Quimica General (Resumen)

La Química es parte de la Ciencia que estudia la obtención, las propiedades y la transformación de las Sustancias Puras y los sistemas que ellas forman.


Ciencia: Es todo conocimiento humano obtenido a través del método científico.


Método Científico: Modo natural, ordenado, racional y sistemático de obtener
                           el  conocimiento.


El método Científico se divide en tres puntos:


1- Observación de un fenómeno.
2- Formulación de una Hipótesis, que intenta explicar lo observado.
3- Experimentación, que permiten descartar o afirmar la hipótesis.


Como resultado de la comprobación de las hipótesis se forman leyes científicas. Un conjunto de Leyes da origen a una Teoría.

Las Sustancias Puras y las propiedades

Los sistemas Materiales.


Todo lo que tiene masa o pesa y puede ser perceptible e imperceptible para nuestros sentidos es conocido como materia. El aspecto estructural fundamental es el carácter discontinuo, corpuscular o particulado de la materia que se manifiesta en fenómenos de difusión y cambios de estado físico.


Las Sustancias Puras son una manifestación más o menos sofisticada de la materia, son un conjunto de moléculas idénticas, es decir, igual tamaño, masa y forma. Como por ejemplo:

Ozono

Agua

Butano

Las sustancias puras pueden ser:
-Simples: Como el Ozono, ya que su molécula está formada por una
                combinación de un solo tipo de átomo.
-Compuestas: Como el Butano y el Agua, ya que sus moléculas están                                        formadas por una combinación de dos o más tipos de átomos.


Molécula: Es la porción mas pequeña de una partícula.


Las moléculas tienen la capacidad de movimiento, poseen energía cinética que es proporcional a la temperatura y ademas se atraen entre sí mediante fuerzas de atracción intermoleculares que son de naturaleza eléctrica. Gracias a esta cualidad  la materia puede manifestarse en distintos tipos de estados (Liquido, Solido y Gaseoso, principalmente).

Los cambios de tipo físico de una sustancia pura nos muestran la necesidad de considerar el aspecto propiedades de los sistemas materiales. Esto es, si bién se trata del mismo tipo de moléculas , las propiedades (color, densidad, viscosidad, temperatura, etc. ) del sólido difieren de las del líquido y éste de las del gas.

           El aspecto propiedades de los sistemas materiales se enfrenta con el concepto de Fase.

           Una Fase es una porción de materia que posee idénticas propiedades, tanto físicas como químicas, en toda su extensión. En consecuencia los cambios de estado físico son cambios de Fase. Entonces una Sustancia Pura puede ser una fase sólida o una fase líquida o una fase gaseosa dependiendo de la temperatura a la que se encuentre.    Durante el cambio de estado coexisten dos fases a la temperatura de la transición correspondiente.

         

   A una determinada presión y a una determinada temperatura,  una Sustancia Pura puede presentar coexistencia (existencia simultánea) de tres fases como  representa el gráfico a continuación.                                                                                                                                                                                                                   

 La primera categorización de los Sistemas Materiales está basada exclusivamente en el concepto de Fase. 

 EJEMPLOS DE SISTEMAS HETEROGENEOS:

• 3 Fases    

                                                                                                                                                                                    1 Sustancia Pura                           2 Sustancias Puras          

• 2 Fases  

                                   1 Sustancia Pura                           2 Sustancias Puras

                                                        2  Sustancias Puras  

Muchos sistemas heterogéneos, a simple vista aparentan ser homogéneos y su categoría se decide luego de un examen al microscópio. La leche constituye un buen ejemplo, a simple vista parece homogénea pero al microscópio se observa claramente como heterogénea. Los aceros constituyen otros ejemplos, son sistemas heterogéneos del tipo Fase Sólida.

                 1 Fase Sólida 2 o más complejos.  

Estos sistemas que aparentan ser homogéneos pero al microscopio se observan heterogéneos reciben el nombre de coloides y la siguiente tabla muestra algunos tipos de ellos. 

