Química
1 El método científico Marco teórico El desarrollo de las ciencias entre ellas la química, se basa en la investigación científica de la naturaleza y de los fenómenos que ocurren en ella. En este capítulo analizamos el método científico, científico, que es la base para la investigación, investigación, no sólo en química, sino también, para las demás ciencias. El método científico es un conjunto de pasos ordenados que permiten a los científicos dar una explicación lógica sobre un hecho o fenómeno. fenómeno. El método científico presenta los siguientes pasos:
III. HIP HIPÓE ÓESIS SIS Son las posibles respuestas o explicaciones razonables del fenómeno o hecho observado.
Ejemplo: El clavo se oxida ¿por qué? Y Y Y
Hipótesis “1”: Es de mala calidad. Hipótesis “2”: Está viejo. Hipótesis “3”: Por la presencia del oxígeno en el aire.
I. OBSERVACIÓN Etapa donde se observan los hechos fenómenos fenómenos que se van a investigar.
IV. EXPERIMENACIÓN Es la comprobación de la hipótesis mediante experimentos. + O2 oxígeno
clavo nuevo
clavo oxidado
¿Por qué se oxida el clavo?
V. EOR EORÍA ÍA O CONCLUSIÓN
II. RECOLEC RECOLECCIÓN CIÓN DE DAOS DAOS Es la recopilación (anotación) de los datos obtenidos mediante la observación: ambién consiste en buscar información extra en libros, revistas, etc.
La teoría explica el fenómeno o hecho observado. Es válida hasta que otros descubrimientos la contradigan. Ejemplo: se llega a la conclusión conclusi ón de que el clavo se oxida por la presencia de oxígeno.
VI. LEY Una ley científica es una hipótesis debidamente comprobada en cualquier parte del mundo y reconocida por la comunidad científica. La oxidación del clavo ocurre porque el oxígeno del aire reacciona con el hierro del metal. Método científico ⇔ Conocimiento científico
Biblioteca
119
QUÍMICA
1
1 El método científico Marco teórico El desarrollo de las ciencias entre ellas la química, se basa en la investigación científica de la naturaleza y de los fenómenos que ocurren en ella. En este capítulo analizamos el método científico, científico, que es la base para la investigación, investigación, no sólo en química, sino también, para las demás ciencias. El método científico es un conjunto de pasos ordenados que permiten a los científicos dar una explicación lógica sobre un hecho o fenómeno. fenómeno. El método científico presenta los siguientes pasos:
III. HIP HIPÓE ÓESIS SIS Son las posibles respuestas o explicaciones razonables del fenómeno o hecho observado.
Ejemplo: El clavo se oxida ¿por qué? Y Y Y
Hipótesis “1”: Es de mala calidad. Hipótesis “2”: Está viejo. Hipótesis “3”: Por la presencia del oxígeno en el aire.
I. OBSERVACIÓN Etapa donde se observan los hechos fenómenos fenómenos que se van a investigar.
IV. EXPERIMENACIÓN Es la comprobación de la hipótesis mediante experimentos. + O2 oxígeno
clavo nuevo
clavo oxidado
¿Por qué se oxida el clavo?
V. EOR EORÍA ÍA O CONCLUSIÓN
II. RECOLEC RECOLECCIÓN CIÓN DE DAOS DAOS Es la recopilación (anotación) de los datos obtenidos mediante la observación: ambién consiste en buscar información extra en libros, revistas, etc.
La teoría explica el fenómeno o hecho observado. Es válida hasta que otros descubrimientos la contradigan. Ejemplo: se llega a la conclusión conclusi ón de que el clavo se oxida por la presencia de oxígeno.
VI. LEY Una ley científica es una hipótesis debidamente comprobada en cualquier parte del mundo y reconocida por la comunidad científica. La oxidación del clavo ocurre porque el oxígeno del aire reacciona con el hierro del metal. Método científico ⇔ Conocimiento científico
Biblioteca
119
QUÍMICA
1
1.er año
EL MÉTODO CIENTÍFICO
Trabajando en Clase Integral 1. Etapa del método científico donde se comprueba la hipótesis mediante experimentos. Resolución: Experimentación
2. Etapa del método científico donde se emplean los sentidos.
UNMSM 5. La materia no se crea ni se destruye, solo se transforma corresponde a la etapa: Resolución: El enunciado pertenece a la ley de la conservación de la masa. Por lo tanto es una ley.
Respuesta: ________________________
3. Los pasos del método científico son:. Respuesta: ________________________ ________________________ ________________________
4. Es el conjunto de pasos ordenados que permite a los científicos dar una explicación lógica de un fenómeno o hecho.
1
QUÍMICA
Respuesta: ________________________
6. Etapa del método científico donde se anotan los datos obtenidos.
Respuesta: ________________________
7. Paso del método científico que es comprobada en cualquier parte del mundo.
120
Respuesta: ________________________
8. Paso del método científico que explica el hecho investigado hasta que otro descubrimiento lo contradiga. Resolución: La teoría
9. Posible respuesta del fenómeno o hecho observado.
Respuesta: ________________________
10. Primer paso del método científico.
Respuesta: ________________________
2
Materia: Concepto y propiedades generales Marco teórico
I. CONCEPO La materia es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio, porque tiene masa y volumen. La materia está en constante cambio, movimiento y transformación. Ejemplo: Cuaderno, lápiz, pizarra, árbol, flor, frutas, perro, gato, mariposa, agua, aire, roca, etc
II. PROPIEDADES DE LA MAERIA Son características inherentes a la materia. Se clasifican en propiedades generales y propiedades específicas o particulares.
1. Propiedades generales de la materia Son aquellas que están presente en todo tipo de materia. Ejemplo: Masa, peso, volumen, inercia, impenetrabilidad, gravedad, divisibilidad, porosidad
Masa Es la cantidad de materia que presenta un cuerpo.
Peso Fuerza con que la ierra atrae a los cuerpos.
