Presentacin

Presentacin Todo aquello que sucede cuando algo se modifica, es un fenmeno.

Las ciencias estudian los distintos fenmenos de la naturaleza y los provocados por el hombre, investigando sus causas y consecuencias. Cuando ste ocurre y la materia que interviene en el fenmeno no se modifica, estamos en el campo de las Ciencias Fsicas.Ejemplo: Si rompemos un vaso de vidrio La materia del vaso es el vidrio y el golpe trae como consecuencia su rotura, pero no se modifica para nada la sustancia que conforma a la placa, ya que los pedacitos que recogemos del piso siguen siendo vidrio. ste es un fenmeno fsico.Cuando la Fsica se ocupe de l podr calcular la velocidad de cada de los trozos, la velocidad de impacto de los trozos de vidrio sobre el piso, el intercambio de energas en el proceso.Si colocamos un recipiente con agua en el fuego y el agua entra en ebullicin evaporndose.Al calentar agua lquida, las molculas toman energa y la usan para pasar del lquido al vapor. Este fenmeno es fsico, porque si bien el agua cambi de estado, pas del estado lquido al estado de vapor, la naturaleza ntima de la sustancia no se modific, ya que las molculas del lquido y del vapor siguen siendo agua (H2O).Todos los cambios de estado son fenmenos fsicos, ya que la sustancia que interviene sigue siendo la misma, no se modifica.Si al ocurrir un fenmeno se modifica la materia, sta deja de ser lo que era, es decir, se transforma ntimamente. Eso significa que los tomos que forman a las molculas que la constituyen se recombinan, dando lugar a otras sustancias distintas a las que haba antes de producirse el hecho. Clasificamos a este suceso como fenmeno qumico y ser estudiado por las Ciencias Qumicas.Ejemplo: Tomamos un trozo de papel, le acercamos un fsforo y lo quemamos.Luego de quemarse el papel deja de ser la misma sustancia, se convierte en cenizas y otros gases. Hubo un cambio ntimo de la materia, los tomos se recombinaron y formaron otras sustancias. Diremos entonces que se trata de un fenmeno qumico. 1

Si el fenmeno estudiado est en relacin con un ser viviente, entonces el estudio estar centrado en las Ciencias Biolgicas.

La qumica y la fsica han evolucionado con el tiempo. Todas ellas investigan profundamente los hechos que trasforman en objeto de estudio, pero la Ciencia que las apoya permanentemente es la Matemtica, madre de todas las ciencias, porque las leyes que rigen la naturaleza de los distintos fenmenos, si bien son experimentales, se deducen a travs de clculos matemticos.

La biofsica es el estudio de las fuerzas y fenmenos fsicos implicados en los procesos de seres vivientes en los estudios proporcionados por la fsica y es por ello una ciencia interdisciplinaria. El Universo 2

Biografa de un tomo de carbono

POR J. BRONOWSKI (cientfico polaco)Cada uno lleva hoy en su cuerpo sustancias que nacieron hace miles millones de aos en el gneo de crisol de una estrella. Vamos a hacer el retrato de un solo tomo: su aspecto, su nacimiento, su carrera y su sitio en el mundo. Entre los ciento y pico de tomos distintos que existen, parece natural que escojamos el que se encuentra ms ntimamente ligado a los procesos vitales. As pues, tomar el tomo de carbono, porque de estos tomos estn llenas las clulas de todos los seres vivientes y, hasta donde nosotros sabemos, sin ellos no puede existir la vida en ningn lugar del universo.Y entre todos los tomos de carbono del mundo, voy a escoger uno que este en el cuerpo del lector, en el cromosoma sexual, uno de los corpsculos determinantes de la herencia que su madre le trasmiti en el momento de la concepcin y de entonces ac ha permanecido en una de sus clulas.Cmo es el tomo de carbono? Nadie lo sabe. Nadie sabe cmo es ningn tomo. Son demasiado pequeos para poderlos ver, de modo que ms bien lo que debemos preguntar es: Cules son las partes componentes del tomo de carbono? Y cmo estn unidas estas partes?Un tomo de cualquier sustancia es la porcin ms pequea que es caracterstica de esa sustancia y no de otras; pero todos los tomos, sean de hidrgeno o de oxigeno, de carbono, de oro o de uranio, se componen de las mismas partculas menores fundamentales. De estas, tres son las ms importantes: los protones (elctricamente positivos); los neutrones (elctricamente neutros) y los electrones (elctricamente negativos).Adems, todos los tomos tienen esencialmente la misma estructura. En el centro se encuentra un ncleo pesado compuesto de protones y neutrones ntimamente ligados entre s; y alrededor estn los electrones, en perpetuo movimiento, dando vueltas en torno al ncleo de la misma manera que los planetas giran alrededor del Sol.

Lo nico que diferencia a unos tomos de otros es el nmero de partculas de que se componen. Cada uno tiene un nmero caracterstico. El ncleo de hidrgeno, por ejemplo, tiene un protn: el de helio, dos (y por lo general dos neutrones), y as sucesivamente en la escala ascendente de las 100 clases de tomos que hay en la Naturaleza. 3

En esta escala el tomo de carbono ocupa el sexto peldao; tiene seis protones y por lo general seis neutrones. En torno a este ncleo giran seis electrones. Como el ncleo tiene carga elctrica positiva, los electrones que lo rodean elctricamente negativos, los atraen mutuamente y no hay tendencia a que todo el tomo haga explosin. El tomo que he escogido est constituido de esta manera Pero en dnde reside el carcter del tomo de carbono? En esta estructura Que es lo caracterstico del carbono y de nada ms que l?Por ejemplo. Debe tener precisamente seis electrones? No.

Es posible que algunos electrones se desprendan, o que se le quiten todos, y sin embargo el ncleo sigue siendo carbono. Entonces Tiene que haber exactamente seis neutrones en el ncleo? Tampoco. Hay algunas variedades (istopos) de carbono que contienen uno o dos neutrones adicionales. El carcter del elemento reside solamente en un nmero: para ser carbono, el tomo tiene que tener seis protones en el ncleo, ni uno ms, ni uno menos.Cmo lleg a formarse el tomo de carbono? Se hizo literalmente por unin de sus partes componentes? La respuesta es afirmativa. Este tomo tiene su historia, y muy sorprendente por cierto. Mucho antes de venir a la Tierra en su viaje csmico desde los espacios infinitos hasta el cromosoma X, naci en tres violentas etapas.El nacimiento comenz en una joven estrella. Una estrella joven es una masa de ncleos de hidrgeno -es decir, de protones- y, como la estrella est caliente, los protones se hallan en rapidsimo movimiento. De tiempo en tiempo uno se estrella contra otro y vence la repulsin elctrica que existe entre los dos. Cuando esto ocurre, uno de los protones pierde su carga elctrica y se convierte en un neutrn, y entonces protn y neutrn se unen para formar el nuevo ncleo de una sustancia llamada deuterio, o hidrgeno pesado. Con el tiempo este ncleo capturar otro protn y otro neutrn, y entonces se convierte en un ncleo de helio. Este es el proceso fundamental de fusin que ocurre en las estrellas, mediante el cual el primitivo hidrgeno del universo va formando un nuevo material bsico, el helio; y es la primera etapa del nacimiento de los tomos ms pesados. Despus de varios centenares de millones de aos, la estrella, que ya no es joven, est compuesta casi totalmente de helio. Ahora los tomos de helio empiezan a chocar los unos con los otros. De vez en cuando no chocan dos, sino tres tomos en el mismo momento. Esta es la segunda y crtica etapa del nacimiento, el momento en que el ncleo de carbono nace realmente. El tomo de carbono cuya biografa estamos haciendo naci en virtud de esa extraordinaria coincidencia triple hace miles de millones de aos. 4

Y cmo vino luego a la Tierra? La estrella, a medida que envejeca, continuaba formando con su helio nuevos tomos de carbono y otros ms pesados.Al fin, llena de tomos pesados, hizo explosin. Los de carbono y los dems se dispersaron por el espacio y se mezclaron con el tenue mar de hidrgeno que lo llena.