		Fase Dispersa
		Gas	Líquido	Sólido
Fase Continua	Gas	No es posible porque todos los gases son solubles entre sí	Aerosol líquido, Ejemplos: niebla, bruma	Aerosol sólido, Ejemplos: Humo, polvo en suspensión
	Líquido	Espuma, Ejemplos: Espuma de afeitado	Emulsión, (Líquidos insolubles) Ejemplos: Salsa mayonesa, crema de manos,	Dispersión coloidal Suspensión o Sol, Ejemplos: Leche, Sangre, Pinturas, tinta china
	Sólido	Espuma Sólida, Ejemplos: piedra Pómez	Gel, Ejemplos: Gelatina, gominola, queso	Emulsión sólida, Ejemplos: Cristal de rubí

ANALISIS DE SISTEMAS HETEROGENEOS : Analizar un sistema heterogéneo significaseparar las diferentes fases que lo conforman.

TECNICAS DE SEPARACIÓN DE FASES DE SISTEMAS HETEROGENEOS:

• FILTRACIÓN

• FILTRACIÓN SIMPLE

• FILTRACION CON SUCCIÓN O DE VACÍO

• DECANTACION         

• CENTRIFUGACIÓN

• SUBLIMACIÓN

• DISOLUCIÓN

• TAMIZACIÓN: No es una técnica de carácter sistemático, y tendría utilidad cuando el tamaño de grano del material particulado fuese significativamente diferente para cada una de las fases ( separación de arena de rio y harina ).

EJEMPLOS DE SISTEMAS HOMOGENEOS 

• 1 Fase

 Si observamos las fases líquidas del anterior ejemplo de sistemas homogéneos observamos una diferencia en cuanto al tipo de partículas que forman tales sistemas. De aquí aparece la necesidad de establecer otras categorías de sistemas materiales, esta vez respecto al número de tipos de partículas que forman el sistema.

EJEMPLOS DE SOLUCIONES

Las soluciones sólidas las encontramos en sistemas más conocidos como aleaciones ( bronce, aleación de cobre y estaño). La salmuera ( agua con sal común) es líquida y el aire (Oxígeno, Nitrógeno etc..) es gaseosa.

               Los cambios de Estado Físico de las Soluciones también ocurren por variación de la temperatura. Los valores de las temperaturas de transición no son fijos como en las Sustancias Puras, sino que dependen de la proporción en que se encuentren los distintos tipos de moléculas.

               Se consideran sistemas homogéneos porque los microscopios corrientes no tienen poder de resolución a nivel molecular

ANALISIS DE SISTEMAS HOMOGENEOS: Analizar un sistema homogéneo significaseparar las diferentes Sustancias Puras o tipo de moléculas que lo conforman.

TECNICAS DE SEPARACIÓN DE SUSTANCIAS PURAS DESDE SISTEMAS HOMOGENEOS  

DESTILACIÓN 

El Rotavapor permite la destilación  a presión reducida o ligero vacío, de esta forma se logra una disminución de la temperatura de ebullición del solvente. Esta modalidad es conveniente cuando se desea evitar que los solutos de origen biológico se "desnaturalicen " o deterioren por excesivo calentamiento.

 EXTRACCIÓN POR SOLVENTE

El soluto es extraído del solvente original por un solvente extractor, inmiscuible con el primero, y que disuelve al soluto.

CRISTALIZACIÓN

La Solubilidad es la mayor cantidad de soluto, que en forma estable, se puede disolver en una determinada cantidad de solvente a una temperatura y presión dadas.   Cuando la solución tiene disuelto la cantidad de soluto que corresponde a la solubilidad se dice que la solución está saturada

La Solubilidad de los sólidos en líquidos por lo general aumenta cuando aumenta la Temperatura.

CROMATOGRAFÍA:  Las diferentes  Sustancias Puras  de una mezcla se pueden separar por Cromatografía.  Una muestra ( mezcla de moléculas coloreadas azul y rojo en el siguiente gráfico) se siembra en un soporte fijo o estacionario. El flujo de una fase movil arrastra de diferente manera ( separa ) los distintos tipos de moléculas.

LAS SUSTANCIAS PURAS

Sabemos que una Sustancia Pura es un sistema formado por un tipo de moléculas características para esa Sustancia, es decir de tamaño, masa y forma bien definidas.  Cuándo las Sustancias Puras reciben energía mayor que la necesaria para que acontezcan los cambios físicos sus moléculas se modifican, variando el tamaño, la masa y la forma, es decir se transforman en moléculas o Sustancia Puras distintas de las iniciales. En estos casos ha ocurrido un Cambio Químico o Reacción Química.