Ejemplo: Niño en una balanza
Ejemplo: Pelota cayendo
121
QUÍMICA
2
MATERIA: CONCEPTO Y PROPIEDADES GENERALES
1.er año
Volumen Es el espacio o lugar que ocupa un cuerpo.
Porosidad La materia presenta espacios vacios llamados poros. Ejemplo: Poros de la piel
Ejemplo: Botella de aceite
Inercia endencia a permanecer en reposo o en movimiento Ejemplo: Niño en bicicleta
Divisibilidad Propiedad por la cual los cuerpos se pueden dividir en porciones más pequeñas.
Impenetrabilidad Dos o más cuerpos no pueden ocupar el mismo lugar al mismo tiempo.
Ejemplo: Botella en pedazos
Ejemplo: Vaso con hielo
Recuerda que Cuerpo: es la porción limitada de materia. Un cuerpo tiene masa, volumen y tamaño limitado
Bicicleta
Casa Persona
Camioneta Árbol
2
QUÍMICA
122
Bebida gaseosa
MATERIA: CONCEPTO Y PROPIEDADES GENERALES
1.er año
Trabajando en Clase Integral
6. Propiedad por la cual los cuerpos están separados por espacios vacíos llamados poros. a) Divisibilidad d) Inercia b) Impenetrabilidad e) Masa c) Porosidad
1. odo lo que ocupa un lugar en el espacio es: a) Divisibilidad d) Materia b) Luz e) Porosidad c) Calor Resolución: La materia es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio y presenta masa y volumen.
2. Propiedad de la materia que está presente en todo tipo de materia. a) Masa d) Inercia b) Peso e) odas las c) Volumen anteriores 3. Es una propiedad general de la materia a) Maleabilidad d) Poder oxidante b) Ductibilidad e) Masa c) Densidad
7. Identifica cuántas propiedades generales hay en: masa, peso, dureza, maleabilidad, divisibilidad. a) 1 c) 3 e) 5 b) 2 d) 4 8. Propiedad de conservar el reposo o movimiento a) Inercia d) Masa b) Gravedad e) Volumen c) Peso Resolución: Una propiedad general de la materia es la inercia, la cual consiste en que un cuerpo puede conservar el reposo o movimiento, a menos que una fuerza externa lo altere
9. Propiedad por la cual los cuerpos pueden dividirse en porciones más pequeñas: a) Masa c) Volumen e) Divisibilidad b) Maleabilidad d) Densidad
4. Señala un ejemplo de materia a) Luz d) Ondas de radio b) Calor e) Ondas de tv c) Aire
10. Completa
UNMSM 5. La materia presenta masa y _____________. a) radiación c) calor e) energía b) luz solar d) volumen
Propiedades generales
Resolución: odo tipo de materia presenta masa y volumen como característica general
123
QUÍMICA
2
3
Propiedades particulares de la materia Marco teórico
I. CONCEPO
3. Maleabilidad
Son las propiedades que caracterizan a cada sustancia. Estas propiedades solo están presentes en algunos cuerpos y son llamadas también, propiedades específicas.
Propiedad por la que algunos cuerpos pueden formar laminas.
Ejemplos de propiedades particulares: dureza, elasticidad, maleabilidad, ductibilidad, tenacidad, conductividad, eléctrica, etc.
1. Dureza Propiedad de los sólidos de ofrecer resistencia al ser rayados.
Lámina de acero
4. Ductibilidad Propiedad por la que algunos cuerpos pueden convertirse en filamentos o hilos.
Diamante
Escalas Mohs 1. alco 2. Yeso 3. Calcita 4. Fluorita 5. Apatito
6. 7. 8. 9. 10.
Feldespato Cuarzo opacio Corindón Diamante
Cables
2. Elasticidad Propiedad de algunos cuerpos de recuperar su forma original después de ser deformados.
Collar
Cantidad de ligas
3
QUÍMICA
125
e sugiero que resumas en un cuadro las propiedades generales y particulares de la materia para que te sea más comprensible
PROPIEDADES PARTICULARES DE LA MATERIA
1.er año
5. enacidad
7. Viscocidad
Propiedad por la cual los sólidos ofrecen resistencia a romperse.
Es la propiedad de resistencia al movimiento sobre una superficie. Ejemplo: aceite.
Aceite
Fierro macizo
6. Conductibilidad eléctrica
8. Fluidez
Propiedad de los cuerpos de conducir la electricidad (el metal que presenta mayor conductividad eléctrica es la plata.
Propiedad de algunos cuerpos de moverse fácilmente sobre una superficie. Ejemplo: el agua.
Cable y foco
Agua
Trabajando en Clase Integral 1. Identifica una propiedad especifica. a) Viscocidad b) Fluidez c) enacidad d) Conductibilidad eléctrica e) .A. Resolución: Una propiedad específica es una propiedad particular de la materia. Estas son: viscocidad, fluidez, tenacidad, dureza, etc.
2. Es una propiedad particular de la materia: a) Dureza b) Elasticidad c) Maleabilidad d) Ductibilidad e) .A.
3
QUÍMICA
3. Propiedad particular por la que los metales como el acero forman laminas: a) Elasticidad b) Dureza c) Maleabilidad d) Ductibilidad e) Fluidez 4. Propiedad por la que el metal cobre puede formar hilos (Ejemplo: cables de luz) a) Dureza b) Ductibilidad c) Viscosidad d) enacidad e) Maleabilidad UNMSM 5. Propiedad por la cual los sólidos ofrecen una resistencia a romperse
126
a) Dureza b) Elasticidad c) Maleabilidad d) Ductibilidad e) enacidad Resolución: La tenacidad es la resistencia que ofrecen los sólidos a romperse
6. “El agua fluye fácilmente sobre una superficie”. Esta propiedad particular se denomina: a) Ductibilidad b) Maleabilidad c) Fluidez d) Dureza e) enacidad
PROPIEDADES PARTICULARES DE LA MATERIA
7. “Los elásticos son cuerpos que después de estirarse recuperan su forma original”. Esta es la propiedad de: a) Dureza b) Elasticidad c) Maleabilidad d) Ductibilidad e) Viscocidad 8. Propiedad de resistencia al movimiento sobre una superficie: a) Conductividad eléctrica b) Viscocidad
1.er año
c) Dureza d) Elasticidad e) Maleabilidad Resolución: Existen ciertas sustancias como los aceites que presentan resistencia al moverse. Esta propiedad se denomina viscosidad.
