porque tienen estructuras electrnicas diferentes. Los elementos conservan su identidad. Efectos energticos bajos. U + 3 F2 UF6 H = - 505 Kcal mol. Reacciones nucleares. Dependen de cambios en el interior de los ncleos Los istopos se comportan diferentes. La reactividad nuclear es independiente del estado de combinacin. Ra y Ra++ tienen ncleos iguales. Implican la conversin de un elemento en otro siempre que cambie Z. Efectos energticos muy distintos, altos238 92 1 239

U +

o

n

92

U

H = - 1,7 x 10 6 Kcal mol

Actividad: 1. Balancear las siguientes ecuaciones nucleares, identificando a X en cada caso.a)212 84 208

b) + X

137 55 Cs

137

c) + X12

26

1 1

4

Po

82 Pb

56 Ba

Mg +

p

2

+ X

2. Escriba ecuaciones nucleares balanceadas para las transformaciones siguientes. a. el nitrgeno-13 sufre la emisin de un positrn. b. el bromo-84, experimenta desintegracin beta(-) c. el torio-230 se desintegra a un istopo del radio. d. el plutonio-242 emite una partcula alfa. 3. Los tomos y los iones de dichos tomos dan las mismas reacciones qumicas? y reacciones nucleares? Justificar. 4. a) Qu son los reactores nucleares? b) En qu consiste una fusin nuclear? y una fisin nuclear?9 Profesora Roxana Morey.

FICHA N5: EL ACCIDENTE DE CHERNOBYL. (parte I)LEER EL TEXTO.El accidente nuclear que ocurri en el reactor de Chernobyl, al norte de Kiev, en Ucrania, el 26 de abril de 1986, renov el miedo de algunas personas acerca de la seguridad de los reactores nucleares, por lo que es importante comprender la naturaleza de este accidente. El reactor de Chernobyl tuvo serios problemas de diseo, no tena capa de confinamiento que rodeara las salpicaduras radiactivas. Otro problema fue el diseo del sistema de enfriamiento. El corazn de combustible tena un moderador de grafito con enfriamiento de agua, en el que parte del agua lquida se cambi a vapor. El agua lquida es un buen absorbente de neutrones, en tanto que el vapor no lo es. Esto signific que el reactor se calentara y produjera un mayor porcentaje de vapor, y que ms neutrones estuvieran disponibles para fisin nuclear. Normalmente, al calentarse en el reactor, las varillas de control son empujadas automticamente hacia el interior para absorber los neutrones extra. El da del accidente de Chernobyl, los operadores invalidaron el sistema de seguridad mientras procedan a hacer una prueba experimental del reactor. Durante la prueba el reactor fue enfriado en exceso y se amenaz con cerrarlo. Si ocurriera esto, el reactor podra no ser restaurado por un largo perodo. Por consiguiente, los operadores retiraron la mayor parte de las varillas de control, entonces el reactor comenz a sobrecalentarse. Con el sistema de seguridad invalidado, los operadores no fueron capaces de trabajar con la rapidez suficiente para corregir el sobrecalentamiento, y el reactor qued fuera de control. Las varillas de combustible fundieron, y salpicaron con su contenido caliente dentro del agua sobrecalentada, las cual estall en vapor. El sbito aumento de la presin expuls la parte superior del reactor y el techo del edificio, y se dispers material radiactivo a la atmsfera. El vapor caliente reaccion con la capa de circonio de las varillas de combustible y con el moderador de grafito para producir gas hidrgeno, el cual se incendi. El moderador ardi durante un largo perodo, y esparci ms material radiactivo. El costo del accidente de Chernobyl fue enorme. Muchas personas murieron, y varios cientos fueron hospitalizados. Millares de personas fueron evacuadas y enviadas a asentamientos.Material extrado de repartidos del Colegio Seminario.

Despus de haber ledo el texto se te informa que: En nuestro pas existe, desde hace pocos aos, un proyecto de ley que considera la posibilidad de construir un reactor nuclear en la localidad de Paso de los Toros, departamento de Tacuaremb, el cual el Parlamento Nacional an no lo ha tratado. Qu opinas al respecto? Establece argumentos a favor y en contra de la aprobacin de dicho proyecto.


FICHA N5 ISTOPOS Y SALUD. (parte II)LEER EL TEXTO.La energa de emisin alfa, beta y gamma es enorme. Estos ltimos son ms penetrantes y pueden afectar los rganos internos de los humanos. Por esta razn, la exposicin de cualquier tejido a la radiactividad daa irreversiblemente el material molecular de las clulas. Si el estrago llega a afectar los genes, los efectos se transmiten a la descendencia. Por eso el manejo de sustancias radiactivas slo puede ser realizado por especialistas. Dosis y efectos de la radiacin. Dosis (Sv) 0 a 0,25 0,50 a 1,0 1,0 a 2,0 2,0 a 5,0 5,0 Efecto. No hay efectos detectables. Lesiones y severa disminucin de glbulos blancos Nuseas, mareos y prdida del cabello. Hemorragias, lceras, posible muerte. Muerte. La dosis equivalente de radiacin que un sujeto recibe se mide en sievert (esta unidad tiene en cuenta no slo la energa que recibe el tejido, sino el dao que ocasiona en funcin de la naturaleza de la radiacin). Todo individuo recibe unos pocos centisieverts anuales, provenientes de la radiactividad natural.Extrado de A. Garrita-J.Chamizo- 1994- Editorial Addison-Wesley.

0,25 a 0,50 Pequea disminucin temporal de glbulos blancos

Se calcula que el 10% de las muertes por cncer se deben a la exposicin a radiaciones, pero los efectos tardan de 5 a 20 aos en manifestarse. En el caso de la explosin del reactor nuclear de Chernobyl, algunas muertes se dieron de inmediato, pero sus efectos globales posteriores an no se conocen. Con el debido control, por su peligrosidad, en medicina se usan multitud de radiositopos. Es famoso, por ejemplo, el uso de cobalto-60 para la destruccin de tumores cancerosos. Otros no tan conocidos son:

Radioistopo Arsnico-74. Cobalto-58 Yodo-131 Fsforo-32 Hierro-59 Oro-198

Aplicacin Localizacin de tumores cerebrales. Determinacin del nivel vitamnico B Mal funcionamiento de la tiroides. Deteccin de cncer de piel. Rapidez de glbulos rojos. Cncer de prstata.

1. Qu datos deberas recabar para estar en condiciones de dar respuesta a la siguiente situacin problema? En una clnica mdica se suministra un radioistopo a un paciente con fines de diagnstico. Se quiere saber cunto tiempo permanece radiactividad en el organismo de la persona. 2. Adems de usarse las radiaciones en medicina, en qu otros campos son aplicadas?


FICHA N6: MODELOS ATMICOS.RESEA HISTRICA DE LOS MODELOS ATMICOS. a) En la Grecia antigua los filsofos especularon sobre la constitucin de la materia. Demcrito de Abdera (460370 A.C.) y Leucipo de Mileto, imaginaron que si se dividiese un cuerpo sucesivas veces, llegara un punto en que esa divisin no sera posible. Se habra llegado a una partcula elemental a la que llamaron tomo. La palabra tomo por lo tanto, deriva del griego (a = no y tomo = parte), y significa indivisible. Lo anterior era apenas un pensamiento filosfico sin base experimental que lo sustentase. b) Posteriormente Platn y Aristteles proponen que no puede existir el tomo ya que crean que la materia era infinitamente divisible, por lo que la perspectiva atmica se desvaneci durante muchos siglos. c) Fue preciso que el hombre acumulase observaciones y experiencias durante siglos para que la idea de Demcrito fuese retomada, entre los aos 1803 - 1807, a travs de John Dalton, (cientfico ingls) quin dise una teora para explicar sus observaciones experimentales: Los tomos son esferas macizas, homogneas, indivisibles e indestructibles. Segn Dalton: Todo elemento est formado por tomos. Entendiendo por elemento: parte formadora de las sustancias. Los tomos son las partculas ms pequeas de un elemento que conservan la identidad qumica de un elemento Todos los tomos de un mismo elemento son iguales. tomos de diferentes elementos tienen propiedades diferentes. Los tomos de un elemento no cambian a otros tomos por reacciones qumicas. Es decir los tomos no se crean, ni se destruyen en una reaccin qumica. Los tomos de distintos elementos se pueden combinar y formar compuestos. A partir del desarrollo experimental de la qumica, se fue perfeccionado el modelo atmico de Dalton. Una serie de investigaciones a partir de 1850 hasta nuestros das demostr que el tomo tiene una estructura interna. Alrededor de 1856 se realizaron varios trabajos que condujeron al descubrimiento de los electrones. 1886 se descubrieron lo protones. 1895 fue el descubrimiento de los rayos X en 1895. 1896 fue el descubrimiento de la Radiactividad. 1. El fsico britnico Joseph John Thomson (fsico ingls), en 1897, basado en los descubrimientos sealados, sugiri que el tomo debera estar formado por una esfera positiva, en la cual estaran incrustados electrones de carga negativa, de modo que la carga total fuese nula. Thomson calcul la relacin entre la carga elctrica y la masa del electrn (1,76 x 108 coulomb/gramo), empleando un tubo de rayos catdicos, y en 1909 R.Millikan logr medir experimentalmente la carga del electrn: 1,61 x 10-19 C.

