BIOCIENCIAS I

Qco. Luis Carlos Vesga G.

Unidad 1Estructura de la materia

Medición en químicaTabla periódica

Generalidades del enlace

¿Cómo está formada la materia en su interior?

• Desde los tiempos de la antigua Grecia ,lospensadores venían haciéndose esta pregunta, acercade cómo estaba constituida la materia en su interior.

• Demócrito y Leucipo (V a.c.) introducen el términode átomo como la parte mas pequeña de la materia.

Evolución en el estudio de la materia.TEORÍA ATÓMICA DE DALTON:

Trataba de explicar las leyes de la época sobre lacomposición de las sustancias (leyes ponderales).

- La materia está constituida por unidades de pequeñotamaño denominadas átomos.

- Todos los átomos de un elemento son iguales en masay propiedades.

- Los átomos de diferentes elementos son diferentes enmasa y propiedades.

TEORÍA ATÓMICA DE DALTON (1766-1844)

- Los átomos se unen entre si formando compuestos.

- Los átomos de cada compuesto están en una relaciónnumérica constante.

- Los “átomos compuestos” tienen la misma masa eidénticas propiedades.

CRITICA A LA TEORIA DE DALTON!!!!

ÁTOMOS INDIVISIBLES ?

ÁTOMOS DE UN MISMO ELEMENTO IDENTICOS EN MASA Y PROPIEDADES

?

ÁTOMOS-COMPUESTOS ?

TEORÍA ATÓMICA DE DALTON

MODELO DE THOMSON (1897)

En el interior existe un gas sometido a una diferencia de potencial. Desde polo negativo(cátodo) se emite una radiación hacia el polo positivo (ánodo).

Descubrimiento del electrón: Thompson realizó trabajos con tubos de descargaeléctrica en gases, identificando la primera partícula subatómica, a la quedenominó electrón.

MODELO DE THOMSON

“Una esfera maciza cargadapositivamente y en su interior sedistribuyen los electrones, como enun budín de pasas

En 1886, el físico alemán Eugen Goldstein, empleando un tubocatódico con un cátodo perforado, descubrió una nuevaradiación, que fluía por los orificios del cátodo en direcciónopuesta a la de los rayos catódicos de carga negativa , ésta erade naturaleza positiva.

MODELO DE RUTHERFORD.

Descubrimiento del núcleo atómico: Rutherford interpretóel experimento de Geiger y Marsden, el que consistía enirradiar con un tipo de partículas de carga positiva(partículas alfa) a una fina lámina de oro, observando quealgunas partículas rebotaban y volvían hacia atrás,planteando un nuevo modelo atómico luego de analizarestos resultados.

Según este modelo, el átomo estáformado por un núcleo diminuto concarga positiva, que contieneprácticamente toda la masa.

Descubrimiento del neutrón.

• Investigando las diferencias entre el número deprotones y la masa del átomo ,descubrió una nuevapartícula: EL NEUTRÓN.

• Poseen masa similar al protón.• Sin carga eléctrica.• El neutrón permite explicar la estabilidad de los

protones en el núcleo del átomo, manteniéndolos“unidos”, y por tanto justificando la no repulsión deestos en dicho núcleo, a pesar de poseer el mismosigno de carga (+).

Modelo actual.

CORTEZA electrones.

ÁTOMO protones.

NÚCLEO

neutrones.

-Los electrones no describen orbitas definidas ,sino que se distribuyen en

una determinada zona llamada ORBITAL.

-En esta región la probabilidad de encontrar al electrón es muy alta (95%)

-Se distribuyen en diferentes niveles energéticos en las diferentes capas.

Partículas Subatómicas

Partícula Símbolo Masa (g) Carga

Electrón e- 9,109382 * 10 -28 -1

Partícula Símbolo Masa (g) Carga

Protón p+ 1,672622 * 10 -24 +1

Neutrón n 1,674927 * 10 -24 0

NÚMERO ATÓMICO (Z)NÚMERO MÁSICO (A)

Número atómico (Z): Es el número de protones que tienen los núcleos de los átomo de un elemento.