9. Propiedad de los cuerpos de conducir la electricidad: a) Fluidez b) Dureza
127
c) Conductibilidad eléctrica d) Maleabilidad e) Ductibilidad
10. Propiedades particulares de la materia. I. Masa II. Volumen III.Maleabilidad a) Solo I b) Solo II c) Solo III d) I y II e) II y III
QUÍMICA
3
4
Estados y cambios de estado de la materia Marco teórico
I. CONCEPO
2. Estado líquido
La materia se presenta en tres estados o formas de agregación: sólido, líquido y gaseoso. Estos dependen de las fuerzas intermoleculares de cohesión o atracción y repulsión. Solo algunas sustancias pueden hallarse de modo natural en los tres estados, como es el caso del agua. La mayoría de sustancias se presentan en un estado concreto.
●
● ● ●
ienen un volumen definido, pero adoptan la forma del recipiente que lo contiene. Difícilmente compresibles. Densidad intermedia. Hay equilibrio entre las fuerzas de atracción y repulsión.
Fa = Fr
1. Estado sólido ● ●
● ●
ienen forma y volumen definido. No se pueden comprimir, es decir, son incompresibles. Poseen alta densidad. Las fuerzas de atracción (Fa) son mayores que la fuerza de repulsión (Fr).
Fa > Fr Gaseosa
Gasolina
Mesa Vaso con agua
3. Estado gaseoso Rocas
●
● ● ●
Cubo de acero
Adoptan la forma y el volumen del recipiente que lo contiene. Son comprensibles, se comprimen fácilmente. Su densidad es muy baja. Las fuerzas de repulsión son mayores que las de atracción.
Fr > Fa
129
QUÍMICA
4
ESTADOS Y CAMBIOS DE ESTADO DE LA MATERIA
1.er año Y
Globo
El plasma es el cuarto estado de la materia, constituido por cationes (átomos con carga eléctrica positiva), electrones y neutrones. El sol es un plasma gigantesco.
Sol
Viento
Recuerda que Amiguito recuerda: en la actualidad hay 2 estados más de la materia: – Bose-Eintein – Fermionicos
Estrellas
II. CAMBIOS DE ESADO DE LA MAERIA Son cambios que afectan solo el aspecto físico de las sustancias, las cuales no llegan a convertirse en nuevas sustancias. Son cambios físicos.
4
QUÍMICA
130
No te olvides: Hay tres tipos de vaporización: Evaporización, ebullición, volatilización
ESTADOS Y CAMBIOS DE ESTADO DE LA MATERIA
1.er año
Trabajando en Clase Integral 1. Estado de la materia que tiene forma y volumen definido. Resolución: En el estado sólido, las fuerzas de atracción molecular son mayores, lo que les permite tener una forma definida y un volumen definido.
2. Estado de la materia donde las fuerzas de repulsión son mayores a las fuerzas de atracción molecular. a) Sólido b) Líquido c) Gaseoso d) Coloide e) .A. 3. Característica del estado líquido: a) Alta densidad b) FR > Fa c) Fa > Fr d) Volumen definido e) Densidad muy baja
4. “Los cambios de estado de la materia son cambios físicos”. Lo correcto es: a) Son reacciones químicas b) Se forma una nueva sustancia c) No se forman nuevas sustancia d) a y b e) odas
7. El paso del estado gaseoso al líquido se denomina: a) Fusión b) Sublimación c) Solidificación d) Licuación e) Gasificación 8. El paso del estado sólido al líquido se conoce como:
UNMSM 5. Estado de la materia que se caracteriza por ser muy comprensible. Resolución: Los gases pueden disminuir su volumen es decir se pueden comprimir.
6. Se llama ____ al cambio del estado sólido al gaseoso. a) Fusión b) Sublimación directa c) Sublimación inversa d) Solidificación e) Licuación
131
Resolución: El paso del estado sólido al estado líquido se denomina fusión.
9. La sublimación inversa es el paso del estado____ al _____. a) gaseoso – sólido b) sólido – líquido c) gas – gaseoso d) liquido – gas e) .A 10. Estado de la materia formado por iones llamados cationes: a) Sólido b) Líquido c) Gaseoso d) Vapor e) Plasmático
QUÍMICA
4
5
Fenómenos físicos y químicos de la materia
Marco teórico La materia sufre cambios o transformaciones por acción de algún agente energético. Estos cambios pueden alterar la apariencia física de las sustancias o alterar la estructura interna de las sustancias. Estos cambios se clasifican en:
I. FENÓMENOS FÍSICOS
Z
Laminación del acero
Z
Arrugar un papel
Son cambios que afectan solamente el aspecto físico de la materia, es decir, no se llegan a formar nuevas sustancias. Llamado también cambio físico porque no cambia la estructura interna de la materia, solo se modifica la forma; además, es reversible. Ejemplos: Z
Los cambios de estado (fusión, sublimación, licuación, etc.).
Z
Doblar un clavo
II. FENÓMENOS QUÍMICOS Son cambios que afectan la estructura interna de la materia es decir, se llegan a formar nuevas sustancias.
Recuerda que
Llamado también cambio químico ya que se altera la composición interna de la materia, siendo un proceso irreversible. odas las reacciones químicas son cambios o fenómenos químicos. A las sustancias de origen se les llama reactantes y a las sustancias que se forman, se les llama productos.