2. En 1910, Ernest Rutherford (1871-1937, fsico neozelands) realiz experiencias bombardeando una finsima lmina de oro (10-4 mm), con partculas , de carga positiva, emitidas por una muestra de polonio radiactivo. Observ que las partculas alfa traspasaban las lminas y que la mayora no se desviaban, slo unas pocas lo hacan y a veces, otras rebotaban.


Actividad: 1. Con los resultados obtenidos de esta experiencia, qu se puede concluir? 2. Por qu el modelo atmico de Rutherford es ms consistente que el de Thomson? 3. Buscar informacin sobre: Tubo de rayos catdicos. 4. Cul fue la evidencia utilizada para llegar a la conclusin qu los rayos catdicos consisten en partculas con carga negativa? ESPECTROS. Newton (siglo XVIII) demostr que la luz blanca se dispersa por medio de un prisma en 7 componentes de colores, donde ellos estn en forma sucesiva y continua. Esto se conoce como Espectro continuo de la luz, que contiene una gama de varias longitudes de onda. El Hidrgeno colocado en un tubo a baja presin y sometido a una alta diferencia de potencial (voltaje), emite luz, al igual que otras sustancias que se encuentren en estado gaseoso, (ejemplo el Ne emite luz roja-naranja, el Na amarilla). Esta luz si es dispersada por un prisma da un Espectro discontinuo o de lneas, esto significa que tiene slo ciertas longitudes de onda.

Cada elemento tiene un espectro nico de emisin. Las lneas son caractersticas de un espectro atmico.

Se pueden explicar los fenmenos anteriores considerando a la luz como una onda electromagntica, para lo cual es necesario conocer la naturaleza de las ondas.

Actividad: 1. Qu es una onda? 2. Qu es lo que caracteriza a una onda? 3. Definir los trminos que caracterizan a una onda. 4. En el siguiente esquema se muestran dos ondas, en qu se diferencian?

Las propiedades diferentes que tienen las formas de energa radiante o radiaciones electromagnticas se debe a sus distintas longitudes de onda o sea a su frecuencia. La radiacin electromagntica es la emisin y transmisin de energa en forma de ondas electromagnticas. Otra caracterstica importante de las ondas es su velocidad, la cual depende del tipo de onda y del medio en el que viaja (aire, agua vaco). TIPOS DE RADIACIN ELECTROMAGNTICA.


Si obsevamos el esquema, nos damos cuenta que la luz visible es una pequea porcin del espectro electromagntico, el corresponde al inatervalo de longitudes de onda desde 400nm (violeta) a 700nm (rojo). TEORA CUNTICA DE PLANK. Si calentamos un slido (ej hierro), emite una radiacin electromagntica, el filamento de tungteno de una lmpara tambin, y as todos los materiales al ser calentados emiten radiacin electromagntica, las cuales tienen diferentes longitudes de onda. Si se observa la llama a travs de un espectroscopio se obseva un espectro de lneas. La fsica clsica no poda explicar el espectro de luz emitido por estos materiales y supona que los tomos podan absorber o emitir cualquier cantidad de energa radiante. En cambio, Planck (1900) propuso que los tomos y las molculas emitan o absorban energa slo en cantidades discretas que llam cuanto y los defini como la mnima cantidad de energa que se poda emitir o absorber en forma de radiacin electromagntica MODELO DE BOHR DEL TOMO DE HIDRGENO. Bohr (fsico dans, 1913-1914) haciendo uso de la teora cuntica de Planck di explicacin al espectro de lneas del tomo de hidrgeno. Este modelo fue el primero que plantea la cuantizacin de la energia de los e- en un tomo. Bohr propone que los e- se mueven en rbitas circulares alrededor de ncleo. El nico e- del tomo de H debe estar ubicado en rbitas permitidas que presentan una energa cuatizada que est asociada al movimiento del e-. Esta energa depende de la rbita que ocupa el e- y se le asigna un nmero entero que fotn se conoce como nmero cuntico principal (n). Donde n puede tener valores de 1, 2, 3, 4 .. A partir de esto, Bohr explicaba la emisin de radiacin del tomo de H de la siguiente manera: Cuando un e- de una rbita de mayor energa pasa a una de menor energa emite un cuanto de energa (un fotn) en forma de luz. La cantidad de energa para mover un electrn dependde de la diferencia de los niveles de energa inicial y final,

en1 n2 n3

Por el contrario, la energa radiante absorbida por los tomos hace que el e- se mueva de una rbita de menor energa a otra de mayor energa.

NATURALEZA DUAL DEL ELCTRN. nodo El modelo de Bohr daba explicacin a partculas con 1e-, pero no pudo argumentar el espectro atmico de tomos con muchos electrones. En 1924, De Broglie, fsico francs, propone: Si las ondas se pueden comportar como una corriente de e-, entonces los e- pueden comportarse como ondas. De acuerdo a esto De Broglie sostiene que el e- se encuentra enlazado al ncleo y se comporta como una onda estacionaria (ej de onda estacionaria es la generada al pulsar la cuerda de una giuitarra). Este razonamiento concluy de que las ondas se pueden comportar como partculas (dualidad onda-partculas).

A mayor frecuencia, menor el la longitud de onda y aumenta el n de nodos. De Broglie argument que el electrn se comporta como una onda fija y su longitud de onda se ajusta a la de la circunsferencia de la rbita. Con este razonamiento se lleg a que el electrn se comporta como partculas que tienen propiedades de onda.


PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE. Si el electrn presenta propiedades de ondas es imposible saber su posicin en forma definida, slo sabemos que se extiende en el espacio. Por lo tanto no es posible definir exactamente donde se encuentra un e-, en un determinado momento, siempre habr una duda. Esto se conoce como principio de incertidumbre de Heisenberg. Este principio establece que es imposible conocer simultaneamente el momento y la ubicacin exacta de un electrn en el espacio. Teniendo en cuenta esto no debemos imaginarnos a los electrones movindose en rbitas circualres que sean bien definidas. Actividad: 1. Realizar una lnea del tiempo con todos los descubrimientos de mayor relevancia en el desarrollo de la estructura del tomo. 2. Qu es un nivel de energa? Explicar la diferencia entre estado fundamental y estado exitado. 3. Describir brevemente la teora de Bohr. 4. En qu vara el modelo de Bohr con el de Rutheford? 5. Cules son las limitaciones del modelo atmico de Bohr? 6. Cul es el aporte de De Broglie? 7. Cul es el principio de incertidumbre de Heisenberg?


FICHA N7: ESTRUCTURA ELECTRNICA.MECNICA CUNTICA.El principio de incertidumbre es el inicio para desarrollar una nueva teora de la estructura atmica, dejando atrs el modelo de Bohr, que toma como referencia la naturaleza ondulatoria del e-, esta teora se conoce como mecnica cuntica. Por el principio de incertidumbre no podemos especificar la ubicacin de un e- alrededor del ncleo ya que este no tiene trayectorias definidas, por lo que debemos hablar de la probabilidad de que un e- se encuentre en una regin del espacio en un instante dado, esto es sinnimo de densidad electrnica. Por esta razn se introduce un nuevo concepto: Orbital. Qu es un orbital? ............................................................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................................................

En 1926 Erwin Schrdinger (Austria) realiza un modelo estadstico matemtico para el tomo, conocido como modelo mecano cuntico o mecnica cuntica que es el modelo actual de tomo. En el modelo actual del tomo se proporcionan valores llamados nmeros cunticos que permiten describir un orbital o sea la probabilidad de encontrar un electrn.

Actividad: 1) Cules son los nmeros cunticos? 2) Qu indican cada uno de ellos? 3) Segn el valor que tome l se le asignan letras, de acuerdo a esto completa: 4) Completa el siguiente cuadro: N cuntico INDICA Se relaciona con:

Valor de l 0 1 2 3 4 Letra

5)

Qu significado tiene la siguiente afirmacin: Conocer los n cunticos es saber el domicilio de 1 e- en un tomo en el espacio.