Cambio Químico 

           

Sustancia (s) Pura (s) Inicial (es)           ------>        Sustancia (s) Pura (s) Final (es)

  Molécula (s) Inicial (es)                       ------>               Molécula (s) Final (es)

                  Reaccionante (s)                   ------>                        Producto (s)

Ley de la Conservación de la Materia (Lavoisier)

En un cambio químico la masa de los reaccionantes es igual a la masa de los productos

Ley de las Proporciones Definidas ( Proust)

La proporción en que los elementos se combinan para formar compuestos es definida o constante no importando la procedencia del compuesto.

EJEMPLO

El sulfuro de plomo es un compuesto (negro) formado por los elementos plomo ( plomo) en 86,4% y azufre ( amarillo) en 13,6 %. Esto significa que por cada 100 g. de sulfuro de plomo 86,4 g. corresponden a plomo y 13,6 g. a azufre.

Así, si colocamos en un crisol para hacer reaccionar y calentamos:0,864 g de plomo y 0,136 g de azufre se formará 1 g. de sulfuro de plomo.

Y, si colocamos en un crisol para hacer reaccionar y calentamos:

   1,0 g de plomo y 0,136 g de azufre se formará 1 g. de sulfuro de plomo y sobrarán 0,136 g de Plomo 

   que no logran combinarse.

 MODELO ATÓMICO

En base a las leyes anteriorres, se pudo demostrar que hay un elemento aun más pequeño que las moléculas, estos son los átomos, siendo sus características las siguientes.

• Son partículas que mediante fuerzas llamadas " ENLACE QUÍMICO" forman moléculas manteniendose unidos.
• Cada elemento posee un átomo caracteristico, de un determinado tamaño y masa.
• A átomos iguales se les llama elemento y a atomos desiguales se les llama compuesto.
• El cambio químico es prácticamente un reordenamiento de átomos.

SUSTANCIAS PURAS. 

Al análisis de este tipo de sustancias se les llama "Químicos".  Se pueden analizad de forma "Química cualitativa" (separación e identificación de elementos que forman un compuesto) y "Química cuantitativa" ( medición de la cantitadad de cada elemento que forma un compuesto).

** Los compuestos químicos se separan por medio de la electrólisis.

NOMENCLATURA QUÍMICA.

El átomo de un elemento se representa por su símbolo, por ejemplo:

átomo de cobre ---------------> Cu

átomo de oxígeno -------------> O

átomo de hidrógeno -----------> H

Una molécula de una sustancia pura se representa por su fórmula:, por ejemplo:

Óxido de cobre ---------------> Cu2O

** El subíndice (2) indica el número de átomos del elemento y se llama Atomicidad.

Un reordenamiento de átomos puede ser el hidróxido de carbono, representado por:

Cu2O + H20 = 2 Cu O

** El número de partículas idénticas se identifica por el número delante de la fórmula, recibe el nombre de COEFICIENTE ESTEQUIOMÉTRICO.

LEY DE VOLÚMENOS DE LOS GASES. / GAY LUSSAC

Los volúmenos de los gases reaccionante y productos, medidos en iguales condiciones de P y T°, están en relación a números enteros. Por ejemplo:

2V de Hidrógeno + 1V de Oxígeno -------> 2V de Agua

1V de Nitrógeno + 3V de oxígeno --------> 2V de Amoniaco

1V de Nitrógeno + 1V de Cloro ----------> 2V Ácido clorhídrico

PRINCIPIO DE AVOGADRO.

En volúmenos iguales, de cualquier gas, medidos en iguales condiciones de P y T°, existe igual número de moléculas.

También propone: la presión de las moléculas que ejercen al chocar contra las paredes de un recipiente depende de:

Magnitud de impactos ( m x v).

Número de impactos ( proporcional al número de moléculas).

También Avogadro explica los experimentos de Gay Lussac y permite conocer la fórmula de los gases simples. Otro aporte de él, fue que permitió establecer la primera relación de masas de los diferentes átomos, tomando como el punto de comparación al Hidrógeno, el más liviano.

---> 25 de Marzo de 2011 / UNIDAD 2

ESTUDIO DE LOS ÁTOMOS.