El fenómeno físico es reversible y el químico, irreversible
5
QUÍMICA
133
FENÓMENOS FÍSICOS Y QUÍMICOS DE LA MATERIA
1.er año
III.FENÓMENO NUCLEAR
Ejemplos:
Es aquel cambio que experimenta la materia a nivel nuclear (núcleo atómico)
Hay dos tipos de fenómeno nuclear. Y Fisión nuclear (separación de núcleos pesados a otros ligeros) Ejemplo: Z
La fotosíntesis Z
Bomba atómica (bomba de uranio) 238 U →234 th 92 90
Z
La respiración
Z
La combustión de la gasolina
Y
Z
La oxidación de un clavo
Fusión nuclear, unión de núcleos ligeros en uno pesado. Ejemplo: Z
Bomba de hidrógeno (ocurre en el interior del sol 2 H 1
Z
5
La digestión
QUÍMICA
Z
Un incendio (combustión)
134
+ 42 He+2
+ 31 H →42 He + 10 n0
FENÓMENOS FÍSICOS Y QUÍMICOS DE LA MATERIA
1.er año
Trabajando en Clase Integral 1. Los cambios de estado son fenómenos ________. Resolución: Los cambios de estado como fusión, licuación, sublimación son fenómenos físicos.
2. Cambios en la materia que no alteran su estructura interna: a) Físico b) Fenómeno c) Químico d) Respiración e) Nuclear 3. Señala V o F: Y En un fenómeno físico, se forman nuevas sustancias Y Doblar una lámina de acero es un cambio físico. Y Cocinar es un fenómeno químico a) VVV d) VVF b) FFF e) FVV c) VFF 4. No es un fenómeno químico a) Quemar un papel b) Derretir un hielo
c) Oxidación de un clavo d) Respirar e) Combustión de la gasolina
UNMSM 5. Indique cuantos de los siguientes fenómenos son químicos: oxidación, evaporación, sublimación de la naftalina, combustión. Resolución: La oxidación y combustión son fenómenos químicos. Rpta.: 2
6. Es un fenómeno físico: a) Combustión del papel b) La fotosíntesis de las plantas c) La fusión (paso del estado sólido a líquido) d) Fermentación de las uvas e) Digestión 7. La sublimación es un fenómeno _______. a) Físico b) Químico c) Nuclear d) Alotrópico e) .A.
135
8. La explosión de una bomba de atómica es ejemplo de fenómeno _________. a) físico b) químico c) nuclear d) alotrópico e) .A Resolución: Un fenómeno nuclear es el cambio que ocurre en los núcleos de los átomos. Ejemplo: explosión de una bomba atómica.
9. Un fenómeno _____ es llamado también cambio químico. a) químico b) físico c) nuclear d) alotrópico e) .A. 10. La exposición de la bomba de hidrogeno es un ejemplo de fenómeno _____________. a) físico b) químico c) nuclear d) alotrópico e) .A.
QUÍMICA
5
6 Clasificación de la materia: sustancias Marco teórico La materia es todo aquello que ocupa un espacio. odo objeto que vemos a nuestro alrededor es materia. Cada ser material (cuaderno, mesa, árbol, perro, ser humano, etc.) presenta una composición muy variada y diversa. Ante esta diversidad de la materia en la naturaleza, la materia ha sido clasificada en sustancias puras y mezclas.
I. SUSANCIAS PURAS Una sustancia pura es la clase de materia que tiene una composición química definida y presenta una serie de propiedades particulares. Por ejemplo, la composición química del agua (H 2O) está dada por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxigeno; y una propiedad particular del agua es que su densidad es de 1g/cm 3.
Oro (Au)
Oxígeno (O2)
Existen dos tipos de sustancias puras: elementos y compuestos.
Cobre (Cu)
Sustancias puras
Elementos
Compuestos
1. Elementos (sustancia simple) Son sustancias puras más simples que no se pueden descomponer en otras más sencillas que ella, ya que están formados por la misma clase de átomos, es decir, por una sola clase de átomos.
Ejemplos: Plata (Ag), sodio (Na), cloro (Cl 2), mercurio (Hg), flúor (F), ozono (O 3), etc.
137
Un elemento se representa por símbolos químicos. La primera letra es mayúscula y la segunda, si la hubiera, será minúscula. Por ejemplo: calcio (Ca) plata (Ag), flúor (F). Los elementos químicos se encuentran ordenados y clasificados en la tabla periódica.
2. Compuestos (sustancia compuesta) Son sustancias puras constituidas por dos o más elementos o átomos diferentes, formando moléculas o redes iónicas (compuestos iónicos) que van a presentar propiedades distintas y diferentes de las propiedades de los elementos que lo forman.
QUÍMICA
6
CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA: SUSTANCIAS
1.er año
Ejemplos: CO2, NH3, HCl, CH4, H2O2, C6H12O6, CaO, etc
Z
Agua (H2O)
Z
Cloruro de sodio (NaCl)
Z
Propano (C3H8)
Los compuestos se representan por fórmulas y estas indican cuántos átomos de cada tipo hay en una molécula o compuesto iónico.
Ejemplo: COMPUESO
Y
FÓRMULA
COMPOSICIÓN
Agua
H 2O
Dos átomos de hidrógeno y 1 átomo de oxígeno.
Dióxido de carbono
CO2
Un átomo de carbono y dos átomos de oxígeno.
Clasificación de los compuestos
SEGÚN EL NÚMERO DE ÁOMOS
SEGÚN LA CANIDAD DE ELEMENOS
Diatómico 2 átomos
Binario 2 elementos
riatómico 3 átomos
ernario 3 elementos
Ejemplo: Z H2O: riatómico y binario 3 átomos 2 elem. Z
NH3: etratómico y binario 4 átomos 2 elem.
Z
H2SO4: Heptatómico y ernario 7 átomos 3 elem.
Trabajando en Clase Integral 1. ¿Cuál de las siguientes sustancia es un elemento? a) Aire b) Cobre (Cu) c) Agua de mar d) Acero e) Gas doméstico
6
QUÍMICA
Resolución: El cobre es un elemento porque está formado por un mismo tipo de átomos.