6) Completar el cuadro: n Nivel 1 2 2 3 3 3 l Subnivel 0 0 1 0 1 2 m nmero Nombre del Subnivel N de orbitales en el subnivel.


ORBITALES ATMICOS. Orbitales s: El orbital de menor energa, el ms estable, es el obital 1s (el ms cercano al ncleo), es simtrico de forma esfrica. Esta representacin muestra la probabilidad de encontrar al e- alrededor del ncleo, y est decrece a medida que se aleja del mismo. Todos los orbitales s (1s, 2s, 3s,..) son esfricos, pero de distintos tamaos, que aumentan en funcin de n.

Orbitales p. Los orbitales p, comienzan a partir de

n = 2, donde l debe tener valor 1, y m , -1,0,+1, por lo que hay 3 orbitales p, (px, py, pz) x, y, z, indica el eje hacia el cual est orientado el orbital. Estos 3 orbitales tienen igual forma y energa, Slo difieren en su orientacin en el espacio. Su forma es de 2 lbulos opuestos alrededor , del ncleo, su tamao aumenta segn el nivel energtico.

CONFIGURACIN ELECTRNICA.El arreglo o distribucin de los electrones en sus distintos niveles de energa y orbitales se llama configurain electrnica. Recordar que la estabilidad de un tomo se logra cuando los e- se ubican en los estados de enega ms bajos posibles. Por lo tanto los e- se distribuirn de tal manera que vayan quedando en los niveles de menor energa que se pueda. Hay que tener en cuenta que cada nivel y orbital acepta un nmero determinado de e-, es decir no todos los e- pueden ir al orbital 1s, aunque este sea el de menor energia, el ms estable, Hay una serie de principios o reglas que nos permiten ir asignando los e- en los distintos orbitales, o sea escribir la configuracin eletrnica, para los tomos en estado fundamental. Por esado fundamental entenderemos que los e- se han distribudo de tal forma de quedar en los orbitales de menor energa posible. Ejemplo, en el tomo de H que tiene 1e-, su estado fundamental es que ese e- est en el nivel 1, orbital s, entonces: 1s. Entonces para el tomo de hidrgeno la configuracin electrnica es: 1s1 donde 1 indica el nmero cuntico principal (n), s es el nmero secundario acimutal (l) y 1 es la cantidad de electrones en el orbital o subnivel Tambin la CE se puede representar: H Esta representacin muestra el spin del e-. La flecha hacia arriba seala una de los posibles giros del e-.

PRINCIPIOS O REGLAS PARA ESCRIBIR C. ELECTRNICAS DE TOMOS POLIATMICOS.1. PRINCIPIO DE CONSTRUCCIN. Los orbitales se llenan con los e- disponibles en orden creciente de energa. El orden lo determina la regla de Simmons:


2. PRINCIPIO DE EXCLUSIN DE PAULI . Este principio establece que 2e- en un tomo no pueden tener los mismos 4 n cunticos. Si 2e- en un tomo tienen los mismos valores de n, l, m (los 2e- estn en el mismo orbital), entonces tienen diferentes spin. Esto indica que slo se aceptan 2e- en un mismo orbital, pero con spin contrario. Ejemplo. 2 He 1s n=1 l=0 m=0 s = + , -

A

B

C

A, B, C son los posibles diagramas de 1s. Los diagramas A y B segn este principio estn mal porque el valor del n cuntico s, spin para estos 2e- es el mismo, entonces el diagrama correcto es el C. 3. REGLA DE HUND. Consideremos el tomo de Carbono: Los posibles diagramas seran:A B6C

1s 2s 2pC

px

py

pz

px

py

pz

px

py

pz

Estos diagramas de distribucin de electrones cumplen con el Principio de Pauli, pero la correcta, es la C, es la que tiene mayor estabilidad. La regla de HUND dice: La distribucin ms estable de e- en los subniveles es aquella que tenga el mayor nmero de spines paralelos. Esto significa: valores de s iguales para los distintos e- que se incorporan en orbitales de la misma energa, lo cual es logico, porque e- con iguales spines se repelen generando una menor energa en el orbital. Resumiendo:

Las reglas para realizar la configuracin electrnica de un tomo establecen: 1. Los electrones tienden a la mnima energa porque eso le da mxima estabilidad. 2. En cada orbital puede haber como mximo 2 electrones con spin contrario. 3. Cuando los orbitales tienen la misma energa (ejemplo: px, py, pz) los electrones se distribuyen de a uno en cada orbital y se completa el orbital (con 2 e-).

Actividad: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.Qu es un orbital atmico y en que difiere con una rbita? El modelo actual del tomo tiene una explicacin fsico-qumica o es un modelo matemtico? A qu se le llama configuracin electrnica? Brevemente explica cada una de las reglas para escribir configuraciones electrnicas. Describa las caractersticas de los orbitales s y p. Cules de los siguientes orbitales no existen: 2s, 1p, 2d, 3p, 3d. Qu nmero cuntico define un nivel? Cules definen a un subnivel? Escriba las configuraciones electrnicas de los tomos comprendidos hasta Z = 20 y en cada una de ellas seala electrones de valencia y cantidad de niveles de energa. 9. Busca la relacin que existe entre Grupo y Perodo y las configuraciones electrnicas. 10. Para los tomos Si, K, B, Mg indica los nmeros cunticos de los electrones de valencia. 11. Para un e- ubicado en: n = 2, cules podran ser los valores de l, m y s? 12. Escribir la configuracin electrnica de los siguientes iones Mg2+ P3-, F. 13. Escribir el smbolo del elemento de nmero atmico ms bajo que tiene: a) un subnivel p completo b) 2 electrones 1s c) 4 electrones 2p


FICHA N8 TABLA PERODICA Y LA PERIODICIDAD DE LAS PROPIEDADES DE LOS ELEMENTOS.DESARROLLO DE LA TABLA PERIDICA. Desde 1829 hasta 1912 se han hecho diferentes clasificaciones de los elementos. En el sglo XIX, al no conocerse la existencia de p+ y e-, los cientficos ordenaban los pocos elementos conocidos en funcin de sus masas atmicas. 1800- Se conocan 31 elementos, en 1865 haban 63. 1829- Se ordenaban los elementos en tradas, (grupos de 3 elemenos con propiedades similares y la masa atmica de la trada era la masa promedio de los 3). 1864- Newlands, qumico ingls, explic la periodicidad de propiedades cada 8 elementos (ley de los octavos), siempre teniendo en cuenta la masa atmica. 1869- Mendeleyer qumico ruso y Mayer qumico alemn, en forma separada, propusieron un ordenamiento basado en la repeticin peridica y en la regularidad de sus propiedades e hicieron una prediccin de varios elementos que an no se conocan. La tabla peridica de Mendeleyev tena 66 elementos. 1900- Se conocan ms de 90 elementos, casi todos naturales que se conocen en la actualidad. En la actualidad hay 118 elementos, 96 naturales y 22 artificiales. 1913- Moseley fsico ingls, descubri que los espectros de rayos X de cada elemento tenan una determinada frecuencia, caracterstica, a la que le asign un nmero entero que lo llam nmero atmico. Por lo que orden a los elementos conocidos en funcin de sus nmeros atmicos en forma creciente. Moseley propuso que el nmero atmico estaba vinculado a la carga del ncleo. Hoy se sabe que el nmero atmico es igual al nmero de electrones de un tomo. CLASIFICACIN PERIDICA DE LOS ELEMENTOS. Las propiedades de los elementos quedan determinadas por sus configuraciones electrnicas. Del anlisis de las configuraciones electrnicas de los tomos surge que estn relacionadas con la ubicacin en la tabla peridica de los tomos, que la da el grupo y el perido. Qu indica el grupo y el perido? .. Los tomos de elementos con la misma configuracin electrnica en la capa de valencia, es decir con el mismo nmero de electrones en los orbitales de la capa ms externa, (ms alejado del ncleo), estn arreglados en columnas o grupos, y estos elementos tienen propiedades semejantes. Observando la tabla peridica encontramos que los tomos estn agrupados por tipo de orbital de valencia. Hacia el extremo izquierdo se encuentran metales activos, los cuales estan llenando los orbitales s, correspondientes a los grupos I A IIA . En el extremo derecho hay un bloque de 6 columnas. Estos elementos estn llenando los orbitales p. Los bloques s y p corresponden a elementos representativos En la zona media de la table peridica hay un bloque con 10 columnas, donde se van llenando los orbitales d, estos corresponden a los metales de transicin y debajo de la tabla peridica hay 2 hileras con 14 elementos cada una que forman el bloque f, donde se estn llenando los orbitales f. A estas hileras se llaman lantnidos y actnidos o elementos de transicin interna. De acuerdo al llenado de los orbitales encontramos que la tabla peridica queda dividida en bloques. Por ejemplo: Bloque s. Extremo derecho.Profesora Roxana Morey.

ns Grupo l A o 1: familia del hidrgeno y familia metales alcalinos.19

Actividad:1. En el bloque s qu otro grupo se encuentra? Qu nombre recibe la familia de este grupo? 2. Qu nombre reciben los electrones externos de un tomo? 3. Qu significa electrn diferenciante? Indica los nmeros cunticos del electrn diferenciante del tomo de sodio y de magnesio. 4. a) Completar el siguiente cuadro para elementos que correspondan a los representativos: bloque Llenado de orbitales grupo e- de val. Familia s n1 IA 1 del hidrgeno- metales alcalinos

b) Realizar la configuracin electrnica externa para los tomos de Magnesio, Cloro, Aluminio, Nitr 5. Observar el cuadro que se complet en el apartado anterior y responde: a) Cules son los grupos que tienen incompletos los orbitales del mximo nmero cuntico principal? b) Qu grupo completa el orbital s o p? c) Explica porqu la configuracin electrnica del sodio se puede representar de las siguiente forma: [Ne]3s1 6. Los tomos para lograr estabilidad qumica se transforman en iones y de esa manera son isoelctricos a los gases nobles, qu significa esto?