Todos los átomos de un elemento tienen el mismo número de protones.

Como la carga del átomo es nula, el número de electrones será igual al número atómico.

Número másico(A):Es la suma del número de protones y de neutrones.

Número atómico y másico.• La forma aceptada para

denotar el número atómico y el número másico de un elemento X es:

ISÓTOPOS.• Átomos que tienen el mismo número atómico, pero

diferente número másico.• Por lo tanto la diferencia entre dos isótopos de un

elemento es el número de neutrones en el núcleo.• Isótopos de carbono:

Isótopos de hidrógeno:

La forma más común es el hidrógeno, que es el únicoátomo que no tiene neutrones en su núcleo.

Indique el número de protones, neutrones y electronespara cada una de las siguientes especies:

17

8O199

80 Hg200

80 Hg

¿Cuál es el número de masa de un átomo de hierro quetiene 28 neutrones?

Calcule el número de neutrones de 239Pu

Masa de un átomo en unidades de masa atómica (uma)

Uma: una masa exactamente igual a un doceavo de la masa de un átomo de carbono-12

Hidrógeno tiene sólo 8,400% de la masa de C-12

Hidrógeno=0,084 x 12,00uma=1,008uma

Es la media de las masas isótopicas, ponderada de acuerdoa la abundancia en la naturaleza de los isótopos delelemento. (TABLA PERIÓDICA)

. (1) (1) ( (2) (2) .....m atómica abundancia masa abundancia masa

El bromo tiene 2 isótopos naturales. Uno de ellos, elbromo-79, tiene una masa de 78,918336uma y unaabundancia natural de 50,69%. ¿Cuál debe ser la masa y elporcentaje de abundancia del otro isótopo bromo-81?

L a abundancia de los dos isótopos naturales de la platason: 107Ag, 51,84% ; 109Ag, 48,16%. La masa de 107Ag es106,905092uma. ¿Cuál es la masa de 109Ag?Maprom=107,87uma

¿Cuáles son los porcentajes de abundancia natural de losdos isótopos naturales del Boro, 10B y 11B? Las masas deestos isótopos son 10,012937uma y 11,009305umarespectivamente.

Átomos o grupos de átomos que tienen una carga netapositiva o negativa.

A

Z X (Número de p) – (Número de e)

IONES• Ejemplos :

• 26 Fe 26protones 26 protones

26electrones 26Fe+2 24electrones

30neutrones. 30neutrones

átomo de hierro catión hierro +2

IONES.Los átomos pueden a su vez perder o ganar electronespara estabilizarse.

Cuando un átomo gana electrones, adquiere un exceso decarga negativa.

Formando un ión negativo o anión, que se representa como: X-

Cuando un átomo pierde electrones , tiene defecto decarga negativa. O más carga positiva que negativa.Formando un ión positivo o catión: X+

DISTRIBUCIÓN DE LOS ELECTRONES EN LA CORTEZA.

• Así , en un elemento como el potasio en estado neutro:

19 K 19 protones; 19 electrones; 20 neutrones

1ªcapa : 2e-

2ªcapa : 8e-

3ªcapa : 9e-

DISTRIBUCIÓN ELECTRONICA(CONT.)

• Hemos visto como losátomos se distribuyen enniveles o capas de energía.

• Dentro de cada nivelexisten además subnivelescon probabilidad deencontrarnos electrones.