2. Señala un compuesto a) Ozono (O3) b) Glucosa (C6 H12 O6) c) Dióxido de carbono (CO 2)
138
d) Mercurio (Hg) e) b y c
3. ¿En qué alternativa existen solamente elementos? a) Agua y alcohol b) NaCl y CO2 c) Hidrógeno y carbono d) Propano y gasolina e) Metano y agua
CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA: SUSTANCIAS
4. Las ____________ tienen una composición química definida a) sustancia pura b) mezcla c) coloide d) suspensión e) solución UNMSM 5. En un _____ se unen átomos de elementos diferentes. Resolución: Un compuesto está constituido por átomos diferentes
6. Indique la alternativa incorrecta: a) El ozono es un elemento. b) Un elemento se representa por símbolos quimicos.
1.er año
c) El oxígeno (O2) es un compuesto. d) El H2O2 (Peróxido de hidrogeno) es un compuesto e) Los elementos químicos son sustancias puras.
7. Indica una sustancia simple. a) Oro b) NaCl c) Agua d) CO2 e) Propano 8. Los elementos se representan por símbolos químicos y los compuestos, por _____.
139
Resolución: Los compuestos se representan por fórmulas.
9. Formados por la misma clase de átomos. a) Sustancia simple b) Sustancia compuesta c) Mezcla d) Solución e) Coloide 10. El mercurio (Hg) es un metal líquido y es un ejemplo de: a) Compuesto b) Elemento c) Sustancia simple d) b y c e) .A.
QUÍMICA
6
7 Clasificación de la materia: mezclas Marco teórico La mayor parte de los objetos materiales son mezclas. Por ejemplo; una limonada es una mezcla de agua, azúcar y jugo de limón. Una mezcla es la unión de dos o más sustancias puras diferentes. Así por ejemplo, en la limonada, el agua y el azúcar son sustancias puras. En una mezcla: sus componentes no sufren cambios en sus propiedades, esto quiere decir que conservan sus propias características. Z Las sustancias se mezclan en cantidades variables Z Los componentes se pueden separar por medio mecánicos y físicos, como el tamizado, destilación, evaporación, decantación, etc
Agua oxigenada
Las mezclas se clasifican en homogéneas y heterogéneas. Vinagre
Mezclas
Vino Homogéneas
Heterogéneas
I. MEZCLAS HOMOGÉNEAS �SOLUCIÓN QUÍMICA� Es la unión de dos o más sustancias donde cualquier parte de la mezcla muestra las mismas propiedades. ienen una apariencia uniforme porque sus componentes están distribuidos homogéneamente. Percibiéndose una sola fase (no se distinguen las partes que la han formado) Las mezclas homogéneas son llamadas también, soluciones. Los componentes de una solución se conocen como soluto y solvente. El soluto es la sustancia que se disuelve o dispersa; por ejemplo, el azúcar, y el solvente es la sustancia dispersante; por ejemplo: el agua. Ejemplos: aire (oxigeno + CO2 + otros gases) agua salada (agua + sal), bronce (Cu + Sn) acero (C + Fe), latón (Zn+Cu), agua potable, gasolina, etc.
7
QUÍMICA
141
Importante: Las mezclas no tienen formula química como los compuestos, porque no tienen composición definida.
II. MEZCLAS HEEROGÉNEAS Unión de dos o más sustancias donde cualquier parte de la mezcla muestra propiedades diferentes, ya que sus componentes tienen una distribución no uniforme, por lo que se observa varias fases a simple vista, por ejemplo el agua y el aceite. Las mezclas heterogéneas pueden ser suspensiones o coloides:
1. Suspensiones Mezcla heterogénea formada por una fase sólida y una fase líquida. Son mezclas en donde se aprecia con mayor claridad la separación de fases.
CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA: MEZCLAS
1.er año
2. Coloides
Por ejemplo, un jugo de papaya el dejarlo en reposo, se van a observar dos fases bien diferenciadas. Ejemplos: Jugo de piña, agua con tierra, jarabes, concreto armado, etc.
Jugo de papaya
Sangre
Mezcla heterogénea que parecen mezclas homogéneas pero no es así, porque se pueden observar sus partículas en el microscopio. Ejemplos: Gelatina, mayonesa, sangre, leche, etc.
Agua y aceite
Mayonesa
Trabajando en Clase Integral 1. Mezcla uniformemente donde se percibe una sola fase: Resolución: Las mezclas homogéneas muestran las mismas propiedades en toda su extensión son uniformes y se percibe una sola fase.
2. Unión de dos o más sustancias puras: a) Elemento b) Mezclas c) Calor d) Compuesto e) Sustancia simple 3. Es todo aquello que existe en el universo ocupa un espacio y tiene masa. a) Solución b) Mezcla c) Materia d) Energía e) Coloides 4. Son llamadas también, soluciones:
7
QUÍMICA
5. Los objetos de bronce son una mezcla _______.
8. Señala la cantidad de alternativas correctas. Y El sodio es un elemento. Y El agua potable es un compuesto. Y El vinagre es una solución. Y La mayonesa es una mezcla heterogénea. a) 1 c) 3 e) 5 b) 2 d) 4
Resolución: El bronce es una mezcla homogénea de estaño más cobre (Sn + Cu).
Resolución: Las cuatro alternativas son correctas por lo que la respuesta es 4.