Ms tarde, cuando empez a formarse una estrella nueva de este hidrgeno, absorbi algunos tomos de carbono y de otras sustancias. Constantemente se estn formando estrellas nuevas de esta manera; una de esas estrellas nuevas fue nuestro Sol, que se form hace tres o cuatro mil millones de aos. Algn tiempo despus, un accidente csmico sac del Sol a la Tierra y otros planetas. El tomo de carbono del lector era parte de esa vasta lengua caliente de materia que, al enfriarse, constituy los planetas. Esa fue la tercera etapa violenta del nacimiento de todos los tomos de carbono que hay en la Tierra.Desde entonces, nuestro tomo de carbono no ha cambiado. En ese tiempo ha formado parte de muchas cosas distintas, vivas y muertas, pero siempre ha seguido siendo el mismo tomo de carbono. En un tiempo pudo haber sido parte de un diamante, que es un cristal puro de carbono y nada ms. Despus pudo haberse desprendido del diamante para unirse a dos tomos de oxigeno y formar con ellos anhdrido carbnico, que a su vez seria absorbido por las hojas de las plantas en el proceso de su respiracin, y sera convertido all en azcar. Quiz la planta se la comi una vaca. Y un antecesor del lector pudo haber tomado leche de esa vaca o comido su carne, y en la leche o en la carne poda estar el tomo de carbono.

En el cuerpo de ese lejano antecesor, el tomo de carbono fue a dar en uno de sus cromosomas, que trasmiten la herencia de padres a hijos. Con el tiempo vino a ser parte de uno de los dos cromosomas X que llev la madre del lector y que puede pasar a su hijo.

Si el tomo de carbono est todava en su cuerpo cuando usted muera, volver a la tierra, de donde otra vez podr tomarlo una planta para que se reanude una vez ms el ciclo de la vida vegetal y animal.

La prxima vez que este tomo de carbono entre en un cuerpo humano, podr formar parte de un hueso, una ua o un cabello. Luego puede volver al aire en forma de anhdrido carbnico, y entrar y salir de los pulmones de los seres humanos durante millares de aos. En cualquier momento el aire de los pulmones de un hombre contiene 10.000.000.000.000.000.000.000 de tomos, de modo que ms tarde o ms temprano todos nosotros respiramos un tomo que ha sido antes respirado por cualquier persona que haya vivido -Miguel ngel, o Jorge Washington, o Moiss. Su tomo de carbono ser respirado por algn genio del futuro. 5

Ms adelante, en un porvenir ms distante todava, su tomo de carbono puede entrar en el torrente circulatorio de algn animal que no ha evolucionado todava. Despus quiz regrese al suelo y permanezca aprisionado en algn mineral durante millones de aos. Con el tiempo, puede volver a comenzar su ciclo de vida.Terminar algn da ese ciclo? No lo sabemos. Su tomo de carbono, como tomo, no ha cambiado en cuatro mil millones de aos y aun ms, y no hay razn para que no siga inalterado. Aun cuando la Tierra fuera al fin quemada por el Sol, el tomo de carbono podra volver al espacio y podra absorberlo otra vez una estrella nueva. En una estrella, y solo en una estrella puede desaparecer su identidad. All puede ser despedazado por violentos choques atmicos y sus partes pasar a formar otros tomos. Solo entonces terminara la carrera de un tomo de carbono. Lo mismo que usted, habr muerto como individuo, pero, tambin como usted, sobrevivir a su muerte y se convertir, tal vez, en parte de la vida de un nuevo individuo: en parte de un nuevo tomo con una nueva identidad.

Conceptos de la Fsica y de la Qumica.

Qumica: Se conoce bajo el trmino de qumica a la ciencia que estudia las propiedades, estructuras y procesos relativos a la materia y su composicin. Qumica orgnica: Es la parte de la qumica que estudia los compuestos del carbono.

Qumica inorgnica: Es el estudio de los elementos y sustancias desde el punto de vista de sus propiedades, estructura, reacciones y variaciones de energa de la mismas.

Fsica: Es la ciencia que estudia las propiedades de los cuerpos y de la materia en forma general, y, cuando se transforman, es decir los fenmenos. Los fenmenos pueden ser fsicos o qumicos.

Bioqumica: Es la ciencia que estudia los procesos biolgicos a nivel molecular. Adems estudia el comportamiento de la materia viva usando tcnicas qumicas, fsicas y biolgicas.

Biofsica: Es el estudio de las fuerzas y de los fenmenos fsicos implicados en los procesos vivos. 6

Biomolculas: Son las molculas integrantes de todo ser vivo.

Fenmenos naturales: Los diversos y variados cambios que constantemente ocurren en la naturaleza son fenmenos naturales.

Fenmenos Fsicos: Son todos aquellos cambios en que las propiedades de las sustancias no se modifican en forma permanente y son estudiados por la Fsica.

Fenmenos Qumicos: Son todas aquellas transformaciones que alteran las propiedades de las sustancias de modo definitivo y permanente. Son estudiados por la Qumica.

Cuerpo: Porcin limitada de la materia.Masa: de un cuerpo es la cantidad de materia que posee un cuerpo.

Peso: de un cuerpo es el resultado de la atraccin que ejerce la tierra (o gravedad) sobre la masa de ese cuerpo. Es una fuerza.

Fuerza: Es todo aquello que puede modificar el estado de reposo o de movimiento de un cuerpo o la forma del mismo.

Magnitud: Es todo lo que se puede medir. Se expresa como el producto de un nmero por una unidad. Ejemplo: 2 m (dos metros).

Materia: Es el componente comn a todos los cuerpos dotados de masa. Es lo comn a todos los cuerpos.

Propiedades de la materia son:

A) Ponderabilidad (Ej.: peso)

B) Impenetrabilidad (tan slo un cuerpo ocupa ese lugar en el espacio)

C) Extensin,

D) Inercia.

tomo: Es la menor porcin de materia capaz de combinarse para formar molculas.

Molcula: Es la menor porcin de sustancia que puede existir en estado libre conservando todas las propiedades de esa sustancia.

Elemento qumico: es la unidad qumica fundamental a partir de la cual se forman las distintas sustancias.

7Combinacin qumica: Es la unin de dos o ms sustancias para formar una nueva, con propiedades diferentes de las que tenan las sustancias iniciales.

Sustancia: Son las distintas clases de materia. Por ejemplo, azcar, harina, etc. Tambin podemos decir que es la calidad de materia que un cuerpo posee.

Por ejemplo un cubo puede ser de madera, mrmol, corcho.

Sustancias simples: Estn formadas por tomos de la misma naturaleza. Ejemplo: oxgeno: O2, nitrgeno: N2, ozono: O3. Las molculas de los metales son monoatmicas: K, Fe, Na y las de algunos gases son biatmicas, o algunas como el ozono triatmicas.

Sustancias compuestas: Estn formadas por tomos diferentes. Por ejemplo: H2O (agua), CO2 (dixido de carbono)Ecuacin qumica: Representacin escrita o grfica de una reaccin qumica.

xidos: son aquellos compuestos que resultan de su combinacin con el oxgeno. Pueden ser xidos cidos u xidos bsicos.

xidos cidos: son compuestos que resultan de la combinacin de un elemento no metlico con el agua.

Por ejemplo: C + O2 ( CO2 (dixido de carbono)

cidos: es la reaccin de un xido cido y agua.

CO2 + H20 ( H2CO3(cido carbnico) xidos bsicos: son compuestos que resultan de la combinacin de un elemento metlico con el oxgeno.

Por ejemplo: 2K + O2 ( K2O

Hidrxidos: es la reaccin de un xido bsico con agua.

Por ejemplo K2O + H2O ( 2 KOH 8

Reaccin qumica: Las reacciones qumicas son procesos de cambio de unas sustancias en otras. El efecto conjunto de estas transformaciones moleculares se traducir en un cambio observable de sustancia o cambio qumico. Dicho proceso de transformacin recibe el nombre de reaccin qumica. Con frecuencia, sustancias formadas por iones participan en las reacciones qumicas. En tales casos, las molculas de la descripcin anterior deben ser

consideradas realmente como agregados inicos. En las reacciones qumicas la sustancia o sustancias iniciales se denominan reactivos y las finales productos; el proceso de transformacin se representa mediante las llamadas reacciones qumicas en la forma: Reactivos (reaccin qumica) productos

Ejemplo: 2Na +1/2 O2 Na 2O

Sustancias reaccionantes Productos de la reaccin

Tanto los reactivos como los productos se escriben mediante sus frmulas correspondientes. La flecha indica el sentido de la transformacin. Si es posible conviene indicar en la ecuacin qumica el estado fsico de reactivos y productos.

NH3(g) + H2O(l) NH4OH(aq)

NH4OH(aq) NH4+(aq) + OH-

In: es un tomo o grupo de tomos con carga elctrica. Se dividen en aniones y cationes.