La materia y la electricidad.

Diferentes experimentos demuestran la existencia de cargas eléctricas, estas son dos y corresponden a una carga positiva (+) y una negativa (-).

Según los experimentos de Faraday (electrólisis), se pudo determinar una nueva magnitud, un flujo de particulas a la que se le denominó Corriente Eléctrica (flujo de electrones).

Experimento de Rutherford.

Consistió en hacer pasar un haz de partículas subatómicas por una lámina de oro, ¿Qué ocurrió?, resultó que este haz atravesó la lámina de oro, donde muy pocas rebotaron. Rutherford razonó entonces que la lámina de oro era pácticamente "hueca", es decir, que concentraba la mayoría de su masa en el núcleo, generando vacíos en esta. Esto fue el empujón que lo llevó a su propio diseño atómico.

De este experimento, también concluye la presencia de los protones, partículas dentro del núcleo con carga positiva y de los neutrones, elementos con carga neutra también dentro del núcleo.

VISION ATÓMICA DE RUTHERFORD.

NOMENCLATURA PARA SISTEMAS ATÓMICOS.

Z: Número atómico (número de PROTONES ).

A: Número másico (Suma de protones y neutrones).

X: Atomicidad (átomos unidos).

CARGA ELECTRICA: Número de protones menos número de electrones.

Con esto nace el concepto de Ión.

ION POSITIVO

Pérdida de electrones.

ION NEGATIVO

Ganancia de electrones.

** Isótopos: átomos de igual Z, pero con distinto A.
** Isóbaros: átomos de distinto Z, pero con igual A.

PESOS ATÓMICOS O PESOS RELATIVOS.

Al existir átomos con distinto Z, se es necesario encontrar una forma de calcular cuanto es el peso de estas partículas, donde el peso atómico se calcula de la siguiente manera:

At = A1 * X1 + A2 * X2 .... An * Xn

Donde A es la masa atómica del isótopo (u.m.a) y X el % en abundancia / 100.

---> 01 de Abril de 2011 // UNIDAD 3

LA ENVOLTURA DE LOS ÁTOMOS.

LAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS.

Se definen como campos eléctricos y magnéticos variables, oscilantes y mutuamente perpendiculares en el espacio. Se relacionan con el concepto energía.

Onda electromagnétca en el espacio.

Una onda tiene ciertas magnitudes y cualidades, las cuales son:

- Amplitud de onda.

- Velocidad de propagación de la onda.

- Longitud de onda.

-Periodo.

- Frecuencia.

FENÓMENO DE INTERFERENCIA.

Se presenta cuando 2 o más ondas electromagnéticas se encuentra o en fase o desfase:

Fase o constructiva: las ondas suman sus amplitudes

Desfase o destructiva: ambas se anulan.

También aparece el concepto de difracción, el cual se produce cuando ocurren ambos fenómenos al mismo tiempo. como por ejemplo, ver en una hoja de acero lados oscuros y lados brillantes, ahi se puede apreciar el fenómeno de difracción de la luz.

ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO.

Apreciamos el espectro electromagnético, donde lo perceptible por el ser humano es muy poco, solo una pequeña parte de este.

FÍSICA CLÁSICA.

Plantea que la energía eras de manera continua y que la energía de una onda electromagnética era proporcional a la amplitud de la onda.


Después de este planteamiento hubieron ciertas experiencias que pusieron en duda esta hipótesis, estos fueron el espectro discontinuo de la emisión de Hidrógeno y el efecto fotoeléctrico.


FÍSICA MODERNA.


Plantea que la energía es de carácter discontinuo y que se presenta en forma de "pequeños paquetes de energía" que se denominan fotones y que la energía de una onda electromagnética es proporcional a su frecuencia.


En base a esto, el número de razonamiento y ecuaciones matemáticas para describir el comportamientó, ya sea del átomo, fotón, etc, aumentaron, como por ejemplo, la energía de un foton (const. de plank (h) x n)


EL MODELO ATÓMICO DE BOHR.


Bohr plantea que el átomo tiene órbitas circulares alrededor del núcleo y que por lo tanto, un momentum angular.

A la izq, los niveles de órbitas permitidas (r) y a la derecha los niveles de energía permitidos (E).