6. Los coloides como la mayonesa y la leche son ejemplos de: a) Elemento b) Compuesto c) Mezcla homogénea d) Mezcla heterogénea e) Soluciones
9. Indica entre las alternativas, una mezcla homogénea: a) Aire b) Acero c) Vinagre d) Agua potable e) .A.
7. De las siguientes alternativas, ¿cuál es una solución? a) Jugo de papaya b) Ensalada c) Leche d) Gelatina e) Aire
10. Indica entre las alternativas, una mezcla heterogénea: a) Jarabes b) Gelatina c) Concreto armado d) Sangre e) .A.
a) Mezcla heterogénea b) Mezcla homogénea c) Supención d) Coloide e) Dipersión
UNMSM
142
8 Repaso Trabajando en Clase 1. Paso del método científico en el que se comprueba la hipótesis mediante experimentos: a) Observación b) Hipótesis c) Experimentación d) Recolección de datos e) Ley 2. odo aquello que nos rodea y tiene masa y volumen es: a) Materia d) Peso b) Energía e) Inercia c) Calor 3. Propiedad general de la materia por la que los cuerpos se pueden dividir. a) Masa d) Volumen b) Peso e) Divisibilidad c) Inercia 4. Propiedad particular o especifica de la materia que indica, porque un metal como el oro puede convertirse en láminas. a) Dureza d) Maleabilidad b) enacidad e) Viscocidad c) Ductibilidad
7. Es un fenómeno físico de la materia a) Arrugar un papel b) Licuación c) Sublimación directa d) Evaporación del agua e) odos 8. En un fenómeno químico se forman nuevas sustancia, un ejemplo es a) Combustión de la gasolina b) Fotosíntesis c) Digestión d) Oxidación e) odos 9. Señale un compuesto químico en las siguientes alternativas. a) O3 c) Cl2 e) N2 b) O2 d) H2O 10. De las siguientes alternativas cual es una mezcla homogénea o solución: a) Gelatina d) a y b b) Vinagre e) b y c c) Leche
5. El agua en estado sólido cuando se somete al calor pasa a líquido, este cambio se denomina. a) Fusión d) Sublimación b) Licuación e) Solidificación c) Evaporación
11. El bronce (Sn+Cu) y el acero (C +Fe ) son ejemplos de: a) Elemento b) Compuestos c) Mezcla de heterogénea d) Solución e) Coloides
6. El paso del estado gaseoso a solido se denomina a) Solidificación d) Sublimación indirecta b) Licuación e) Fusión c) Sublimación directa
12. No es una mezcla heterogénea: a) Agua potable d) Leche b) Sangre e) Mayonesa c) Jarabe
Bibliografía 1. BROWN, Teodore L. Química: La ciencia central . México DF: Editorial PRENICE-HALL. 2003 2. CHANG, Raymond. Química. México DF. Editorial MC GRAW HILL. 2005 3. Matemática-Ciencias: Química. 3er año. Lima. PAZ SAC. 2013
143
QUÍMICA
8
1 Historia del átomo La materia está compuesta de átomos. odo lo que nos rodea está constituido de átomos, una mesa, un árbol, el aire las plantas, los animales, nuestro cuerpo están formados por átomos. Hoy podemos conocer esto debido a los diversos estudios realizados por grandes pensadores en la historia de la química.
1. Concepción Filosófica del Átomo
Fuego Seco ierra Humedo Agua
Fueron los primeros en plantear que la materia estaba constituida por partículas muy pequeñas, invisibles e indivisibles llamadas átomos. A O M O división”
B. Aristóteles ( 380 a.c) Filósofo griego que afirmaba que la materia estaba constituida por cuatro elementos: agua, aire, fuego y tierra; en los que se distinguían cuatro características: caliente, frio, seco y húmedo.
1.er
AÑO
Frío
2. Concepción Científica del Átomo A. eoría atómica de John Dalton
A. Leucipo y Demócrito (400 a.c)
“sin
Caliente Aire
117
A principios del siglo XIX, en 1808 John Dalton, científico inglés relacionando la hipótesis de Demócrito y los descubrimientos de otros científicos de su época; formulo la primera teoría atómica. Sus principales postulados fueron: a) La materia está formada por partículas muy pequeñas, llamadas átomos. b) Los átomos de un elemento son idénticos en todas sus propiedades c) Los elementos diferentes están formados por diferentes átomos. d) Los compuestos químicos se forman de la combinación de átomos de dos o más elementos, en proporciones fijas. e) Los átomos son indivisibles. f) Los átomos de un elemento no pueden crearse, destruirse o transformarse en átomos Jonh Dalton padre de la de otro elemento. teoria atómica moderna
Hidrógeno Nitrógeno
Jonh Dalton sostuvo que el átomo era una esfera compacta e invisible
Carbono
Fósforo
Oxígeno
Azufre
Dalton estableció un sistema para designar a cada átomo
QUÍMICA
1
HISTORIA DEL ÁTOMO
B. Modelo atómico de Tomson: «Budín de pasas»
D. Modelo atómico de Bohr:
Con el descubrimiento de los electrones por Tomson, se demostró que el átomo no era indi visible. Tomson elaboró el primer modelo atómico al que se le llamó el budín de pasas. Este modelo nos dice que el átomo es una esfera compacta de carga positiva, dentro de la cual se encuentran incrustados los electrones de carga negativa.
Bohr fue discípulo de Rutherford, su modelo atómico plantea los siguientes postulados.
1. El electrón gira alrededor de núcleo en orbitas circulares llamadas niveles estacionarios de energía. Electrón
-
+ Núcleo
C. Modelo atómico de Rutherford: «Sistema planetario» Ernest Rutherford descubrió el núcleo atómico al realizar un experimento que consistió en bombardear una lámina de oro muy delgada con rayos alfa, así observó que la mayoría de los rayos atra vesada la lámina y que una parte se desviaba. Rutherford explicó el fenómeno afirmando que el átomo poseía un núcleo diminuto, de carga positiva, compacta y muy densa. Su modelo es llamado «sistema planetario en miniatura» y plantea, que el átomo presenta una parte central positiva llamada núcleo y alrededor de él giran los electrones, formando orbitas circulares.