Anin:

Un anin es un in (sea tomo (Cl-) o molcula (HCO3-) con carga elctrica negativa, es decir, con exceso de electrones. Los aniones se describen con un estado de oxidacin negativo. Por ejemplo: anin hidroxilo u oxhidrilo: OH-

Catin:

Un catin es un in (sea tomo (Na+) o molcula: NH4+ (in amonio), con carga elctrica positiva, es decir, ha perdido electrones. Los cationes se describen con un estado de oxidacin positivo, por ejemplo: NH4+

Corriente elctrica: Es una corriente de electrones a travs de un conductor. Los electrones son las partculas atmicas que tienen carga negativa. 9

Electrolito: Es toda sustancia que estando disuelta, o sea en solucin, conduce la corriente elctrica, y, por lo tanto tiene cargas elctricas, y son los iones (aniones y cationes).Energa: Es la capacidad de producir trabajo. Por ejemplo: energa calrica, cintica, elctrica.

Mezcla: Es un sistema material donde sus componentes estn en cantidades variables, pero cada componente conserva sus propiedades. Lo cual hace posible su separacin por mtodos fsicos. Por ejemplo: arena y canto rodado, azufre en polvo y limaduras de hierro.

Sistema heterogneo: Se observan distintas fases, y las propiedades varan en la muestra, pues cada fase tiene sus propias propiedades. Por ejemplo: agua y arena.

Sistema homogneo: Puede estar formada por distintos componentes, presenta una sola fase, es decir su apariencia es uniforme, pero pueden separarse sus componentes por mtodos fsicos o qumicos. Ejemplo: agua salada. Sistema material: es todo aquello que est sujeto a nuestra observacin y estudio. En general se hallan formados por componentes de diferentes propiedades.

Solucin: Es un sistema homogneo que se puede fraccionar, separar. Est formado por un soluto (que es lo que se disuelve) y un solvente (que es el que disuelve). Por ejemplo: agua salada. Es una solucin formada por el soluto: sal y el solvente: agua. 10

SOLUCINSUSTANCIA PURA

Sistema homogneo

Propiedades intensivas idnticas en todas sus porciones

Fraccionable por mtodos fsicos

La posicin de sus componentes puede variar

Dos o ms clases de molculas

Agua Salada (H2O + NaCl) Sistema heterogneo

Propiedades intensivas idnticas en todas sus porciones

Fraccionable por mtodos fsicos

Composicin qumica constante

Una sola clase de molculas

Simples ( Oxigeno (O2)

Compuestas ( Agua (H2O)

SISTEMAS MATERIALES 11

Materia:

Es todo lo que posee masa, y ocupa un lugar en el espacio.Sistema Material:

Porcin de materia que debe aislarse para su estudio. Sistema Homogneo:

Es el sistema que en todos los puntos de su masa posee iguales propiedades fsicas y qumicas (o sea las mismas propiedades intensivas). Sustancia Pura:

Es un sistema homogneo con propiedades intensivas constantes.

Son resistentes a los procedimientos fsicos y mecnicos del anlisis.Simples:

Son sustancias puras que no se pueden descomponer en otras y estn formadas por tomos de un mismo elemento.

Compuestas:

Son sustancias puras que se pueden descomponer en otras. Estn formadas por tomos de diferentes elementos.

Solucin:

Es un sistema homogneo constituido por dos o ms sustancias puras.Solucin= soluto ms solvente. Soluto:

Es la sustancia en menor abundancia dentro de la solucin.

Solvente:

Es la sustancia cuyo estado fsico es el mismo que el que presenta la solucin, y que disuelve el soluto.

Sistema Heterogneo

Es el sistema que en diferentes puntos tiene distintas propiedades fsicas y qumicas, o sea distintas propiedades intensivas. Dispersin Grosera:

Son sistemas heterogneos visibles a simple vista.

Dispersin Fina:

Es un sistema heterogneo visible al microscopio.Suspensiones:

Son dispersiones finas con la fase dispersante liquida y la dispersa slida.

Emulsiones:

Son dispersiones finas con ambas fases liquidas.

Dispersin Coloidal:

Es un sistema heterogneo no visible al microscopio, slo visible al visible al ultramicroscopio.

12Cuadro conceptual sobre Materia

PROPIEDADES DE LA MATERIA.Son aquellas que son comunes a todas las clases de materia. Entre ellas podemos citar:

Divisibilidad: la materia no es continua.

Impenetrabilidad: dos porciones de materia no pueden ocupar el mismo espacio simultneamente.

Indestructibilidad: la materia no se crea ni se destruye, slo se transforma en otra clase de materia.

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Ponderabilidad: la materia es ponderable, quiere decir que se puede medir su masa. La masa indica la cantidad de materia de un cuerpo y se mide con la balanza.Extensin: la extensin quiere decir que la materia ocupa un lugar en el espacio, o sea tiene volumen.Inercia: La inercia es la resistencia que opone la materia a variar el estado de reposo o de movimiento que posee en un momento dado.

PROPIEDADES FSICAS

Las propiedades fsicas pueden ser: extensivas e intensivas.PROPIEDADES EXTENSIVASLas Propiedades Extensivas se caracterizan porque dependen de la cantidad de materia: la masa, el volumen y la superficie.

PROPIEDADES INTENSIVASLas propiedades Intensivas no dependen de la cantidad de materia.

Se dividen en organolpticas ( determinadas por los sentidos) y constantes fsicas como por ejemplo el punto de ebullicin, el punto de fusin, la densidad, el calor especfico, el coeficiente de dilatacin, peso especfico. etc.

Densidad y peso especficoSon propiedades de las sustancias.Densidad y peso especfico son cualidades propias de una sustancia. Son propiedades intensivas de la materia.

La densidad, es una de las propiedades ms caractersticas de cada sustancia.

Es la masa en la unidad de volumen.

Llamando m a la masa, y v al volumen, la densidad, , vale:

Densidad = masa/volumen se mide en g/cm3 kg / m3Densidad= = m / V 14

Se obtiene dividiendo una masa conocida de la sustancia entre el volumen que ocupa.

Unidades: En el Sistema Internacional la unidad de densidad es el Kg. (Unidad de masa) entre el m3 (unidad de volumen). Es decir, kg/m3 y kg /dm3Sin embargo es muy frecuente expresar la densidad en g/cm3 o g/ml (Unidad cegesimal).

El peso especfico de una sustancia es el peso de la unidad de volumen.Llamando (peso especfico) P al peso y v al volumen, = P / V Peso especfico= peso/volumen se mide en gf / cm3 N / m3Se obtiene dividiendo un peso conocido de la sustancia entre el volumen que ocupa. Densidad y concentracin

En fsica, la densidad, simbolizada habitualmente por la letra griega .Propiedad de los cuerpos que especifica la cantidad de masa por unidad de volumen. Es una propiedad intensiva de la materia.

Densidad es la relacin entre la masa de una sustancia y el volumen que ocupa. Se expresa con la letra delta: En qumica, se llama concentracin de una solucin a la proporcin o relacin que hay entre la cantidad de soluto y la cantidad de solvente, donde el soluto es la sustancia que se disuelve, el solvente la sustancia que disuelve al soluto, y la solucin es el resultado de la mezcla homognea de las dos anteriores. A menor proporcin de soluto disuelto en el solvente, menos concentrada est la solucin, y a mayor proporcin ms concentrada es sta.

Concentracin = cantidad de soluto / cantidad de disolvente.

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El alcohol comercial de uso domstico, por ejemplo, generalmente no viene en una presentacin pura (100% alcohol), sino que es una solucin de alcohol en agua en cierta proporcin, donde el alcohol es el soluto (la sustancia que se disuelve) y el agua es el solvente (la sustancia que disuelve el soluto). Cuando la etiqueta del envase dice que este alcohol est al 70% V/V (de concentracin) significa que hay un 70% de alcohol, y el resto, el 30%, es agua.

Evidentemente no es una propiedad intensiva de la materia.Las propiedades Qumicas: las cuales se observan cuando una sustancia sufre un cambio qumico, es decir, en su estructura interna, transformndose en otra sustancia. Son combinacin, descomposicin, combustin.

La Combustin

Combustin: es toda reaccin qumica con desprendimiento de luz y calor.Combustibles: Son aquellas sustancias que arden en el comburente.

Comburente: Es la sustancia que mantiene la combustin. Combustible + Comburente Combustin

El oxgeno es el comburente universal

Los combustibles se combinan con el oxgeno del aire produciendo luz y calor.