NivelMax

de e-

subni

vel

Max

de e-

1 2 s 2

2 8s 2

p 6

3 18

s 2

p 6

d 10

Nivel Max de e- subnivel Max de e-

4 32

s 2

p 6

d 10

f 14

5 32

s 2

p 6

d 10

f 14

6 18

s 2

p 6

d 10

Ejemplo : Sodio

• Por lo tanto, para el SODIO (11 electrones), mi resultado es: 1 s2 2 s2 2 p6 3 s1

• 1º nivel: 2 electrones;

• 2º nivel: 8 electrones;

• 3º NIVEL: 1 electrón;

EJEMPLO: Cloro

• CLORO: 17 electrones

• 1 s2 2 s2 2 p6 3 s2 3 p5

• 1º nivel: 2 electrones

• 2º nivel: 8 electrones

• 3º nivel: 7 electrones

• En la tabla periódica podemos leer: 2 - 8 - 7

EJEMPLO: Manganeso

• MANGANESO: 25 electrones

• 1 s2 2 s2 2 p6 3 s2 3 p6 4 s2 3 d5

• 1º nivel: 2 electrones

• 2º nivel: 8 electrones

• 3º nivel: 13 electrones

• 4º nivel: 2 electrones

• En la tabla periódica podemos leer: 2 - 8 - 13 - 2

Formación de iones más probables.• Un ión perderá o ganará electrones , hasta que se

estabilice.• La forma más común de estabilización es la de

formar estructuras electrónicas de gas noble.• ¿PORQUÉ DE GAS NOBLE?

Los gases nobles son los elementos que menostienden a perder o ganar electrones ,no reaccionanapenas, solo bajo condiciones extremas. Por tantotodos los átomos tienden a adquirir una estructuraelectrónica similar a la de estos.

Formación de iones más probables.• Porque buscan lograr la estabilidad, como la piedra que cae

rodando por una montaña logra su estabilidad cuando sedetiene, cada elemento de la tabla periódica logra suestabilidad cuando adquiere la estructura electrónica del gasnoble(último grupo del S.P.) más cercano.

• Quedando el último nivel de energía de cada uno de éstosátomos con ocho electrones.

• Excepto los átomos que se encuentran cerca del Helio, quecompletan su último nivel con sólo dos electrones.

• Por ésta razón se denomina a ésta REGLA DEL OCTETO

Ejemplos de formación de iones más probables.

11Na-Podemos observar que el Nº atómico del SODIO está más cerca del Nº atómico del Neón.

-Si el SODIO pierde un electrón (una carga negativa) ,adquiere configuración de Neón.

-Entonces deja de ser neutro .

11Na :1s22s2p63s1 -1 e Na+

Ejemplos de formación de iones más probables.

17Cl

17Cl=1s22s22p63s23p5

+1electrón

17 Cl- 1s22s22p63s23p6

[Ar]

“....nada más

Grande y ni

más sublime

ha salido de

las manos del

hombre que el

sistema métrico decimal”.

Antoine de Lavoisier

Introducción

Introducción

El hecho de hacer experimentos implica la determinacióncuantitativa de las magnitudes que intervienen en ellos. Esdecir, de alguna forma (directa o indirecta) hay quemedirlas.

Los diferentes instrumentos permiten medir laspropiedades de una sustancia

Mediciones

LONGITUD MASA

TEMPERATURA

Mediciones

VOLUMEN

Mediciones

Nombre adoptado por la XI ConferenciaGeneral de Pesas y Medidas para unsistema universal, unificado y coherentede:

Unidades de medida, basado en el sistema mks (metro-kilogramo-segundo).

En 1960 la 11ª Conferencia General de Pesas y Medidas estableció definitivamente el S.I., basado en 6 unidades fundamentales

En 1971 se agregó la séptima unidad fundamental: el mol.

TÉRMINOS

MAGNITUD

SE LLAMA MAGNITUD AL FENÓMENO FÍSICO QUE SEMIDE. EJEMPLOS: LA LONGITUD, LA FUERZA, LATEMPERATURA, LA MASA, EL TIEMPO, EL VOLUMEN,LA CARGA ELÉCTRICA, LA VELOCIDAD. TODAS ELLASSON MAGNITUDES.

TÉRMINOS

UNIDAD

LA UNIDAD ES UNA CANTIDAD DETERMINADA DEMAGNITUD QUE SE ADOPTA COMO MEDIDA DEREFERENCIA. A CADA MAGNITUD SE LE ASIGNA UNAUNIDAD DE MEDIDA. POR EJEMPLO METRO PARA LALONGITUD, GRAMO PARA LA MASA, SEGUNDO PARAEL TIEMPO, JOULE PARA LA ENERGÍA.