Modelo atómico de Rutherford
+ Núcleo
Pierde energía
-
-
electrón
n=2
n=3 n=4
Recuerda Tomson descubrió los electrones. Rutherford descubrió los protones. Chadwick descubrió los neutrones.
eRutherford descubrió el protón
QUÍMICA
Gana energía
n = nivel
+
1
2. El electrón, cuando gira en un nivel, no gana ni pierde energía. En cambio, si pasa a un ni vel superior, gana energía, si pasa a un nivel inferior, pierde energía.
n=1
e-
Niveles estacionarios de energía
118
1.er
AÑO
HISTORIA DEL ÁTOMO
Trabajando en clase Integral 1. Filósofo griego que afirmaba que la materia estaba constituida por agua, aire, tierra y fuego: Rpta: Aristóteles 2. Filósofos griegos que plantearon la existencia del átomo: a) Aristóteles y Joule b) Leucipo y Demócrito c) Lavoisier y Kelvin d) Aristóteles y Empédocles e) Newton y Pascal 3. El termino griego átomo significa ___________. a) sin núcleo d) sin materia b) sin nada e) sin agua c) sin división
5. Tomson descubre los ___________ y propone el modelo _______________. Rpta: electrones – budín de pasas
AÑO
7. Propuso el modelo denominado “sistema planetario”: a) homson d) Rutherford b) Dalton e) Werner c) Demócrito 8. Científico inglés que descubrió el protón Rpta: E. Rutherford
4. Científico inglés, sostuvo que el átomo era una esfera compacta e indivisible. a) Dalton d) homson b) Moseley e) .A c) Bohr
1.er
6. Científico que plantea que el átomo es una esfera positiva en la que se encuentran incrustados los electrones. a) Dalton d) Leucipo b) Rutherford e) homson c) Aristóteles
9. Científico que bombardeo con rayos alfa una lámina de oro. a) Dalton d) Bohr b) homson e) Leucipo c) Rutherford 10. Científico, que propuso que los electrones giran alrededor del núcleo en orbitas circulares llamadas niveles: a) homson d) Bohr b) Rutherford e) Empédocles c) Dalton
119
QUÍMICA
1
2 Estructura atómica I: A y Z Cada uno de los modelos atómicos aporto para el desarrollo del modelo atómico actual. Dalton. Tomson, Rutherford y Bohr. Contribuyeron al conocimiento de la estructura del átomo.
Modelo Atómico Actual (mecánico cuántico) Este modelo atómico se basa en los principios fundamentales de la mecánica cuántica. Modelo que se basa en los siguientes principios: Z El principio de incertidumbre de Heisenberg. Z La dualidad de la materia de De Broglie. Z La ecuación de onda de Schrödinger. Z Además de los aportes de Paul Dirac.
madamente 200 partículas llamadas nucleones, de los cuales los protones y neutrones son los más importantes. 4. La zona Extra nuclear es la región que envuelve al núcleo atómico y constituye el 99.9% del volumen del átomo. En esta zona se encuentran los electrones de carga negativa las cuales se desplazan en trayectorias indefinidas a altas velocidades, ocupando ciertos estados de energía denominados niveles, subni veles y orbitales.
Este modelo plantea lo siguiente. 1. El átomo es un sistema energético que se encuentra en equilibrio dinámico 2. La estructura del átomo comprende al núcleo atómico y la zona Extra nuclear. 3. El núcleo se encuentra en la parte central es muy pequeño y presenta carga positiva, concentra el 99,99% de la masa del átomo y contiene aproxi-
Características de las partículas subatómicas fundamentales Partes
Partícula subatómica
Símbolo
Protón
Núcleo Zona extranuclear
Descubridor
+1,6 x 10-19C
1,672 x 10-24
Rutherford
0
0
1,675 x 10-24
Chadwick
-1
-1,6 x 10-19C
9,1 x 10-28
homson
Absolutos
p+
+1
Neutrón
no
Electrón
e-
Nuclido Es la representación literal del núcleo de un átomo
Nucleones fundamentales
Protón Neutrón
Partículas subatómicas fundamentales
protón neutrón electrón
QUÍMICA
Masa (m)g
Relativos
Recuerda
2
Carga eléctrica
A Z
E
Donde: E: símbolo del elemento A: número de masa Z: número atómico
120
1.
er
AÑO
ESTRUCTURA ATÓMICA I: A Y Z
1. Numero atómico (Z)
Donde: n = número de neutrones Completa:
Llamado también número de protones o carga nuclear, define la identidad de un elemento químico.
Núclido
Z = número de protones = p+ En un átomo neutro se cumple:
23 11
Z
p+
e–
A
n
Na
# p+ = # e– = Z
Donde: # P+ = número de protones # e– = número de electrónes
80 35
2. Numero de masa (A)
32 16
Llamado también número de nucleones, indica el número de protones y neutrones en el núcleo de un átomo.
27
A = Z + n°
O
13
A = p + n°
Br
S
Al
+
Trabajando en clase Integral
3. ¿Cuál es el número de neutrones en la representación Ca ? 40
1. Determina la cantidad de protones, electrones y neutrones del siguiente átomo: 35 17
A
35
p+ = e– = Z
17
E
p+ = 17 e– = 17 n = 18
4. ¿Cuál es el número de protones y electrones de la siguiente representación C ? a) 7 y 6 c) 11 y 6 e) 10 y 7 b) 12 y 7 d) 6 y 6 12
6
A = Z+ n 35 = 17 + n 35 – 17 = n 18 = n
UNMSM
2. Determina la cantidad de protones, electrones y neutrones del siguiente átomo. 39 19
1.er
AÑO
a) 40 b) 10 c) 15 d) 20 e) 22
E
Resolución:
a) 20; 19; 39 b) 39; 20: 19
20
E
c) 19; 19; 20 d) 10; 19; 20
e) 17; 18; 19
5. El elemento con número atómico 16 y número de masa 32 está formado por ____________. a) 16 p+ y 16n b) 16 p+ y 8n c) 8 p + y 8 e– d) 16 p+ y 32n e) 16 p + y 12 e –
121
QUÍMICA
2
ESTRUCTURA ATÓMICA I: A Y Z
Resolución: A 32 Z
16
E
UNI
p = 16 e– = 16 n = 16 +
x
Respuesta: a
7. ¿Cuál es el elemento con número de protones 18 y número de masa es 47? a) E b) E 18
E
2x
x
10. Cuál es el número de masa (A) y el número atómico (Z) del siguiente núclido si tiene 16 neutroE nes:
29
18 47
d)
47
e)
47
2
18
29
E E
E
QUÍMICA
A = Z +n 2x = x + 20 x = 20
9. Determina el número atómico (Z) del siguiente núclido si tiene 15 neutrones : E a) 10 c) 20 e) 30 b) 15 d) 25
18
c)
del siguiente
2x
6. El elemento con número atómico 13 y número de masa 27 está formado por ________. a) 13 p+ y 13n b) 13 p+ y 14 e– c) 13 p + y 13 e– d) 27 e– y 13 n e) 27n y 27 p +