Los combustibles se encuentran en los tres estados de agregacin de la materia: Slidas: carbones

Lquidas: alcohol

Gases: gas natural

La combustin es un proceso de transformacin de la materia que se inicia con un aporte de energa y que, en presencia de oxgeno, da lugar a la formacin de nuevas sustancias y a la liberacin de energa en forma de calor y luz.Cuando se quema un papel, el aporte de energa lo proporciona la llama; la reaccin ocurre en presencia del aire, el cual contiene oxgeno.Al producirse la reaccin qumica entre el combustible, en este caso el papel (el que arde) y el comburente, oxgeno (el que hace arder) se obtienen como productos de la reaccin qumica, en general, CO2, H2O y cenizas que corresponden al residuo mineral del papel. 14

La masa inicial del papel se transform entonces en cenizas y gases que fueron liberados a la atmsfera. Adems, se produce calor y luz.Las combustiones pueden ser:

Combustiones vivas: se producen con desprendimiento de luz y calor. C + O2 energa ( CO2 C2 H6 + 3 1/2 O2 energa(2 CO2 + 3 H2 O

Etano (gas natural)

Combustiones lentas: la produccin de luz y calor no es apreciada directamente.

3Fe + 2O2 ( Fe3 O4 Herrumbre

A este proceso se lo llama oxidacin.

Luego: la oxidacin es una combustin lenta donde la produccin de luz o calor no es apreciada directamente.

Ejemplo: la respiracin del hombre es una combustin lenta o sea una oxidacin.

SISTEMAS MATERIALES

Se denomina sistema material a toda porcin de materia que se asla del espacio restante para poder ser estudiada.Se clasifican de acuerdo a distintos criterios:

Primer criterio: Segn que interacten o no con el medio pueden ser:

a) Abiertos: son aquellos en los que hay transferencia de materia y energa entre el sistema y el medio. 15

b) Cerrados es aquel que no intercambia materia pero si puede intercambiar energa con el medio.c) Aislados: es aquel que no intercambia ni materia ni energa con el medio.

Segundo criterio: Teniendo en cuenta las propiedades intensivas. Y pueden ser:

A) Homogneos: son aquellos que poseen iguales propiedades intensivas en distintos puntos del sistema que consideramos.

Todo sistema homogneo se caracteriza por no presentar una superficie de separacin, es por ello que se dice que todo sistema homogneo presenta una sola fase. Pero debemos tener en cuenta que un sistema puede ser homogneo a simple vista y no al microscopio, tal como sucede con la leche.

B) Heterogneos: son aquellos que no poseen iguales propiedades intensivas en todos los puntos del sistema.

ENERGA Y MATERIALa utilidad de la energa se manifiesta en que debido a ella, el ser humano puede realizar procesos y trabajos que le garanticen la supervivencia a la cabeza de las otras especies animales, la comodidad y el dominio que ha venido ejerciendo sobre el medio natural. 15

Definicin de energa: Energa es el poder o capacidad de realizar o producir trabajo

Estados de agregacin de la materia

stos son: Slido, lquido y gaseoso (a stos dos ltimos los denominamos fluidos).

Maxwell y Julius (siglo XIX), junto a otros fsicos formularon la denominada Teora cintica de la materia que permite comprender las diferencias entre lquidos, slidos y gases, como as el comportamiento de las molculas cuando una sustancia pasa de un estado a otro. 16

Fundamentalmente sta teora dice:

1.- Las molculas de las sustancias estn separadas unas de las otras.

2.- El tamao de las molculas es despreciable con respecto a los espacios intermoleculares.

3.- Las molculas se mueven en forma desordenada, en lnea recta, chocando entre s.4.- La energa cintica (o de movimiento) de las molculas es proporcional a la temperatura que soportan.

5.- Entre las molculas existen fuerzas de cohesin, llamadas de Van der Walls (fsico que las explico), que contrarrestan a las fuerzas de repulsin originadas por la energa cintica. En resumen: Slido: presenta las siguientes caractersticas

1.- Poseen forma propia y la propiedad de conservarla a pesar de las fuerzas que tienden a deformarlas

2.- Presentan volumen propio. Las molculas que la forman estn muy unidas entre s.

Fluido: son los lquidos y los gases

Propiedades que presentan

1.- Tienen movimientos de traslacin

2.- Por accin del calor se dilatan 17

Cambios de estado de la materia Cmo se produce un cambio de estado?

Los cambios de estado se pueden producir de dos formas: 1.- Cambiando la temperatura a la que se encuentra una sustancia: a. Si calentamos damos energa y las partculas disminuyen sus fuerzas de cohesin, aumenta la energa de vibracin y la estructura ms o menos rgida que poseen pierde fortaleza. El conjunto de partculas que forman sta sustancia se desordena; los cambios de estado en stas condiciones son progresivos (fusin, vaporizacin, sublimacin). mayor temperaturamayor energa de vibracin de las partculasmayor movilidad de las partculasMs desordenada la estructura

b. Si enfriamos quitamos energa y las partculas se mantienen ms cerca, aumentan sus fuerzas de cohesin y el sistema se ordena y los cambios de estado son regresivos (condensacin, solidificacin, sublimacin). menor temperaturamenor energa de vibracin de las partculasmenor movilidad de las partculasms ordenada la estructura

2. Cambiando la presin a la que se encuentra una sustancia: a. Si disminuimos la presin el sistema tiende a desordenarse ya que no se favorece el acercamiento de las partculas, disminuyen las fuerzas de cohesin y se favorece un cambio de estado (fusin, vaporizacin, sublimacin). 16b. Si aumentamos la presin se favorece el acercamiento de las partculas lo que produce un aumento de las fuerzas de cohesin y una tendencia a los cambios de estado (condensacin, solidificacin, sublimacin). 18

Tabla Peridica

19 La materia

19

20

Tabla peridica

NUMEROS CUANTICOS

La propuesta de Schrodinger, considerado como el 5 modelo atmico, radica en describir las caractersticas de todos los electrones de un tomo, y para ello uso lo que conocemos como nmeros cunticos.

Los nmeros cunticos se denominan con las letras n, m, l y s y nos indican la posicin y la energa del electrn. Ningn electrn de un mismo tomo puede tener los mismos nmeros cunticos.

El significado de los nmeros cunticos es:

n = nmero cuntico principal, que indica el nivel de energa donde se encuentra el electrn, asume valores enteros positivos, del 1 al 7. l = nmero cuntico secundario, que indica el orbital en el que se encuentra el electrn, puede ser s, p, d y f (0, 1, 2 y 3).

m = nmero cuntico magntico, representa la orientacin de los orbitales en el espacio, o el tipo de orbital, dentro de un orbital especifico. Asume valores del nmero cuntico secundario negativo

(-l) pasando por cero, hasta el nmero cuntico positivo (+l).

s = nmero cuntico de spin, que describe la orientacin del giro del electrn. Este nmero tiene en cuenta la rotacin del electrn alrededor de su propio eje a medida que se mueve rodeando al ncleo. Asume nicamente dos valores +1/2 y 1/2

En resumen los nmeros cuanticos se expresan:

n: Nivel de energa (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7)

l: Orbital (s=0, p=1, d=2 y f=3) de l =0 (orbital s) hasta n - 1.

m: magntico (m=-l ,0 +1) desde -l, pasando por cero, hasta +l.

s: spin (-1/2 , + 1/2 ).

Los nmeros cunticos sirven a su vez para entender la informacin que aporta la configuracin electrnica 20

De esta forma se pueden obtener los nmeros cunticos de los electrones de los niveles superiores. Para mayor facilidad se presentar una tabla para asignar los nmeros cunticos correctos, conociendo la configuracin electrnica y la localizacin exacta del electrn.

1s2/2s22p6/3s23p6/4s23d104p6/5s24d105p6/6s24f145d106p6/7s25f146d107p6

El nmero que precede al orbital (en el ejemplo el primero es 1= nivel)y el orbital es s es igual al nmero cuntico principal, otro ejemplo para los electrones que estn en el orbital 4p, el nivel = 4.

El nmero cuntico secundario se establece observando el orbital referido:

Por ejemplo para el orbital 4p, el subnivel es el orbital,l = 1 (p)

Orbital Equivalencia

s 0

p 1

d 2

f 3

El existen tres tipos de orbitales p (px, py y pz) en cada uno de ellos se acomodan dos electrones en cada uno.