TÉRMINOS

SISTEMA DE UNIDADES

Usando como base un conjunto de unidades primarias, y por combinación de las mismas, se definen los llamados SISTEMAS DE UNIDADES.

El más utilizado es el Sistema Internacional que tiene como base el metro, el kilo masa y el segundo.

Cantidad Fudamental Nombre de la unidad Símbolo

Longitud Metro m

Masa Kilogramo kg

Tiempo Segundo s

Temperatura Kelvin K

Cantidad de Sustancia Mol mol

Intensidad de corriente eléctrica

Amperio A

Intensidad luminosa Candela cd

Prefijos

múltiplos submúltiplos

Factor Prefijo Símbolo Factor Prefijo Símbolo

1018 exa E 10-1 deci d

109 giga G 10-2 centi c

106 mega M 10-3 mili m

103 kilo k 10-6 micro μ

102 hecto h 10-9 nano n

101 deca da 10-18 atto a

Mediciones mas frecuentes

- Masa y Peso

- Volumen

- Densidad

- Temperatura

- 1 Kg = 1000 g

- 1 cm3 = (1 x 10-2 m)3

1 mL = 1 cm3

- 1 g/cm3

CCK

C

FFC

F

CCF

º15.273º

º9

º5)32(ºº

º5

º9)32(ºº

ESCALAS DE TEMPERATURA

1. El mercurio es un metal líquido a temperaturaambiente. Su densidad es de 13.6g/ml, ¿cuántosgramos de mercurio ocuparán un volumen de 95.8ml?

2. A qué temperatura en grados Celsius equivalen105ºF? La temperatura de congelación deletilenglicol es -11.5ºC, ¿cuál es esta temperatura enºF? Si la temperatura del sol es de 11372ºF, ¿cuántoes su temperatura en Kelvin?

EJERCICIOS

Análisis dimensional

La distancia entre dos átomos de hidrógeno en una molécula de hidrógeno es de 74 picómetros. Conviértase esta distancia a metros.

El problema es: ? m = 74 pm. 1pm= 1 x 1012 m El factor unitario es:

Ejemplo

La densidad de la plata es 10,5 g/cm3. Conviértase la densidad a unidades de kg/m3.

El problema puede enunciarse como?Kg/m3 = 10,5 g/cm3.

Por tanto se necesitan dos factores unitarios: uno para convertir g a Kg y el otro para convertir cm3 a m3. Se sabe que 1kg = 1000g y que 1cm= 1 x 10-2 m, por tanto se pueden generar los siguientes factores unitarios:

La unidad estadio se utiliza en carreras de

caballos. Las unidades cadena y eslabón se

utilizan en agrimensura. Hay exactamente 8

estadios en 1 mi, 10 cadenas en 1 estadio y 100

eslabones en 1 cadena. ¿Cuál es la longitud de

1 eslabón expresada en pulgadas y con tres

cifras significativas?

1 milla = 1,609344 kilómetros

1. Realice los siguientes cálculos expresando cada número y la respuesta en forma exponencial y con el número adecuado de cifras significativas:a) 0.406x0.0023b) (432.7x6.5x0.002300)/(62x0.103)c) 32.18+0.055-1.652

2. El etilénglicol, un anticongelante líquido, tiene una densidad de 1.11g/mla) Cuál es la masa en gramos de 452ml de etilénglicol?b) Cuál es la masa en kilogramos de 18.6L de etilénglicol?c) Cuál es el volumen en ml ocupado por 65.0g de

etilénglicol?d) Cuál es el volumen en L ocupado por 23.9kg de

etilénglicol

ENLACES QUÍMICOS

NaCl

Na C

l

+

• Por los conocimientos que tenemos hasta elmomento, sabemos que existen al menos 103elementos en la tabla periódica.

• Entonces cabe preguntarse: ¿Cómo interactúanentre sí estos elementos?