7. Representa la configuracin electrnica para: a) tomo de fluor, b) anin fluoruro, c) tomo de magnesio, d) tomo de nen, e) catin magnesio, f) tomo de nitrgeno. Cul de estas CE son isoelctricas? 8. La configuracin electrnica muestra una variacin peridica, al aumentar Z. Esto trae como consecuencia que los elementos tengan diferentes propiedades fsicas y qumicas. Estas propiedades a lo largo de un perido van cambiando gradualmente y reciben el nombre de propiedades peridicas de los elementos. Ellas son: radio atmico, radi inico, electronegatividad, carcter metlico, energa de ionizacin y afinidad electrnica. Busca las definiciones de cada una de estas propiedades. 9. Qu es la carga nuclear efectiva?

10. a)Ubicar en la tabla los siguientes elementos: B, S, C. b) Utilizando slo el sistema peridico predecir y explicar cul de los tres elementos tiene: el mayor radio atmico. menor radio atmico. c) Ordenar los elementos de acuerdo su energa de ionizacin creciente. Justificar.


11. Comparar los elementos Ca y Rb en relacin a sus radios atmicos y sus energas de ionizacin. 12. a) Cul es el elemento ms electronegativo? Ubicarlo en la tabla. Indicar el valor de la EN. b) En qu grupo del sistema peridico se encuentra el elemento menos electronegativo? Ubicarlo. 13. Para cada uno de los siguientes pares de tomos, cul sustancia tendr mayor carcter metlico? Explicar. a) Li o Be b) Sn o P c) B o Al 14. Comparar el Na y el Li con respecto a las siguientes propiedades (justificar): a) configuracin electrnica, b) carga inica, c) energa de ionizacin, d) reactividad frente al agua, e) radio atmico, f) electronegatividad. 15. Escribir la configuracin electrnica del elemento que se encuentra en el segundo perodo de la T.P y en el Grupo IIIA. Indicar el conjunto de nmeros cunticos para su electrn diferenciante.

16. Indicar si las siguientes afirmaciones son falsas o verdaderas. Justificar cada eleccin. a) Todos los orbitales "s" del cloro tienen la misma energa. b) El catin K1+ tiene igual cantidad de electrones que un gas noble. c) El fsforo pertenece al bloque "s" de la Tabla Peridica.

17. Del elemento X se sabe que forma cationes con carga 2+ cuya configuracin es : Ne . a) Identificarlo y realizar su configuracin electrnica b) Indicar nivel y electrones de valencia , y, de acuerdo a ellos, ubicarlo en la T.P. c) Indicar todos los valores para los nmeros cunticos del ltimo electrn que se ubica en la configuracin (electrn diferenciante) d) Indicar si posee electrones desapareados. Explicar.

18. Analice los siguientes valores de 1. y 2. energas de ionizacin y responda las preguntas.

elemento 1. E. I. (kJ/mol) 2. E. I. (kJ/mol)

K

419

3052

Ca

590

1415

a) Por qu la 1. E.I. del calcio es mayor que la 1. E.I. del potasio? Explique aplicando el concepto de carga nuclear efectiva. b) Compare las 2as. E. I. de ambos elementos y plantee una explicacin para la gran diferencia entre sus valores. c) La E.I. se relaciona con el carcter metlico de los elementos. Explique por qu y compare el carcter metlico del calcio y del potasio.

19. De acuerdo a las propiedades peridicas estudiadas para el grupo IA, complete los espacios en blanco con palabras o frases segn corresponda.


a) El sodio es menos reactivo que el potasio porque....................... b) La Energa de Ionizacin decrece en el grupo hacia............... porque...................... c) La segunda Energa de Ionizacin para los elementos de este grupo es muy elevada porque.... d) Al combinarse con un halgeno, el .................formara el enlace ms inico porque................... e) El radio de los cationes +1 de este grupo siempre es ..................que el correspondiente al tomo neutro porque ........... 20. Para el potasio. a) realiza su configuracin electrnica en estado fundamental, y de acuerdo a ella explica en qu grupo, periodo, bloque de la tabla peridica que se encuentra. b) indica todos los nmeros cunticos para su electrn diferenciante. c) realiza la configuracin electrnica de su catin +1. 22. Indica el smbolo qumico de: a) todos los elementos que tienen slo electrones en orbitales s. b) el elemento cuyo anin -1 tiene la configuracin electrnica del Ne c) el elemento cuya configuracin electrnica en estado fundamental es [Ar] 4s2 . Explica cada eleccin.


FICHA N 9: ENLACE QUMICO.Concepto, causa y formacin de un enlace qumico: Es la fuerza de atraccin electrosttica que mantiene unidos a los tomos o iones, que da como resultado estructuras que tienen mayor estabilidad y menor energa. Cuando los tomos interactan para formar un enlace slo participa la regin ms externa de la periferia, es decir los electrones de valencia. Lewis (1875-1946, qumico EEUU) explic que los tomos se combinan con la finalidad de alcanzar una configuracin electrnica ms estable, esto se produce cuando un tomo es isoelctrico con un gas noble, es decir tener igual configuracin electrnica que el gas noble. Al estudiar los enlaces qumicos se deben tener en cuenta los e- de valencia, que se representan mediante diagramas de puntos o de Lewis que consiste en poner alrededor del smbolo del elemento tantos puntos como e- de valencia tenga el tomo del elemento. (Colocar a cada smbolo del elemento los electrones de valencia)H 1s IA Mg [Ne]3s IIA C [Ne]3s3p IVA S [Ne]3s3p4 VIA F He]2s3p4 VIIA He 1s VIIIA Ar [Ne]3s3p6 VIIIA

El nmero de electrones de valencia de los elementos representativos coincide con el grupo al cual pertenecen. Por lo general los tomos ganan, pierden o comparten e- para lograr la misma configuracin electrnica del gas noble ms cercano a ellos en la tabla peridica. Como los gases nobles (menos el He que tiene 2e-) tienen 8e- de valencia, los otros tomos reaccionan con la finalidad de tener tambin 8e- de valencia. Esto conoce como regla del octeto. (ir a ficha N1)

Tipos de enlace:Dependen del tipo de partculas que se unen y las fuerzas de atraccin que acta en cada caso .Conocer el tipo de enlace es esencial para poder deducir las propiedades fsicas de una sustancia ya que existe una relacin directa entre la estructura y la funcin.

Enlace inicoEl enlace inico se produce entre un metal (de baja electronegatividad) y un no metal (de alta electronegatividad). Debido a esta diferencia de electronegatividades, el metal transfiere uno o ms electrones de valencia al no metal. Como consecuencia de esta transferencia, el metal se transforma en un catin (in con carga positiva) y el no metal se transforma en un anin (in con carga negativa). Los iones formados quedan fuertemente unidos por atraccin electrosttica y se ordenan simtricamente, formando un slido cristalino o cristal. Ejemplo. Metal Li 1s2s + -------------Transferencia de e-

No metal F 1s2s2p5

Compuesto inico Li+F (LiF) fluoruro de litio

Esta reaccin ocurre en 2 pasos: 1. Ionizacin del litio: Li Li+ + 1e-

2. Aceptacin de 1e- por el flor: F + 1e- F En todo enlace inico se forman iones, catin y anin respectivamente.23 Profesora Roxana Morey.