Esos espacios o tipos de orbitales reciben el nmero cuntico magntico de -1, 0 y +1. Es decir para el orbital p existen 3 nmeros cunticos magnticos.

Orbital Tipos de orbitales Nmeros cunticos m Numero de electrones

s 1 0 2

p 3 -1 , 0 , +1 6

d 5 -2 , -1 , 0 , +1 ,+2 10

f 7 -3 , -2 , -1 , 0 , +1 , +2 , +3 14

21

Si nos referimos al cuarto nivel de energa, 4s23d104p6? , y se menciona al orbital 4p, el superndice indica el total de electrones que se encuentran en ese orbital, si se sabe que el orbital p siempre tiene los nmeros cunticos m (-1, 0, +1), entonces se agrupan de dos en dos, es decir 2 electrones para cada nmero cuntico magntico.

O sea que dos electrones (los apareados) van a diferir solamente en el nmero cuntico s o de spin, ya que uno tendr s = - 1/2 y el otro s = + 1/2.

Principio de Exclusin de Pauli

El mismo dice "En un mismo tomo no puede existir dos electrones que tengan los mismos nmeros cunticos" de esta manera podemos entonces afirmar que en un mismo orbital no puede haber ms de dos electrones y que los mismos deben tener distinto nmero de spin.

La regla de Hund

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

.ESTRUCTURA ATMICA

El tomo es la partcula ms pequea de un elemento qumico que mantiene su identidad a travs de cambios fsicos y qumicos. Los tomos estn constituidos por un ncleo y una corteza electrnica. En el primero se encuentran partculas cargadas positivamente, llamadas protones y partculas neutras llamadas neutrones. En la segunda, se encuentran partculas cargadas negativamente, llamados electrones. Debido a la extrema pequeez de los tomos, su masa no puede ser determinada mediante el uso de instrumento alguno, y para poder mensurarlas, se ide una unidad acorde: la unidad de masa atmica o uma, la que se define como la relacin 1/12 de la masa del tomo de 12C, y equivale a 1,67 x 10-24 g.Las propiedades y ubicacin de las partculas subatmicas fundamentales se encuentran resumidas en el siguiente cuadro: 22

Partcula (smbolo)UbicacinMasa aproximada (uma)Carga (escala relativa)

protn (p o p+)Ncleo1+1

neutrn (n o no)Ncleo10

electrn (e-)Corteza1/1800-1

Partculas fundamentales de la materia

El tomo est formado por un ncleo positivamente cargado, muy pequeo y denso, rodeado por nubes de electrones a distancias del ncleo relativamente grandes.

El ncleo atmico, debido a la presencia de los protones, est cargado con tantas cargas positivas como protones posea, y prcticamente la totalidad de la masa del tomo est contenida en l. En la corteza electrnica se encuentran tantos electrones como protones haya en el ncleo, dando as un tomo elctricamente neutro. Los electrones se distribuyen alrededor del ncleo y son los que intervienen en las reacciones qumicas. Ncleo atmico

El nmero atmico de un elemento corresponde al nmero de protones que contiene cada uno de sus tomos. Se identifica con la letra Z. La ubicacin de los elementos en la tabla peridica es en base al nmero Z.Es decir que: Z define al elemento. A cada tomo con un nmero atmico determinado se le asigna un smbolo por el cual se lo reconoce. En otras palabras, los tomos del mismo elemento tendrn igual Z, y los de elementos diferentes, diferente Z.

Por ejemplo:Z=11 corresponde al elemento Na Al elemento Fe le corresponde el Z=26

Nmero msico

El nmero msico de un tomo se define como la suma del nmero de protones y de neutrones que posee y se representa con la letra A.La vinculacin entre A y Z est dada:A = Nmero de protones + Nmero de neutronesA = Z + Nmero de neutrones 23

Debido a que las partculas nucleares son las que poseen masa apreciable, siendo la de cada una de ellas de aproximadamente 1 uma, el nmero de estas partculas da la masa del tomo expresado en umas.Por ejemplo: Un tomo del elemento K (potasio) posee 19 protones y 20 neutrones, lo que determina que A=39 y la masa atmica ser 39 umas.

Smbolo nuclear

Se representa al tomo con el smbolo del elemento que le corresponde; a la izquierda y arriba del smbolo se escribe el nmero msico (A) y a la izquierda y abajo se coloca el nmero atmico (Z).

AX elementoZ

Por ejemplo:37Cl 17 Significa que ese tomo de cloro posee en su ncleo 17 protones, y 37-17=20 neutrones. Por ser una estructura neutra, tendr 17 electrones en la corteza electrnica.

Istopos Son tomos que poseen igual nmero de protones y diferente nmero de neutrones, o sea que son tomos del mismo elemento y de diferente nmero de neutrones, por lo que decimos que tienen igual Z y diferente A.Por ejemplo:14C6 12C 6 24

Muchos elementos existen en la naturaleza formando varios istopos aunque normalmente uno de ellos es ms abundante que el resto.

En la figura se muestra el ejemplo correspondiente al Ne:

Abundancia isotpica: Indica la fraccin del nmero total de tomos de un cierto istopo con respecto al total de la muestra. En el Carbono natural, la abundancia del 12C y 14C son respectivamente 98,9% y 1,1%. Esto quiere decir que de cada 1000 tomos de C considerados, 989 poseen una masa de 12 umas y 11 de ellos, poseen una masa atmica de 14.

Corteza ElectrnicaPara poder entender por qu los tomos se unen de una determinada forma, o por qu distintos elementos tienen propiedades fsicas y qumicas diferentes, es necesario aprender algo sobre la distribucin de los electrones en los tomos. La teora de estas distribuciones se basa en gran medida en el estudio de la luz emitida o absorbida por los tomos. El nmero de subniveles de un nivel energtico es igual al nmero cuntico principal de este. Tales subniveles se designan de diferentes maneras: el subnivel de menor energa de cada capa se simboliza con la letra s y los sucesivos, cada vez de mayor energa con las letras p, d y f. Los subniveles s, p, d y f pueden contener como mximo 2, 6, 10 y 14 electrones respectivamente. Niveles de energa del hidrgeno corresponden a la energa liberada al descender los electrones de un nivel de energa superior a uno inferior. 25

La configuracin electrnica se describe mediante la notacin que se indica en la figura de la derechaEn el ejemplo anterior, la configuracin electrnica es 1s2 2s2 2p6 3s1Esto es 2 electrones en el subnivel 1s, 2 en el subnivel 2s, 6 electrones en el subnivel 2p y 1 electrn en el subnivel 3s.

Iones Las estructuras cargadas positivamente o negativamente se denominan iones:- Con carga positiva: cationes.- Con carga negativa: aniones.Cuando dos o ms tomos se acercan, sern los electrones los que interaccionan debido a que forman la corteza del tomo; as, puede ocurrir que los electrones sean cedidos de un tomo a otro. Si un tomo neutro capta uno o ms electrones, stos no podrn ser neutralizados por la carga del ncleo, por lo que la estructura adquirir carga negativa, transformndose en un anin.Si un tomo neutro cede uno o ms electrones, prevalecer la carga nuclear y la estructura adquirir carga positiva, transformndose en un catin.

26

Configuracin electrnica

La manera de mostrar cmo se distribuyen los electrones en un tomo, es a travs de la configuracin electrnica. El orden en el que se van llenando los niveles de energa es: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p. El esquema de llenado de los orbitales atmicos, lo podemos tener utilizando la regla de la diagonal, para ello debes seguir atentamente la flecha del esquema comenzando en 1s; siguiendo la flecha podrs ir completando los orbitales con los electrones en forma correcta.

Escribiendo configuraciones electrnicasPara escribir la configuracin electrnica de un tomo es necesario: 1- Saber el nmero de electrones que el tomo tiene; basta conocer el nmero atmico (Z) del tomo en la tabla peridica. Recuerda que el nmero de electrones en un tomo neutro es igual al nmero atmico (Z = p+). 2.- Ubicar los electrones en cada uno de los niveles de energa, comenzando desde el nivel ms cercano al ncleo (n = 1).

3.- Respetar la capacidad mxima de cada subnivel (s = 2e-, p = 6e-, d = 10e- y f = 14e-). 27Por ejemplo:Los orbitales se llenan en orden creciente de energa, con no ms de dos electrones por orbital.Litio (Z = 3). Este elemento tiene 3 electrones. Empezaremos llenando el orbital de menor energa con dos electrones que tendrn distinto spin. El electrn restante ocupar el orbital 2s, que es el siguiente con menor energa: La flecha indica el valor del cuarto nmero cuntico, el de spin: para +1/2: y para 1/2, respectivamente.