• La “forma” en que se unen los elementos esmediante enlaces.

Introducción

¿Qué es un enlace?

En palabras muy simples, un enlace es una fuerzaque mantiene unidos a grupos de dos o másátomos, de tal forma que hace que funcionencomo una sola unidad.

Enlace

Un enlace es la fuerza que existe entre dosátomos, cualquiera sea su naturaleza, debidoa la transferencia total o parcial deelectrones.

De esta forma adquieren ambos unaconfiguración electrónica estable, la quecorrespondería a un gas noble.

Enlace

La respuesta a qué es un enlace no es tan simple,debido a que existen al menos tres modelos queexplican cómo se unen los átomos.

• Estos modelos son:

– Enlace iónico

– Enlace covalente

– Enlace metálico

Enlace

Enlace Iónico

• Es la unión que se realiza entre elementos cargadoseléctricamente, es decir, con cargas opuestas(recordemos que los polos opuestos se atraen).

• Este tipo de enlace ocurre generalmente entremetales y no metales.

• En este tipo de enlace los átomos transfierenelectrones completamente, pudiendo ser uno o máselectrones los que se transfieren.

Enlace Iónico

• En este proceso de transferencia de electrones seforman iones. El átomo que pierde electrones quedacargado positivamente y se llama catión. El átomoque gana electrones queda cargado negativamente yse llama anión.

• Ambos iones adquieren la configuración de un gasnoble.

Enlace Iónico No deja de ser curiosa la forma en que dos elementos que

en sus estados puros son peligrosos (el Na es un metal

corrosivo y el Cl es un gas venenoso), al combinarse

forman un compuesto que nosotros usamos diariamente

en nuestras comidas: la sal.

Na Cl NaCl

+ =

Enlace Iónico

• El Na entrega un electrón (el de su último nivel) al Cl,transformándose en el catión Na+.

• El Cl acepta este electrón, transformándose en elanión Cl-.

• Ahora ambos átomos tienen 8 electrones en suúltimo nivel. Es decir, adquirieron la configuraciónelectrónica de un gas noble.

Acá vemos como el Na entrega su electrón al Cl, quedando ambos como resultado de esta entrega con 8 electrones en su último nivel.

Ejemplo

Na Cl+ -

Los compuestos iónicos poseen una estructuracristalina independientemente de su naturaleza. Estehecho confiere a todos ellos unas propiedadescaracterísticas

En la figura se puede ver la estructura del cloruro de sodio.

En la forma (A) se indican las posiciones (centros) de los iones.

En la forma (B) se representan los iones como esferas empacadas.Los iones esféricos están empacados de manera que lasatracciones iónicas se maximicen.

Propiedades de los enlaces

iónicos

Son sólidos a temperatura ambiente.

son rígidos y funden a temperaturaselevadas.

Cloruro de sodio Cloruro de hierro III

2. En estado sólido no conducen la corriente

eléctrica, pero sí lo hacen cuando se hallan

disueltos o fundidos.

3. Tienen altos puntos de fusión y de ebullición

debido a la fuerte atracción entre los iones. Por

ello pueden usarse como material refractario.

4.Son frágiles y quebradizos.

Cloruro de Magnesio

5. Son muy solubles en agua. Estas disoluciones son

buenas conductoras de la electricidad (se denominan

electrólitos).

Cloruro de sodio disuelto en H2O

EL ENLACE COVALENTE

Las reacciones entre dos átomos no metalesproducen enlaces covalentes. Este tipo de enlace seproduce cuando existe una electronegatividad polar.

Se forma cuando la diferencia de electronegatividadno es suficientemente grande como para que seefectúe transferencia de electrones, entonces losátomos comparten uno o más pares electrónicos enun nuevo tipo de orbital denominado orbitalmolecular.

Dos átomos de Hidrógeno

Enlaces covalentes polares y no

polares

Existen dos subtipos de enlaces covalentes:

Los polares

No polares

Los enlaces polares covalentes ocurren porque

un átomo tiene una mayor afinidad hacia los

electrones que el otro.