Propiedades de las sustancias inicas. Sustancias quebradizas, slidas a temperatura ambiente. Puntos de fusin-ebullicin elevados Son cristales, las fuerzas de atraccin electrostticas mantienen a los iones arreglados en forma definida y rgida, haciendo que tengan los iones una distribucin geomtrica en el espacio particular, compacto formando una red cristalina. (ejemplo el cloruro de sodio, NaCl, tiene un ordenamiento cbico) Se disuelven en agua (por lo general) formando soluciones conductoras de corriente elctrica.

Enlace covalente:El enlace covalente se produce entre dos no metales. Debido a que ambos tienen alta EN, no se produce una transferencia de electrones como en le enlace inico sino que comparten uno o ms pares de electrones de valencia. Estos pares de electrones se forman con un electrn de valencia de cada uno de los tomos que se unen. De acuerdo a la diferencia de EN entre los tomos que forman el enlace, ste podr ser polar o no polar. Enlace covalente no polar: se produce entre elementos cuya diferencia de electronegatividades (EN) es cero 0 hasta 0,4. Debido a que existe muy poca o nula diferencia de EN entre los tomos que comparten electrones, stos se encuentran a igual distancia de ambos por lo cual la carga elctrica se reparte uniformemente. Enlace covalente polar: se produce cuando la diferencia de EN es mayor lo cual genera una distribucin desigual de la carga elctrica. Los electrones del enlace estn ms atrados hacia el tomo con mayor EN y sobre l se genera una carga parcial negativa (-). De forma similar, sobre el otro tomo se genera una carga parcial positiva (+) debido a que los electrones se encuentran ms lejos de l.H. 1s + H. 1s H:H HH H2 1s

.

En este ejemplo se comparte 1 slo par de e-, por lo que el enlace es simple o sencillo. El tomo de H tiene 1 slo eenlazante y no tiene e- libres o de no enlace. Cada e- del par compartido es atrado por los ncleos de ambos tomos con la misma intensidad, generando una densidad electrnica uniforme alrededor de los ncleos, se dice que el enlace es no polar. La unin de los dos tomos de H logran la misma configuracin electrnica que el He. La representacin del enlace covalente mediante puntos recibe el nombre de estructuras de Lewis. Usando las estructuras de Lewis, los tomos que participan de un enlace covalente deben quedar rodeados por 8e(regla del octeto), a excepcin del H, que queda rodeado por 2 para adquirir la configuracin electrnica del He. Los tomos adems de establecer enlaces sencillos, pueden realizar enlaces mltiples (doble o triple) La unin de 2 tomos de O o 2 tomos de N generan enlaces mltiples doble y triple respectivamente Los enlaces de las molculas de H2, O2, N2, son covalentes no polares puros, porque se da entre tomos de un mismo elemento. Existen enlaces covalentes no polares entre tomos diferentes con electronegatividades similares, por ejemplo en la molcula de metano, CH4. Conclusin: Los enlaces covalentes no polares se encuentran presentes tanto en sustancias simples, como en sustancias compuestas. Los tomos no metlicos de distintos elementos que tienen electronegatividad diferente presentan enlaces covalentes polares. (ej. H2O). El ncleo del tomo de mayor electronegatividad (capacidad que tiene el ncleo de un tomo en una molcula de atraer los e- hacia si mismo) atrae con mayor fuerza al par de e- compartidos, generando en la molcula una polaridad.


Propiedades de las sustancias covalentes.Las propiedades entre las sustancias inicas y covalentes son diferentes, esto se debe a la naturaleza de las fuerzas que mantienen el enlace. En las sustancias inicas son fuerzas electrostticas, que forman una red compacta que mantiene fuertemente unidos a los iones, en cambio en las sustancias covalentes se establecen 2 tipos de fuerzas: Fuerzas que mantienen unidos a los tomos en la molcula. Fuerzas de atraccin que se generan entre las molculas. (Fuerzas intermoleculares) Como las fuerzas intermoleculares son dbiles no se forman redes cristalinas, por este motivo las sustancias covalentes a temperatura ambiente son lquidas o gases y cuando son slidas, presentan puntos de fusin muy bajos. La mayora de las sustancias covalentes son insolubles en agua y las que los son tienen enlaces polares y generan puentes de hidrgeno como lo hace ella, quedando por lo general soluciones acuosas no conductoras de corriente elctrica. (una excepcin es el cido actico en agua).

Enlace Metlico:Se establece entre elementos metlicos iguales o diferentes (aleaciones). Los metales son tomos de elementos de baja electronegatividad, por lo tanto los electrones de valencia estn dbilmente unidos y son fciles de separar. Ej. Na 1e- + Na+

Los cationes metlicos que se generan por la prdida de los electrones de valencia se ordenan regularmente. Los electrones externos de estos tomos pueden moverse libremente entre los cationes (formando una nube) y mantienen unida la estructura.catin metlico

electrn de valencia libre

Actividad:1. a) Escribir la configuracin electrnica para el tomo de F, y representar el enlace de la molcula de F2. b) Indicar pares de e- libres y e- enlazantes. 2. Representar el enlace covalente mediante estructura de Lewis de las molculas de O2 y N2. 3. Representar el enlace covalente no polar de la molcula de etino (C2H2) mediante estructuras de Lewis. 4. Dadas las siguientes frmulas qumicas, clasificar y representar el enlace qumico que se establece entre los tomos que las conforman. HCl, CaCl2, H3C-CH3

5. a) La sntesis de un compuesto se realiza por la unin de los elementos M y N. Qu compuesto es? Escribala frmula y nmbrelo. Datos: los electrones de valencia del elemento M presentan los siguientes n cunticos: n=3 l=0 m=0 s= + n=3 l=0 m=0 s= - El elemento N, pertenece al perodo 3 y tiene 7 electrones de valencia. b) Representar y explicar el enlace qumico de dicho compuesto.


FICHA N 10: FUERZAS INTERMOLECULARES.Adems de las fuerzas que intervienen en un enlace qumico entre los tomos existen otras fuerzas de atraccin que actan entre todas las molculas cuando estas se encuentran prximas. Se llaman fuerzas intermoleculares y ellas son ms dbiles que los enlaces qumicos. Las fuerzas intermoleculares principales son las conocidas como fuerzas de Van der Walls y los Puentes de Hidrgeno. A) Fuerzas de Van der Walls: Estas fuerzas inciden en las propiedades fsicas que tienen las sustancias, como el estado de agregacin, el punto de fusin, el punto de ebullicin y la solubilidad. Entre estas fuerzas se destacan las siguientes: Fuerzas dipolo dipolo: Estas fuerzas se establecen entre molculas polares donde estas se atraen entre s a travs de sus extremos con densidad de carga positiva y densidad de carga negativa (polos) Fuerzas de London o de dipolos transitorios: Son fuerzas que se generan por el continuo movimiento de las nubes electrnicas de las molculas, y estas producen la aparicin de dipolos momentneos, que inducen, a su vez a la formacin de otro dipolo en la molcula vecina y as sucesivamente, establecindose una atraccin dbil entre las diferentes molculas. Fuerzas ion dipolo: No son fuerzas intermoleculares, se producen entre los iones de un compuesto inico y las molculas covalentes polares. El polo negativo de una molcula atrae al ion positivo y el polo positivo atrae al in negativo. Este proceso se llama solvatacin y se produce cuando se forma una solucin entre un compuesto inico (soluto) y un solvente polar (ejemplo el agua). B) Puentes de Hidrgeno: El enlace por puentes de hidrgeno se forma cuando un tomo de hidrgeno unido a un elemento muy electronegativo por enlace covalente (en una molcula polar) interacciona con un par electrnico no compartido de otro tomo altamente electronegativo (oxgeno, nitrgeno, flor) y establece puentes entre ambas molculas. Los puentes de hidrgeno explican algunas propiedades fsicas de las sustancias como su estado de agregacin y el punto de ebullicin alto que presentan las mismas. Las sustancias donde sus molculas presentan puentes de hidrgeno tienen puntos de ebullicin altos.

Actividad. 1. Dadas las sustancias de metano (CH4) y agua (H2O). a) Cul de ellas establece puentes de hidrgeno entre susmolculas? Por qu? b) Cul tendr punto de ebullicin ms elevado? c) Prediga el estado de agregacin para cada una de estas sustancias.

2. Ordena todas las fuerzas intermoleculares en orden creciente de intensidad. 3. En los halgenos el punto de ebullicin aumenta a medida que aumenta la masa de la molcula (F2, Cl2, Br2, I2). Sinembargo, en los halogenuros el punto de ebullicin del HF es mucho.

4. Cul es la naturaleza de la principal fuerza de atraccin en c/u de los siguientes casos? a) CH3OH(l). b) Br2 (l).c) C2H2(g)

5. Qu miembro de cada par de sustancias presenta mayor temperatura de ebullicin? Fundamentar. a) N2 - O2.b) CH4 - SiH4. c) NaCl - CH3Cl.