Tambin podemos describir la distribucin de electrones en el tomo de litio como: 1s2 2s1 28

Los electrones que tienen nmeros de espn opuestos producen el efecto de suprimir los efectos magnticos y se dice que son electrones apareados. Un ejemplo son los dos electrones que ocupan el orbital 1s en el tomo de Litio. De manera similar decimos que el electrn que ocupa el orbital 2s orbital est desapareado.En la tabla vemos como se distribuyen los electrones de los tomos en orden creciente a su nmero atmico (Z):creciente a su nmero atmico (Z): En el helio se completa el primer nivel (n=1), lo que hace que la configuracin del He sea muy estable.Para el Boro el quinto electrn se sita en un orbital 2p y al tener los tres orbitales 2p la misma energa no importa cul de ellos ocupa.En el carbono el sexto electrn podra ocupar el mimo orbital que el quinto u otro distinto. La respuesta nos la da:La regla de Hund: la distribucin ms estable de los electrones en los subniveles es aquella que tenga el mayor nmero de espines paralelos.Los electrones se repelen entre s y al ocupar distintos orbitales pueden situarse ms lejos uno del otro. As el carbono en su estado de mnima energa tiene dos electrones desapareados, y el nitrgeno tiene 3. 29El nen completa el nivel dos y al igual que el helio tiene una configuracin estable.Las configuraciones electrnicas pueden tambin escribirse de manera abreviada haciendo referencia al ltimo nivel completo. Para ello, debemos ocupar la configuracin de los gases nobles, ya que ellos tienen todos su orbitales completos con electrones (s2p6), como por ejemplo en el caso del Helio (s2) y Nen (s2p6) como se muestra en la tabla anterior.As la configuracin del sodio Na, la podemos escribir como: [Ne] 3s1 De la misma manera podemos escribir la configuracin del litio como [He] 2s1 A los electrones que pertenecen a un nivel incompleto se les denomina electrones de valencia.El gas noble Argn representa el final del perodo iniciado por el sodio para n=3

1s 2s 2p 3s 3p

Ar 18

[Ne] 3s2 3p6

En el siguiente elemento, el Potasio con 19 electrones, deberamos empezar a llenar los orbitales 3d. Pero el comportamiento qumico del potasio es similar al de Litio y el Sodio, ambos con un electrn de valencia desapareado en un orbital s, por lo que al Potasio le correspondera la configuracin [Ar] 4s1. Por lo tanto, el orbital 4s deber poseer menor energa que los orbitales 3d

Lo mismo ocurre a partir del elemento Sc (Z = 21) [Ar] 3d1 4s2. El ltimo electrn no se agrega al subnivel 4p, sino al 3d, como lo indica el orden energtico. 30

Lo mismo sucede con las configuraciones de los elementos Ti (Z = 22) y V (Z = 23). Con el cromo (Cr: Z = 24) surge otra aparente anomala porque su configuracin es [Ar] 3d5 4s1. La lgica de llenado habra llevado a [Ar] 3d4 4s2, sin embargo la distribucin fundamental correcta es la primera. Esto se debe a que el semi llenado de orbitales d es de mayor estabilidad, puesto que su energa es ms baja. Con el cobre Cu: Z = 29 sucede algo similar al cromo, puesto que su configuracin fundamental es [Ar] 3d10 4s1. La configuracin [Ar] 3d9 4s2 es de mayor energa. La configuracin con 10 electrones en orbitales d, es decir, el llenado total de estos orbitales es ms estable.

EJERCICIOS DE ESTRUCTURA ATMICA

1.- Completa la siguiente tabla:

tomoNmero de p +Nmero de n ZA

C68

O816

F109

Na1123

Cl1835

45

24

01

37

611

N15

Ne10

Mg 25

31

Respuesta

tomoNmero de p +Nmero de n ZA

C68614

O88816

F910919

Na11121123

Cl17181735

Be4549

He2224

H1011

Li3437

B56511

N78715

Ne10101020

Mg 2512131225

2.- Cules son los valores de los nmeros cunticos n y l de un electrn en un orbital:

a) 3s

b) 3p

c) 4p

d) 4d

e) 4f

f) 5f

Respuesta:

2.-

a) n = 3 y l = 0

b) n = 3 y l = 1

c) n = 4 y l = 1

d) n = 4 y l = 2

e) n = 4 y l = 3

g) n = 5 y l = 3

3.- Dada la configuracin electrnica de los siguientes tomos, determina su nmero de protones y electrones y su nmero atmico (Z)

a) N: [He] 2s2 2p3

b) F: [He] 2s2 2p5c) Al: [Ne] 3s2 3p1d) S: [Ne] 3s2 3p4e) Ca: [Ar] 4s2 32Respuesta

3.-

a) nmero de p + = nmero de e = Z = 7

b) nmero de p + = nmero de e = Z = 9

c) nmero de p + = nmero de e = Z = 13

d) nmero de p + = nmero de e = Z = 16

e) nmero de p + = nmero de e = Z = 20

4.- Determina la configuracin electrnica de los siguientes iones:

a) Li +

b) O 2

c) Al + 3

d) Cl

e) Ca + 2

Respuesta

4.-

a) Li +: 1s2

b) O 2: 1s2 2s2 2p6

c) Al + 3 : 1s2 2s2 2p6

d) Cl : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

e) Ca + 2: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

5.- Completa la siguiente tabla:

InNmero de p +Nmero de e Carga elctrica

Mg + 212

F 10

1918

16 2

10+ 3

Br

Na +

Respuesta

InNmero de p +Nmero de e Carga elctrica

Mg + 21210+ 2

F 910 1

K +1918+ 1

S 21618 2

Al + 31310+ 3

33Estudio de la tabla peridica de los elementosHe aqu las propiedades que definen los compuestos, los que a su vez al formarse por las distintas uniones qumicas tendrn adems otras propiedades, lo que nos es importante para definir la seguridad, el uso, la fabricacin y las reacciones posibles ante distintos agentes.Los elementos estn ordenados de manera que aquellos con propiedades qumicas semejantes estn en columnas para formar grupos tambin llamados familias.

Todos los elementos de un grupo presentan una gran semejanza en sus propiedades, Los elementos del grupo1(o IA), la excepcin es el hidrgeno, son metales con valencia qumica +1; mientras que los del grupo 7 (o VIIA), excepto el astato, son no metales y normalmente forman compuestos con valencia -1.Definicin de valencia:

La valencia es el nmero que expresa la capacidad de combinacin de un tomo con otros para formar un compuesto. Es una medida de la cantidad de enlaces qumicos que forman los tomos de un elemento qumico.

La valencia positiva mxima es el nmero positivo que expresa la mxima capacidad de combinacin que posee un tomo y que es el mismo de todos los elementos de su grupo en la tabla peridica de los elementos.

La valencia negativa, es el nmero negativo que refleja la capacidad del tomo para combinarse con otro que est actuando con valencia positiva.

Grupos y familias de elementos: A las columnas verticales de elementos en la tabla peridica se le da el nombre de grupos.

Existen 8 grupos de familias divididos en A y B. Cuando se incluye el nmero de la columna, conforman familias qumicas.

Los elementos de una misma familia tienden a presentar las mismas propiedades qumicas. 34Perodos de elementos:

Son los elementos que pertenecen a la fila horizontal de elementos en la tabla peridica. Aqu presentan variacin de las propiedades fsicas y qumicas.

Cada perodo concluye con un gas noble que es incoloro y no reactivo.