Acá se aprecia la energía asociada a los cambios de onda.

LA MECÁNICA CUÁNTICA ONDULATORIA.


Encontramos el efecto Compton el cual dice que al chocar un electrón con un fotón, el fotón pierde energía y aumenta su longitud de onda, el electrón gana energía. Esto da pie a un nuevo concepto, el del comportamiento foto- onda de la energía.


---> 05 de abril de 2011.


-Broglie: "todo cuerpo en movimiento tiene una onda asociada".

Onda alrededor de la órbita.

-Heissenberg: "es imposible conocer simultáneamento la posición x y el momento p de un electrón".

Ecuacion de Schrodinger:

Ecuación diferencial de 2° orden para sistemas onda partícula, en tres dimensiones e independiente del tiempo.

Con estos nuevos avances se logró comprobar que una partícula es prácticamente imposible de encontrar mediante alguna forma matemática, pero si se puede determinar una zona donde es probable encontrar partículas en un plano cartesiano de 3D (x,y,z), a esta zona se le llamó orbital.

Orbital: zona donde la probabilidad de encontrar una partícula es alta.

LOS NÚMEROS CUÁNTICOS.


n: número cuántico principal, se asocia al tamaño y la energía de los orbitales. 
l: número cuántico secundario, se asocia al tipo o forma de los orbitales.
m: número cuántico magnético: se asocia al giro del electrón sobre su eje, estos pueden ser solo dos, spin + o spin -.

spin negativo es aquel que va en sentido anti-horario (izquierda), mientras que el que va en sentido horario es el spin positivo(derecha). el negativo tiene spin - 1/2 y el positivo spin +1/2.

** No puede haber 2 electrones con los 4 números cuánticos iguales.


REGLA DE LAS DIAGONALES.


- Son de menor energía los de menor valor de n+1.
- A igualdad de n+1, se considera de menor energía los de menor n.

PRINCIPIO DE HUND.


Se aplica cuando cuando los orbitales de igual energía o degenerados ( igual n+1 e igual n, como por ejemplo, serie de orbitales 3p). Los electrones entran de uno en uno en cada uno de ellos, siendo primero rellenados por spin negativo.

Ejemplo de llenado de los orbitales, hacia abajo spin negativo, hacia arriba spin positivo.

PROPIEDADES MAGNÉTICAS DE LAS SUSTANCIAS.


Pueden ser dos, las paramagnéticas y el diamagnetismo.


Paramagnéticas: Se da con las sustancias que poseen orbitales con electrones desapareados (spin -1/2).Acá los campos magnéticos se suman, refuerzas o atraen otros campos magnéticos externos (sustancias imantables).
Diamagnetismo: Se da con las sustancias que poseen sus orbitales pareados con electrones (spin -1/2 y spin 1/2). acá la sustancia repele los campos magnéticos y no es imantable.


SISTEMA PERÍODICO DE LOS ELEMENTOS.

PROPIEDADES PERIODICAS DE LOS ELEMENTOS

• CUADRO PERIÓDICO

PROPIEDADES PERIODICAS DE LOS ELEMENTOS


 

Entre las propiedades podemos encontrar las siguientes:


Radio atómico: distancia que hay entre el núcleo y el electrón periférico. el radio aumenta de la primera columna hacia abajo y disminuye al avanzar hacia la derecha (esto se debe al "n" y el aumento de Z).
Átomos isoelectrónicos: átomos con el mismo número de electrones.

Atomos del un distinto Z, pero que tienden a parecerse al gas noble ( en este caso el Argón), por su carga eléctrica negativa, es decir, buscan estabilidad.

Potencial de ionización: es la energía necesaria para arrancar electrones de un átomo. El potencial de ionización es mayor hacia las columnas de la derecha de la tabla, los No metales, y es bajo o nulo en los metales, lado izquierdo de la tabla.


Electroafinidad: fenómeno que se origina cuando un átomo gana un electrón y se libera energía. La electroafinidad es mayor hacia los metales y tienede a ser menor para los no metales y gases nobles.


Electronegatividad y Electropositividad: Es la terndencia a formar iones negativos (electronegatividad) y a formar iones positivos (electropositividad). La electronegatividad tiende a los no metales y la electropositividad a los metales.