6. Qu tipo de atraccin hay entre? a) catin sodio Na+ - agua. b) agua - alcohol. c) tetracloruro de carbono benceno. (Ambos lquidos no polares)


FICHA N 11: ESTRUCTURAS DE LEWIS REGLA DEL OCTETO.Las estructuras de Lewis son de utilidad como modelos de enlace en muchas sustancias simples o compuestas. Por eso hay una serie de reglas a seguir para representar enlaces mediante estructuras de Lewis. Ellas son: Sumar los electrones de valencia de todos los tomos presentes. En el caso de tratarse de un anin, se agregan

tantos electrones como carga negativa tiene y si se trata de un catin se le restan tantos electrones como carga positiva tiene. Escribir el tomo central de la molcula o in (en general es el menos electronegativo) y unir mediante un

enlace simple dicho tomo a los dems. Distribuir los electrones restantes alrededor de los tomos "perifricos" hasta completar su octeto. Si an

quedan electrones por distribuir, se le asignan al tomo central. Si el tomo central no complet su octeto electrnico , probar con enlaces mltiples (dobles o triples)

Ejemplo. Estructura de Lewis para la molcula de SO2. Nombre del elemento Smbolo e- de valencia Azufre S 6 Oxgeno O 6 Oxgeno O 6 Electrones totales: 18

O S O S

O O

Actividad: Dibujar las estructuras de Lewis para las siguientes especies:a) PCl3 b) HCN c) ClO3-1 d) NH4+1 e) CO2


FICHA N 12: GEOMETRA MOLECULAR Y TEORA DE ENLACE.Las estructuras de Lewis indican los enlaces que tienen las molculas (en el plano), pero no muestran la forma de las molculas en el espacio, es decir su geometra. La geometra molecular es la distribucin tridimensional de los tomos de una molcula (o iones). La geometra de una molcula se puede predecir por un mtodo sencillo, teniendo el n de e- que rodean al tomo central, segn la estructura de Lewis. El argumento de este enfoque es suponer que los pares de e- de la capa de valencia de un tomo (e- que estn involucrados en el enlace) se repelen entre s. La geometra que adopta la molcula est dada por la posicin de todos los tomos y es aquella en la que la repulsin es mnima. Para conocer la geometra de una molcula utilizaremos el modelo de la repulsin de los pares electrnicos de la capa de valencia (R.P.E.C.V) Este modelo, RPECV, explica la distribucin geomtrica de los pares electrnicos que rodean al tomo central en trminos de la repulsin electrosttica entre dichos pares. MODELO RPECV. Los tomos en las molculas estn unidos mediante el compartimiento de pares de e-. Los

pares de e- se repelen unos con otros, por lo que ellos pretenden quedar lo ms separadamente posible que se pueda, es decir no interferir un par de e- con otro, para disminuir las repulsiones entre ellos. Esta es la idea primordial del modelo RPECV.

MOLCULAS EN LAS QUE EL TOMO CENTRAL NO TIENE PARES DE ELECTRONES LIBRES.Consideraremos molculas de tomos de 2 elementos A y B, donde A es el tomo central. Estas molculas responden a la frmula molecular ABX , donde x = 1,2,3,4,5,6. Si x = 1, la molcula es biatmica, AB, ejemplo HCl y por definicin son molculas lineales. Si x = 2, AB2 , ejemplo: BeCl2, cloruro de berilio, la estructura de Lewis es: Cl Be Cl

180

El tomo central no tiene pares de e- libres y los 2 pares de e- enlazantes, se repelen entre s lo mximo, esto se logra con un arreglo lineal de los tomos, o sea que el ngulo de enlace es de 180 y la molcula es lineal.

Si x = 3, AB3, ejemplo: BF3, trifluoruro de boro, su estructura de Lewis es:

.

F B F FPlana triangular

120

Hay 3 enlaces covalentes (BF) que apuntan hacia los vrtices de un tringulo equiltero con B en el centro del tringulo. La geometra es plana trigonal y los ngulos que se forman son de 120 y los 4 tomos estn en un mismo plano.

Si x = 4, AB4, ejemplo: CH4, metano.

H HCH H

109,5

Existen 4 pares de e- enlazantes, la geometra es tetradrica. En la molcula tetradrica, el tomo central se encuentra en centro del tetraedro y los otros 4 tomos en los vrtices. Los ngulos de enlace que se forman son de 109,5.


Si x = 5, AB5, ejemplo: PCl5, pentacloruro de fsforo, tiene la siguiente estructura de Lewis.

Cl Cl P Cl Cl ClBipiramidal trigonal

90

120

La forma de disminuir la repulsin entre 5 pares de eenlazantes es distribuir los enlaces P-Cl en forma de bipiramidal trigonal. El tomo central, P, se encuentra en el centro de un tringulo y los 5 tomos que lo rodean estn en los vrtices de la bipirmide. Hay tomos que se ubican arriba y abajo del plano triangular (posiciones axiales) y tomos que se encuentran en el plano triangular (posiciones ecuatoriales). Los ngulos entre enlaces ecuatoriales miden 120 y los que se forman entre enlaces axiales y ecuatoriales miden 90, y el que se forma entre los enlaces axiales es de 180.

Si x = 6 , AB6 , ejemplo, SF6 , hexafluoruro de azufre., la estructura de Lewis es:

F F S F F F F

180

90

Octadrico

El ordenamiento ms estable para los 6 enlaces covalentes S-F es la forma de un octaedro. El tomo central est en el centro de la base cuadrada y los tomos que lo rodean se encuentran en los 6 vrtices. Todos los ngulos de enlace son de 90, menos uno que es de 180, que es el que se forma entre el tomo central y los 2 tomos que estn diametralmente opuestos.

MOLCULAS EN LAS QUE EL TOMO CENTRAL TIENE PARES DE ELECTRONES LIBRES.Para determinar la geometra de una molcula donde el tomo central tiene pares de e-libres, lo primero que hay que hacer es tener en cuenta todos los pares de e- (enlazantes y no enlazantes) y dar una geometra de pares de e-, para tener una aproximacin de la geometra molecular, recordando que la geometra de la molcula la da el arreglo de los tomos en el espacio. Luego para predecir la geometra de la molcula se debe considerar que cuando el tomo central queda con pares de e- no enlazantes, adems de existir repulsiones entre los pares de e- que forman el enlace covalente, hay repulsiones con los pares de e- que no establecen enlaces y entre ellos mismos. Los e- de enlace estn unidos por la fuerza de atraccin que ejercen los ncleos de los tomos enlazados, o sea que estos e- tienen menor movimiento para poderse distribuir en el espacio (ocupan menos lugar), mientras que los e- que estn sin formar enlace slo reciben la fuerza de atraccin del tomo al cual pertenecen, o sea el tomo central. Esto hace que los e- libres ocupen ms lugar y generan ms repulsiones hacia los otros pares de e-, sean ellos libres o enalzados. Por esta razn las molculas que tienen el tomo central con pares de e- libres, es difcil saber los ngulos de enlace en forma precisa. .. Ejemplo: Agua, H2O, estructura de Lewis: H O H .. El tomo de O es el tomo central y tiene 2 pares de electrones libres y 2 pares de electrones enlazantes.

1045


La distribucin de estos 4 pares de e- en el espacio es tetradrica donde los 2 pares de e- libres ocupan ms lugar y ejercen mayor repulsin sobre los 2 pares de e- enlazantes O H, haciendo que estos se acerquen. La geometra es angular.

REGLAS PARA USAR EL MODELO RPECV.1. Escribir la estructura de Lewis, considerando slo los pares de e- del tomo central. 2. Contar los pares de e- que rodean al tomo central (enlazantes y libres). Los enlaces mltiples se toman como si fueran sencillos. 3. Consultar tablas para predecir la distribucin global de los pares de e- y geometra de la molcula. 4. Para predecir el ngulo de enlace tener en cuenta que los pares de e- libres repelen con mayor fuerza a los eenlazantes.

Actividad:

1) Representar las estructuras de Lewis para las molculas de NH3 y CH 4 2) Comparar la geometra de las molculas de amonaco, agua, metano y sacar conclusiones respecto a lasmismas.