Es decir las propiedades presentan el cambio de carcter metlico hacia el no metlico dentro de un perodo de elementos. El aumento de electrones de valencia de los elementos de tercer perodo va paralelo al incremento de electrones de valencia para los elementos del segundo perodo, el primer elemento de cada perodo tiene un electrn de valencia ms en su nivel energtico ms alto.Electrones de valencia

La unin entre los tomos se realiza mediante los electrones de su ltima capa exterior, los que reciben el nombre de electrones de valencia.La unin se realiza cuando uno o ms electrones de valencia de algunos de los tomos se introducen en la esfera electrnica del otro.Metales: propiedades

La mayor parte de los metales, (propiedad que no poseen los no metales), se pueden pulir y adquieren un lustre metlico brillante. Todos los metales, con excepcin del mercurio (Hg que es el nico metal en estado lquido), son slidos a la temperatura ambiente. Los metales no tienden a combinarse qumicamente unos con otros, pero reaccionan con los no metales para formar muchos compuestos distintos. Los metales del Grupo IA de la tabla peridica son los ms reactivos; nunca se les encuentran en la naturaleza en forma de elementos libres, es decir, no combinados. Los elementos menos reactivos como el cobre, plata y oro presentan ms probabilidades de encontrarse en la naturaleza como elementos libres. 35

No metales:

A temperatura ambiente algunos de los no metales son gaseosos, otros son lquidos y otros son slidos. Entre los no metales encontramos al nitrgeno y al oxgeno, que estn presentes en la atmsfera. El carbono y el azufre son no metales que es posible encontrar en la naturaleza como slidos en su forma elemental lo que quiere decir que no forman combinaciones en el estado elemental..Metaloides:

Son los elementos que se encuentran en la zona intermedia entre los metales y los no metales. Sus propiedades por lo general son de carcter intermedio entre ambos.

Por ejemplo, los metales son buenos conductores de la electricidad, los no metales no son conductores y los metaloides son semiconductores elctricos.

Los gases nobles:

En la clasificacin peridica, los gases nobles, estn interpuestos entre un grupo de metales altamente reactivos que forman compuestos con valencia +1 y un grupo de no metales tambin muy reactivos que forman compuestos con valencia -1.

ste fenmeno llev a la teora de que la periodicidad de las propiedades resulta de la disposicin de los electrones en capas alrededor de ncleo atmico

Elementos de transicin:

stos presentan mltiples valencias llamadas tambin estados de oxidacin que varan desde +1 hasta +8 segn los compuestos. Los elementos de transicin tienen propiedades tpicas de los metales son: maleables, dctiles, conducen al calor y la electricidad, y tienen un brillo metlico. Los elementos de transicin tienen por lo general densidades y puntos de fusin elevados y presentan propiedades magnticas.

Forman enlaces inicos y covalentes con los aniones (iones cargados negativamente) y sus compuestos suelen tener colores brillantes. 36

Tierras raras:

Son aquellos que presentan 3 nmeros de oxidacin es decir son trivalentes. Solo el cerio forma compuestos con valencia +4. La mayora de los compuestos de los lantnidos son fuertemente paramagnticos.

Principales caractersticas de cada una de las familias de los elementos.

(Son ocho familias)METALES ALCALINOS:

Series de 6 elementos qumicos en el grupo 1 o lA, del sistema peridico.

Propiedades: Comparados con otros metales son blandos, sus puntos de fusin muy bajos, y son muy reactivos lo que hace que nunca se encuentran en la naturaleza sino es combinados con otros elementos.

Son poderosos agentes reductores, o sea pierden fcilmente un electrn, y reaccionan violentamente con agua para formar hidrgeno (H2) e hidrxidos de metal, los que al combinarse con agua forman bases fuertes. Los metales alcalinos son, por orden de nmero atmico creciente son: litio, sodio, potasio, rubidio, cesio, francio.

Del francio existen solamente istopos radiactivos.

No son elementos electronegativos y pierden su electrn de valencia fcilmente; por lo que su nico estado de oxidacin es +1.

Sus compuestos son de carcter inico.

.METALES ALCALINO-TERREOS: Propiedades: Todos los metales alcalino-trreos son fuertemente reductores. Son menos reactivos que los metales alcalinos. Son ms duros que los metales alcalinos.

Sus compuestos tienen un marcado carcter inico, excepto los compuestos de berilio.

Reaccionan para formar xidos bsicos, hidrxidos, y sales. Y no se encuentran libres en la naturaleza. 37.TERREOS:La basicidad de sus xidos aumenta al incrementarse el nmero atmico. Forman compuestos por unin covalente. Las propiedades varan desde el carcter no metlico del boro, cuyo estado de oxidacin es +3.

El talio con su estado de oxidacin +1, de mayor estabilidad y que forma compuestos inicos.GRUPO DEL CARBONO: Forman compuestos covalentes. Las propiedades varan desde el comportamiento no metlico del carbono con estado de oxidacin ms estable (+4). Los compuestos con estado de oxidacin +2 son tambin covalentes.

GRUPO DEL NITRGENO: El nitrgeno forma enlaces covalentes y el resto de elementos pueden presentar covalencias superiores debido a la participacin de orbitales de prximas. Hay una transicin regular entre las propiedades no metlicas del nitrgeno y las metlicas del bismuto. Cuando tienen estado de oxidacin +5 los xidos presentan propiedades cidas, aunque disminuye al aumentar el nmero atmico.CALCOGENOS: son formados por el azufre y otrosLos xidos tienen un marcado carcter inico (con excepcin de los grupos precedentes y los xidos de los halgenos).

El azufre, selenio y teluro con nmero de oxidacin -2 son reactivos. Todos los elementos reaccionan con el hidrgeno.

HALOGENOS: propiedadesSon cinco elementos qumicamente activos, estrechamente relacionados, flor, cloro, bromo, yodo, astato, que forman el grupo 7 o VIIA del sistema peridico. El nombre halgeno, o formador de sal se refiere a la propiedad de cada uno de los halgenos de formar, con el sodio, una sal similar a la sal comn (cloruro de sodio). 38

Todos los miembros del grupo tienen una valencia de -1 y se combinan con los metales para formar halogenuros.

Los cuatro primeros elementos del grupo reaccionan con facilidad con los hidrocarburos, obtenindose los llamados halogenuros de alquilo.

Sus puntos de fusin y de ebullicin aumentan de acuerdo a su nmero atmico debido al aumento las fuerzas intermoleculares.

Todos son no metales. Tienen tendencia a completar su capa electrnica interna mediante la incorporacin de un electrn.

GASES NOBLES: propiedadesSon una serie de seis elementos qumicos gaseosos que constituyen el grupo 8 o VllA del sistema peridico. Por orden creciente de masa son: helio, nen, argn, criptn, xenn, radn.Durante muchos aos los qumicos creyeron que esos gases eran inertes, porque sus capas exteriores estaban totalmente ocupadas por electrones (8 electrones). Es decir no podan combinarse con otros elementos o compuestos.

Todos excepto el radn forman parte de la composicin de la atmsfera.

Sus puntos de fusin y de ebullicin son muy bajos por lo que a temperaturas muy bajas se les encuentra en estado gaseoso. Son muy escasos en la naturaleza.

Los gases nobles se obtienen por destilacin fraccionada del gas licuado, excepto el helio. CMO DISTINGUIR ENTRE METALES Y NO METALES.Radio atmico: Los tomos son materia, tienen masa y ocupan un lugar en el espacio, tienen volumen. Existen tomos pequeos y grandes. En los tomos podemos encontrar una regularidad en el aumento o disminucin del tamao de acuerdo con su posicin en la tabla peridica: los tomos pequeos son los de nmero atmico pequeo y los grandes de nmero atmico grande. Pero, en un perodo, los tomos generalmente son ms pequeos a medida que aumenta el nmero atmico. 39

Definimos el tamao de un tomo por el radio que existe desde el centro del ncleo hasta el espacio que ocupa el electrn ms externo que generalmente es el electrn diferenciante.

Afinidad electrnica:

Cantidad de energa que se libera cuando un tomo neutro gaseoso en su estado energtico ms bajo (o estado fundamental) capta un electrn y se transforma en un in negativo tambin gaseoso.

La adicin de un electrn a la capa de valencia de un tomo gaseoso en su estado fundamental es un proceso en el que se desprende energa.

La afinidad electrnica o electro afinidad de un tomo es una medida de esta energa.

Los tomos neutros con orbitales incompletos tienden por lo general a atraer electrones. El campo energtico que acompaa a la adicin de un electrn se conoce como afinidad electrnica.

Electronegatividad: Es la capacidad de un tomo de un elemento de atraer hacia s mismo los electrones compartidos de su enlace covalente con un tomo de otro elemento. Los valores de la electronegatividad de los elementos representativos aumentan de izquierda a derecha en la tabla peridica, a medida que aumenta l nmero de electrones de valencia y disminuye el tamao de los tomos.

El flor, de afinidad electrnica muy elevada, y cuyos tomos son pequeos, es el elemento ms electronegativo y en consecuencia atrae a los electrones muy fuertemente.

Dentro de un grupo la electronegatividad disminuye, generalmente al aumentar el nmero y el radio atmico. El cesio, el elemento representativo de mayor tamao y de menor energa de ionizacin, es el menos electronegativo de estos elementos.