En un enlace polar covalente, los electrones que seenlazan pasarán un mayor tiempo alrededor delátomo que tiene la mayor afinidad hacia loselectrones.

Agua

Los enlaces no polares tienen unaigual atracción (afinidad) hacia loselectrones, los electrones que seenlazan son igualmentecompartidos por los dos átomos,y se forma un enlace covalente nopolar.

Siempre que dos átomos delmismo elemento se enlazan, seforma un enlace no polar.

H2, N2, Cl2

Características del enlace

covalente

Direccionalidad y fragilidad en los

enlaces covalentes

•Otra de las principales

características del enlace covalente

es su direccionalidad, la cual hace

referencia al ángulo formado entre

los átomos enlazados

•Su fragilidad, se debe

principalmente a que cuando el

sólido es golpeado, los enlaces

prefieren romperse a dañar el

ángulo formado.

Molécula de metano CH4

Conductividad eléctrica

La falta de conductividad en estas sustancias se puedeexplicar porque los electrones de enlace estánfuertemente localizados atraídos por los dos núcleos delos átomos enlazados

Punto de fusión

Dada la elevada energía necesaria pararomper un enlace covalente, es deesperar un elevado punto de fusióncuando los átomos unidos extiendan susenlaces en las tres direcciones delespacio como sucede en el diamante.

Enlace Metálico

Los átomos de los metales pierden fácilmente los

electrones de valencia y se convierten en iones

positivos, por ejemplo Na+, Cu2+, Mg2+.

Los iones positivos resultantes se ordenan en el

espacio formando la red metálica.

Los electrones desprendidos forman una nube o mar deelectrones que puede desplazarse a través de toda lared. Así el conjunto de los iones positivos del metalqueda unido mediante la nube de electrones con carganegativa que los envuelve.

El enlace no es entre átomos, sino más bien entrecationes metálicos y lo que fueron sus electrones. -fuerzasdeatracción-

Los núcleos de los metales se organizan en estructuras

ordenadas

Características de los enlaces metálicos

1. Conductividad eléctrica: Se da por la presencia de un gran

número de electrones móviles.

2. Buenos conductores del calor: El calor se transporta a

través de los metales por las colisiones entre electrones,

que se producen con mucha frecuencia.

3. Brillo.

4. Puntos de fusión y ebullición altos.

5. Ductilidad y maleabilidad

En un metal, los electrones actúan como un pegamentoflexible que mantiene los núcleos atómicos juntos, loscuales pueden desplazarse unos sobre otros.Por lo tanto los cristales metálicos se pueden deformarsin romperse.

5. Tenacidad y deformabilidad.

Aquí podemos observar cómo los enlaces metálicos son más fuertes

que los enlaces iónicos cuando se someten a una fuerza, el enlacemetálico simplemente sufre una deformación y el enlace iónico serompe ante la misma fuerza.

Algunas Aleaciones

La aleación más importante, el acero, es intersticial:

podríamos decir que los pequeños átomos de carbono

están disueltos en el hierro.

Al aumentar la cantidad del carbono, el acero se vuelvemás duro.

Algunas Aleaciones

Con 0.2% de C se tienen aceros blandos para: (clavos ycadenas); con 0.6% se tienen aceros medios (los de rieles ovigas); y con 1% aceros de alta calidad (cuchillos, resortes,herramientas y similares).

Además del carbono, puede formar aleaciones con otroselementos, como Cr y Ni, con los que se produce el aceroinoxidable.

» Pieltre es una aleación (85% Sn, 7.3% Cu, 6% Bi,1.7%Sb) es muy empleada en utensilios de cocina.

• Las hojas de rasurar tienen

una aleación de Cr- Pt.

Las aleaciones del mercurio se llamanamalgamas. Las de plata y zinc son muyutilizadas por los dentistas para llenar lascavidades dentales.

El mercurio, que solo es muy venenoso,cuando se encuentra en esta amalgamano representa mayor problema de salud.