3) Prediga la geometra de cada una de las siguientes especies, utilizando el modelo de RPECV: a. PCl3 b. CHF3 c. C2H2 4) Cul de las siguientes molculas es tetradrica? GeH4, SeF4, CI4 5) Establezca una correspondencia para cada especie de la columna (A) con una frase de la columna (B)Justifique su eleccin para cada caso. (A) AsF5 CH4 CS2 NH3 (B) presenta geometra tetradrica el tomo central presenta un par de e- no enlazante el tomo central presenta octeto expandido presenta enlaces mltiples

6) a. Dibuja las estructuras de Lewis para las siguientes especies PH3 SiH4 H2S :

b. Predice su geometra molecular de acuerdo a la teora de RPECV. c. El BH3 y el PH3 poseen formulas del tipo AB3 Su geometra es la misma? Explicar.


FICHA N 13: POLARIDAD DE LAS MOLCULAS: MOMENTO DIPOLAR.De acuerdo a lo estudiado en cursos anteriores, existen molculas polares y no polares. Por ejemplo, debido a su estructura, las molculas de agua son polares (tambin se dice que son "dipolos"), es decir, existe una distribucin asimtrica de las cargas elctricas, por lo cual existen en la molcula un polo positivo y un polo negativo. Por lo tanto, si se coloca una muestra de dicha sustancia entre dos placas cargadas elctricamente, las molculas se orientarn ubicando su extremo positivo hacia la placa negativa y su extremo negativo hacia la placa positiva. Completa el siguiente cuadro con molculas sencillas polares y no polares. Molculas polares Molculas no polares

Analiza la estructura de cada una de las molculas que ubicaste en el cuadro e intenta explicar por qu algunas son polares y otras no. Momento Dipolar. Existe una magnitud, llamada momento dipolar (), que es la medida cuantitativa de la polaridad de un enlace o de una molcula. El momento dipolar es una magnitud vectorial, determinada por el producto de la carga elctrica por la distancia entre las cargas ( = Q x r). Como toda magnitud vectorial, puede representarse mediante un vector con determinados mdulo, direccin y sentido. Para que exista un momento dipolar en un enlace, deben existir una carga positiva y una negativa, es decir, polos elctricos. En el caso de las molculas, esto se da cuando existen enlaces covalentes polares. Sin embargo, a veces existen enlaces covalentes polares en la molcula pero sta, en su conjunto, resulta ser no polar. Responde: 1. Qu significa que un enlace es covalente polar? Cita ejemplos. 2. La existencia de enlaces covalentes polares es una condicin necesaria pero no suficiente para que una molcula sea polar. Por qu? 3. Representa los vectores correspondientes a los momentos dipolares de los enlaces en el agua y en el dixido de carbono. Existe, en ambos casos, un vector momento dipolar de la molcula? En caso afirmativo, lo puedes representar? Agua CO2

4. Qu condiciones deben cumplirse para que una molcula sea polar? De acuerdo a los ejemplos vistos, podemos plantear que una molcula es polar si cumple con las siguientes condiciones: 1) Tiene por lo menos un enlace covalente polar 2) Si presenta ms de un enlace covalente polar la suma de los momentos dipolares de esos enlaces no debe cero. Esto significa que, adems de existir un momento dipolar de los enlaces tambin existe un momento dipolar de la molcula (es el vector suma de los momentos dipolares de los enlaces individuales). Actividad: Explica por qu la molcula CF4 no es polar mientras que la molcula de CF3H s lo es, a pesar de que ambas presentan geometra tetradrica.31 Profesora Roxana Morey.

FICHA N 14: ESTADOS DE LA MATERIA.El vapor de agua del aire, el agua lquida de los ros y el hielo de los glaciares son formas de la misma sustancia que llamamos agua y representamos mediante la frmula H2O. Todas estas formas de presentarse el agua en la naturaleza tiene las mismas propiedades qumicas, pero sus propiedades fsicas muestran grandes diferencias. Estas propiedades fsicas definen los que llamamos estados o fases de la materia que tienen algunas caractersticas en comn para las diferentes sustancias.ESTADO PROPIEDADES Conserva su forma y volumen propios. Es casi incompresible No fluye Las partculas que lo componen tienen movimientos muy restringidos(son rgidos) Asume la forma del recipiente que ocupa No se expande para llenar el recipiente que lo contiene La difusin dentro de l ocurre lentamente Fluye fcilmente Muy poco compresible Las partculas que lo forman tiene mayor movilidad que en el slido. Adopta la forma y el volumen del recipiente que lo contiene Es muy compresible La difusin dentro de l ocurre rpidamente Fluye fcilmente Las partculas que lo forman tienen gran libertad de movimiento.

SLIDO

LQUIDO GASEOSO

Actividad 1: Explica las propiedades mencionadas para cada estado de la materia mediante el concepto de fuerzas de atraccin entre partculas. Por qu se a los estados slido y lquido se les denomina tambin estados o fases condensadas de la materia? Cambios de fase de la materia

Muchas propiedades importantes de los lquidos y slidos tiene que ver con la facilidad con que cambian de un estado a otro. Si dejamos, por ejemplo, destapado un frasco con acetona sabemos que se evaporar muy fcilmente, aunque no as si se trata de agua. Esto tiene que ver con un cambio de estado pero es diferente en ambas sustancias debido fundamentalmente a las fuerzas intermoleculares.Aumenta energa

Disminuye energa32 Profesora Roxana Morey.

En general, todo estado de la materia puede cambiar a cualquiera de los otros estados. Cada cambio de fase va acompaado de un cambio de energa en el sistema. Siempre que un cambio implica pasar a un estado menos ordenado es necesario proporcionar energa para vencer fuerzas intermoleculares .As, por ejemplo, se necesita energa para fundir un slido o para hervir un lquido. Este tipo de proceso es endotrmico porque implica que el sistema (la sustancia que cambia de estado) absorba calor del ambiente. Al aumentar las fuerzas intermoleculares que deben vencerse, aumenta la cantidad de energa necesaria para generar el cambio de fase. La cantidad de energa que se debe suministrar para determinado cambio se denomina calor de cambio de fase .As tenemos, por ejemplo, el calor de fusin, en general expresado en kJ/mol, que se define como el calor requerido para fundir un mol de determinada sustancia. Actividad 2: Explica por qu el calor de vaporizacin del agua (40 kJ/mol) es tanto mayor que el calor de fusin del hielo (6 kJ/mol) Curvas de calentamiento y enfriamiento

Los procesos de cambio de fase ya sean endotrmicos (mediante la adicin de energa) como exotrmicos (mediante prdida de energa) pueden representarse mediante una grfica en la que se muestre la variacin de la temperatura en funcin de la cantidad de calor agregada o del tiempo de calentamiento. Estas grficas se conocen como curvas de calentamiento o enfriamiento de acuerdo al tipo de proceso estudiado. A continuacin se muestra la curva de calentamiento para los tres estados del agua.Actividad 3: Seale en la grfica los puntos de fusin y ebullicin del agua Indique a qu corresponden las mesetas de la grfica (lneas rojas). Explique por qu el tramo B-C es ms corto que el tramo D-E. Explique cmo sera la grfica si se comenzara con vapor de agua a 125C y se fuera enfriando el sistema hasta -25C

Grfica extrada de: Qumica: La ciencia central- Brown

Punto de fusin y punto de ebullicin de unas sustancia pura

Cuando una sustancia cambia de estado, como ya fue indicado, debe absorber o desprender energa dependiendo de cul sea ese cambio. Supongamos que comenzamos con la sustancia en estado slido. Debemos, por tanto, suministrarle energa (por ejemplo en forma de calor) para que pase al estado lquido, es decir, para que funda. Llegar un momento en el cual todas las partculas que forman ese slido tendrn la energa suficiente para vencer las fuerzas intermoleculares y cambiar de estado. En ese momento, ese contenido energtico se manifiesta como un valor de temperatura determinado y caracterstico de cada sustancia. Estos valores de temperatura se denominan puntos de ese cambio de estado.Material elaborado por la Prof. Ins Pena.33 Profesora Roxana Morey.

DIAGRAMAS DE FASE. Un diagrama de fases es una grfica que representa las condiciones en las cuales una sustancia existe como slido, lquido y gas en un sistema cerrado. La grfica se divide en tres regiones y cada una representa una fase pura. La lnea que separa dos regiones indica las condiciones de presin y temperatura en las dos fases pueden estar en equilibrio. El punto en el que se unen las tres curvas se denomina: punto triple y corresponde al equilibrio de las tres fases: slido, lquido y gas. Los diagramas de fases permiten predecir los cambios de punto de fusin y punto de ebullicin de una sustancia una determinada presin. Actividad. a) Qu representa cada una de las regiones en la grfica? b) Qu significan las curvas: AB, BD, BC? c) Qu es el punto crtico? d) Considerando que la sustancia est a la presin P, en qu fase estar si: Las temperaturas son menores a T1 Las temperaturas estn comprendidas entre T1 y T2. Las temperaturas estn por encima de T2.