Un tomo electronegativo tiende atener una carga parcial negativa en un enlace covalente, o a formar un in negativo por ganancia de electrones.

1.- Dos tomos con electronegatividades muy diferentes forman un enlace inico.

40

2.- Pares de tomos con diferencias pequeas de electronegatividad forman en laces covalentes polares con la carga negativa en el tomo de mayor electronegatividad.

Energa de ionizacin: Es la cantidad de energa que se necesita para separar el electrn mas fuertemente unido de un tomo neutro gaseoso en su estado fundamental (estado energtico mas bajo). La entidad en que se transforma el tomo al perder un electrn es en un ion gaseoso mono positivo.

Esta definicin corresponde a la primera energa de ionizacin. Se denomina segunda energa de ionizacin a la que se necesita para extraer de un ion gaseoso mono positivo el electrn que este menos fuertemente unido. Las sucesivas energas de ionizacin se definen de manera semejante.

Las energas de ionizacin varan de la misma forma a lo largo de cada periodo y de cada grupo de la tabla peridica. Dentro de cada periodo, los metales alcalinos tienen la misma energa de ionizacin, y los gases nobles la mxima. Dentro de cada grupo la energa de ionizacin disminuye a medida que aumenta el tamao de los tomos, es decir, al descender en el grupo.En conclusin:

1.- El carcter metlico disminuye del primer grupo (que tiene carcter metlico) al sptimo grupo (el cual tiene un definido carcter no metlico)2.- Las valencias mximas de los elementos crecen del primero al sptimo grupo

3.- El punto de fusin aumenta del primero al cuarto grupo y desde all disminuye hasta el sptimo grupo

4.- Se ordenan en grupos o familias, que poseen propiedades similares, y quedan en forma de columna en la tabla peridica

41

Valencia y enlaces qumicos

Electrones de valencia

La unin entre los tomos se realiza mediante los electrones de su ltima capa electrnica, que reciben el nombre de electrones de valencia. La unin consiste en que uno o ms electrones de valencia de algunos de los tomos se introducen en la esfera electrnica del otro.

Los gases nobles, poseen ocho electrones en su ltima capa, salvo el helio que tiene dos. Esta configuracin electrnica les comunica inactividad qumica y gran estabilidad.

Todos los tomos tienen tendencia a transformar su sistema electrnico y adquirir el que poseen los gases nobles, porque sta es la estructura ms estable.

Valencia electroqumica

Se llama valencia electroqumica al nmero de electrones que ha perdido o ganado un tomo para transformarse en ion. Si ste nmero de electrones perdidos o ganados es 1, 2, 3, etc. se dice que el ion es monovalente, bivalente, trivalente, etc.

TIPOS DE ENLACE

En el enlace de los tomos pueden presentarse los siguientes casos:

1.- Enlace inico, si existe atraccin electrosttica.

2.- Enlace covalente, si comparten los electrones.

3.- Enlace covalente coordinado, cuando el par de electrones es aportado solamente por uno de ellos.

4.- Enlace metlico, son los electrones de valencia los que pertenecen en comn a todos los tomos. 42Tipo deenlaceTipo deestructuraEjemplo deestructuraPropiedadescaractersticas

Enlace inico

Ejemplo: KClForman una

redinica Cloruro depotasio, KClSon slidos cristalinos.Puntos de fusin elevados.Puntos de ebullicin elevados.Son solubles en agua.Conducen la electricidad fundidos o en solucin.No conducen la electricidad en estado slido.

Enlace covalente

Ejemplo: CH4Sus molculas son simples Metano=CH4Fundamentalmente son lquidos y gases.Puntos de fusin bajos.Puntos de ebullicin bajos.Son insolubles en agua.No conducen la electricidad.

Ejemplo: CSus molculas son gigantes Diamante (C)Son slidos.Puntos de fusin elevados.Puntos de ebullicin elevados.La solubilidad y conductividad varan de una sustancia a otra.

Enlace metlico

Ejemplo: AgForman una

redmetlica Plata(Ag)Son slidos cristalinos.Puntos de fusin elevados.Puntos de ebullicin elevados.Insolubles en agua.Son dctiles y maleables.

Enlace inico o electrovalente Se basa en la transferencia de electrones de un tomo a otro.

La podemos definir como:"Electrovalencia es la capacidad que tienen los tomos para ceder o captar electrones hasta adquirir una configuracin estable, formndose as combinaciones donde aparecen dos iones opuestos".Exceptuando solamente los gases nobles todos los elementos al combinarse tienden a adquirir la misma estructura electrnica que el gas noble ms cercano. El tomo que cede electrones se transforma en ion positivo (catin), en tanto que el que los gana origina el ion negativo (anin). 43

Enlace covalente normal

"Es el fenmeno qumico mediante el cual dos tomos se unen compartiendo uno o varios pares de electrones; por lo tanto, no pierden ni ganan electrones, sino que los comparten".

Un tomo puede completar su capa externa compartiendo electrones con otro tomo.Cada par de electrones comunes a dos tomos se llama doblete electrnico. Esta clase de enlace qumico se llama covalente, y se encuentra en todas las molculas constituidas por elementos no metlicos, combinaciones binarias que estos elementos forman entre s, tales como hidruros gaseosos y en la mayora de compuestos de carbono.

Cada doblete de electrones intercalado entre los smbolos de los tomos, indica un enlace covalente sencillo y equivale al guin de las frmulas de estructura. En enlace covalente puede ser: sencillo, doble o triple, segn se compartan uno, dos o tres pares de electrones.

Enlace covalente coordinado

"Es el enlace que se produce cuando dos tomos comparten una pareja de electrones, pero dicha pareja procede solamente de uno de los tomos combinados.

En este caso el enlace se llama covalente dativo o coordinado. El tomo que aporta la pareja de electrones recibe el nombre de donante, y el que los recibe, aceptor. Cuando queremos simplificar la frmula electrnica se pone una flecha que va del donante al aceptor.

44

Enlace metlico

La estructura cristalina de los metales y aleaciones explica bastante una de sus propiedades fsicas. La red cristalina de los metales est formada por tomos (red atmica) que ocupan los nudos de la red de forma muy compacta con otros varios, como observamos en el grfico superior. En la mayora de los casos los tomos se ordenan en red cbica, retenido por fuerzas provenientes de los electrones de valencia; pero los electrones de valencia no estn muy sujetos, sino que forman una nube electrnica que se mueve con facilidad cuando es impulsada por la accin de un campo elctrico.

Preguntas para resolver: 1.- Defina las propiedades extensivas e intensivas de la materia.

2.- Explique que es un ion, y que clases de iones puede encontrar. 3.- Explique las propiedades de los tomos en cada fila y en cada columna de la tabla peridica.

4.- Realice un cuadro conceptual sobre materia.

5.- Acido sulfrico: Comente su importancia industrial, las leyes que rigen sobre la seguridad en el manejo de ste cido. Existen fbricas en nuestro pas? Nombre las principales.

45Formado por estructuras materiales los que a su vez

Intercambian

materia y energa

con el medio.

Sistemas

Se clasifican en

SISTEMAS ABIERTOS

SISTEMAS CERRADOS

No intercambian

materia y energa

con el medio.

Mantienen y generan

el orden interno.

Ocurre en los seres vivos

Espontneamente tienden al mximo desorden

Sostenimiento y continuidad

de los organismos

Que posibilita

Poseedores de un

programa gentico

Adaptaciones voluntarias

evolutivas

HOMOGNEOS

1 fase

HETEREOGNEOS

2 o mas fases

NIEBLAS

(gas-lquido)

SUSPENSIN

(slido-lquido)

EMULSIN

(lquido-lquido)

HUMOS

(gas slido)

COMPUESTAS

Compuestos qumicos

SIMPLES

Elemento

SISTEMAS MATERIALES

SOLUCIONES

SUSTANCIAS

PURAS

MEZCLAS

Constantes fsicas:

como el punto de

ebullicin, punto de

fusin, densidad,

calor especfico, etc.

Extensivas:

1.- Masa

2.-Volumen

3.- Superficie

Materia

Propiedades

Qumicas:

1.-Combinacin

2.- Descomposicin

3.- Combustin

Fsicas

Intensivas

Caracteres

organolpticos

ENERGA

Principales tipos: calrica, mecnica, qumica, elctrica.

Puede transformarse de una forma a otra, acumularse o transferirse de un cuerpo a otro.

Se conserva, no se crea ni se destruye.

(Primer principio de la termodinmica)

Permite realizar trabajo.