Aplicacin: Dadas las siguientes grficas:

Diagrama de fases del agua.

Diagrama de fases del dixido de carbono.

Comparar los diagramas de fases del agua y del dixido de carbono, En qu se diferencian?


FICHA N 15: ESTADO SLIDO.Los slidos se dividen en cristalinos y amorfos. Los slidos cristalinos presentan un ordenamiento estricto y regular, es decir sus tomos, molculas o iones ocupan posiciones especficas como por ejemplo el agua, el cloruro de sodio. Las fuerzas que mantienen la estabilidad de un cristal pueden ser inicas, covalentes, de van der waals, puentes de hidrgeno o una combinacin de todas ellas. Un slido amorfo carece de un ordenamiento regular y definido, como lo es el vidrio. Todo slido cristalino tiene una unidad estructural repetida que se le llama celda unitaria.

Celda unitaria Extensin en 3 dimensiones

Actividad: 1. Completa el siguiente cuadro. Tipo de slido cristalino. Partculas que lo forman. Fuerzas de atraccin entre las partculas Propiedades generales Ejemplos

2. Clasificar cada uno de los siguientes slidos e indicar alguna otra propiedad diferencial: a) funde por encima de 100C, siendo un lquido conductor. b) conduce la electricidad en estado slido. c) es soluble en agua dando una solucin conductora. 3. Entre los siguientes materiales en estado slido: Na, Ge, CH4, Ne, KCl, H2O elegir los ms representativos de: a) un slido ligado por fuerzas de London, que funde muy por debajo de la temperatura ambiente. b) Un slido de alta conductividad elctrica que funde a temperatura inferior a 200C. c) Una red slida de alto punto de fusin con tomos unidos por enlace covalente. d) Un slido no conductor que se transforma en conductor al fundirse. e) Una sustancia con marcados enlaces puente de hidrgeno. En un experimento se obtuvieron los siguientes datos:Slido A B C Punto de fusin Alto Alto Bajo Conductividad elctrica Si, fundido Si, slido No conduce Solubilidad en agua Muy soluble Insoluble Insoluble

4.

Indicar:

a. qu tipo de slido corresponde cada una de las muestras. b. Partculas que los forman y las fuerzas que los mantienes unidas.35

Profesora Roxana Morey.

FICHA N 16: ESTADO LQUIDO.Propiedades de los lquidos :a) Tensin Superficial: los lquidos estn formados por molculas entre las cuales existen fuerzas de atraccin de diferente magnitud. Estas fuerzas tienden a empujar las molculas hacia dentro del lquido lo que produce que la superficie se tense como si fuera una pelcula plstica elstica. Una medida de la fuerza elstica que existe en la superficie del lquido es la tensin superficial. Se define como la cantidad de energa necesaria para estirar o aumentar la superficie del lquido por unidad de rea (por ej., por cm2). Cuanto mayores son las fuerzas intermoleculares, mayor es la tensin superficial del lquido, y mayor es su tendencia a formar gotas (comparar, por ej. , el agua con el mercurio). b) Viscosidad: es una medida de la resistencia de los lquidos a fluir. Cuanto mayor es la viscosidad, ms lentamente fluye el lquido (comparar, por ej., el fluir del agua y de la miel). La viscosidad de un lquido, en general, disminuye con la temperatura. Al igual que en el caso de la tensin superficial, cuanto mayores son las fuerzas intermoleculares, mayor es la viscosidad del lquido

Equilibrio lquido vapor : presin de vapor y punto de ebullicin:Considere y compare las siguientes situaciones. Qu piensa que ocurrir en cada caso luego de transcurrido el tiempo? Proponga una explicacin para cada una.

situacin (1) recipiente abierto 100 mL de alcohol t = 25C

situacin (2) recipiente cerrado 100 mL de alcohol t = 25 C

En el recipiente cerrado, poco a poco se llega a un equilibrio dinmico ya que la velocidad de evaporacin del lquido iguala a la velocidad de condensacin. La presin de vapor del lquido es la presin que ejerce el vapor en equilibrio dinmico con su lquido en un sistema cerrado. Algunas consideraciones sobre la presin de vapor: 1. Presin de vapor es tal siempre y cuando exista lquido en equilibrio con el vapor. 2. Es independiente de la cantidad de lquido 3. Vara con la temperatura. 4. Depende de las fuerzas intermoleculares: cuanto menores son dichas fuerzas, ms voltil es el lquido, pues sus molculas pasarn ms fcilmente al estado de vapor. En la grfica se observan las variaciones de la presin de vapor en funcin de la temperatura para diferentes lquidos. Se observa que en todos los casos cuanto mayor es la temperatura, mayor es la presin de vapor. Si calentamos un lquido, su presin de vapor aumenta hasta que iguala la presin atmosfrica a la cual se opone la presin de vapor del lquido. En ese momento, el lquido comienza a hervir: est en ebullicin.


El punto de ebullicin normal de un lquido es la temperatura a la cual un lquido hierve pues su presin de vapor iguala a la presin externa de 1 atmsfera. ACTIVIDAD: 1. Observando la grfica, responda:

a. Qu lquido es ms voltil? b. Cul tiene las mayores fuerzas moleculares? c. Cul tiene mayor punto de ebullicin? 2. a) Cmo cambia la viscosidad y la tensin superficial de los lquidos cuando aumenta la intensidad de las fuerzas de atraccin? Cmo cambian las propiedades mencionadas al aumentar la temperatura? b) Qu diferencias hay entre un proceso de vaporizacin que se da por evaporacin y otro que ocurre mediante una ebullicin? 3. La siguiente tabla indica la presin de vapor de un lquido en funcin de la temperatura. T (C) 65 70 72 73 74 P (Torr) 470 666 760 980 1020 a) b) c) d) Si la presin ambiente es de 1 atm. Cul es el punto de ebullicin del lquido? Graficar presin en funcin de la temperatura. Cul es la temperatura de ebullicin a P= 1000 mm Hg? Defina temperatura de ebullicin.

4. Se tienen dos lquidos A y B en recipientes separados e iguales a la misma temperatura. Cada recipiente se conecta a un manmetro que registra las siguientes presiones de vapor: Lquido A ----- P= 20 mm Hg. Lquido B ----- P= 40 mm Hg. a) Qu lquido es ms voltil? Justificar. b) En qu lquido las fuerzas intermoleculares son ms fuertes? c) Qu lquido tendr mayor temperatura de ebullicin? 5. a) Utilice la siguiente grfica para determinar el Punto de Ebullicin del agua cuando la presin atmosfrica es: 1. 700 torr. 2. 760 torr. 3. 800 torr.1000p Vapor(torr)

900 800 700 600 500 90 95 t(C) 100 105

b) Cul debe ser la presin de vapor en equilibrio con el lquido dentro de un recipiente para que una muestra para que una muestra de agua hierva a 103C?37 Profesora Roxana Morey.

FICHA N 17: ESTADO GASEOSO.GeneralidadesTodos los gases tienen las siguientes caractersticas fsicas:

adoptan la forma y el volumen del recipiente que los contiene. son los ms compresibles de todos los estados de la materia se mezclan completamente y de manera uniforme cuando estn confinados en el mismo recipiente tienen densidades mucho menores que los slidos y lquidos

Cuando se estudian las sustancias gaseosas, a diferencia de los slidos y lquidos, debemos, necesariamente, definir las llamadas variables de estado. Estas son magnitudes que nos permiten definir el estado de un sistema gaseoso en un momento dado y son: temperatura (T) ( se debe utilizar siempre la escala Kelvin de temperatura) presin (P) volumen (V) cantidad de sustancia (n)

Esto significa que no podemos, por ejemplo, decir que el volumen de gas es de 10 L si no indicamos las dems condiciones, es decir, presin, temperatura y cantidad de sustancia del mismo. Leyes del Estado Gaseoso Las leyes de los gases estudian el comportamiento macroscpico de las sustancias gaseosas al cambiar una o varias de las variables de estado antes mencionadas. Cada una de estas generalizaciones representa una etapa importante en la historia de la Ciencia y han jugado un papel muy importante en el desarrollo de muchas ideas de la Qumica. Ley de Boyle: Relacin entre presin y volumen. Para estudiar la relacin entre dos variables de estado, se deben mantener constantes las dems. En este caso, se estudia cmo vara el volumen de un gas en funcin de la presin, manteniendo constantes la temperatura y la cantidad de sustancia.

El enunciado es el siguiente:

El volumen de una masa de gas que se encuentra a temperatura constante es inversamente proporcional a la presin de dicho gas.


Activ

MATERIAL DE APOYO 5º2012

Documents

Transcript of MATERIAL DE APOYO 5º2012