29
8. Determina el número atómico (Z) núclido si tiene 20 neutrones E . Resolución: A 2x n = 20 Z x ∴ Z = 20
122
2x
x +2
a) 32 y 16 b) 34 y 18 c) 36 y 20 d) 34 y 20 e) 36 y 18
1.er
AÑO
3 Especies iónicas Un átomo neutro, cuando gana o pierde electrones se convierte en un ión.
Átomo neutro
35 17
p+ = 17 e– = 17 n = 18
E
Ion Es un átomo que posee carga eléctrica positiva o negativa por la pérdida o ganancia de electrones. Se cumple: p+ = e– Los iones pueden ser:
1. Anión
Z
Pierde e–
ANION
CAION
1−
35
Es aquel átomo que ha ganado electrones y presenta carga negativa. Carga eléctrica A
Gana e–
E
− x
p+ = 17 e– = 17 + 1 = 18 n = 18 # e– > # p+
p+ = 17 e – = 17 – 1 = 16 n = 18 # e– < # p+
# e– = p+ – q q = carga eléctrica
2. Catión
Es aquel átomo que ha perdido electrones y presenta carga positiva. +y
E Z
AÑO
Especie química 32 16
23 11
Recuerda
1.er
Completa: Z
A
p+
n
e–
Carga eléctrica
# p+ = z # e– = Z – Y
Anión : Catión :
1+
E 17
# p+ = z # e– = Z + X
A
35
E 17
19 9
Gana e– Pierde e–
27 13
123
S
2−
Na
1+
1−
F
Al
3+
QUÍMICA
3
ESPECIES IÓNICAS
Trabajando en clase Integral 1. Determina la cantidad de electrones presentes en el siguiente ion: 26
E 12
6. Calcula el número de protones, neutrones y electrones que presenta el siguiente ion: 27
3−
13
Resolución:
2. Determina la cantidad de electrones presentes en el siguiente ion: 15
E
−3
a) 32 b) 15 c) 12 d) 18 e) 11
7. Determina la representación del ion E, si presenta 17 protones, 18 neutrones y 18 electrones. a) E − b) E + c) E − d) E e) E 18
36
8
E
E
24
36
2+
17
3+
35
2−
17
2−
E
1
17
2+
UNI
1−
E 17 E 7
8. Determina la cantidad de electrones del siguiente ion, si presenta 20 neutrones:
3+
2x+ 3
4. Determina la suma total de electrones presentes en los siguientes iones: 25 14
X
2+
31 15
X
3−
23 11
X
x +1
Resolución: A ←2 x + 3 Z ← x +1
1+
E
1+
19
UNMSM
28
E
4+
Resolución: 28 14
E
4+
Rpta: 14; 14, 10
QUÍMICA
p+ = 14 n = 28 – 14 = 14 e = 14 – 4 = 10
E
A= Z + n 2x + 3 = x + 1 + 20 x = 18 #e– = 19 – 1 = 18 Rpta: c
9. Determina la cantidad de electrones del siguiente ion, si presenta 16 neutrones: E a) 10 c) 14 e) 18 b) 12 d) 16 2x
5. Calcula el número de protones, neutrones y electrones que presenta el siguiente ion: 14
1+
E
1+
a) 32 b) 28 c) 40 d) 79 e) 53
3
1
18
3. Señala el ion con menor cantidad de electrones: 26
1
17
35
a) b) c) d) e)
3+
a) 13, 14, 10 b) 11, 15, 12 c) 10, 15, 11 d) 12, 13, 16 e) 16, 13, 12
# e– = 12 + 3 = 15
32
E
+4
x
10. ¿Cuál es su número atómico? si el ion Mg 2+ presenta 10 electrones. a) 14 b) 10 c) 15 d) 8 e) 12
124
1.er
AÑO
4 Configuración electrónica El átomo es la partícula más pequeña de un elemento químico y está constituido por un núcleo, que contiene a los protones y neutrones, y por una zona extranuclear que contiene a los electrones, los cuales ocupan niveles, subniveles y orbitales. La configuración electrónica consiste en distribuir estos electrones en niveles, subniveles y orbitales. Representación:
2 p3
Es una regla práctica para recordar la distribución electrónica en un átomo. Subniveles s
d
f
1s2
2
2s2
2p6
3
3s2
3p6
3d10
4
4s2
4p6
4d10
4f 14
5
5s2
5p6
5d10
5f 14
6
6s2
6p6
6d10
7
7s2
7p6
Orden en la distribución
sub nivel (ℓ)
Niveles: Son regiones o capas de la zona extranuclear de un átomo.
s e l e v i N
Numero de electrones = 2n 2 por nivel Capas
k
L
M
N
I
P
Q
Niveles
1
2
3
4
5
6
7
2
8
18 32 32 18
8
# máximo de
p
1
# de electrones
Nivel (n)
Regla de Moller (regla del serrucho)
e
−
Las flechas indican el sentido en que se comienzan a llenar los subniveles, con los electrones.
Forma Kernel (simplificada) Si soy pamer soy pamer soy de pamer soy de pamer
Subniveles: Son regiones más pequeñas, dentro de los niveles. Subnivel
Símbolo
N° máximo de electrones
Sharp
s
2
Principal
p
6
Difuso
d
10
Fundamental
f
14
1.er
AÑO
1s2 2s2 2p6 2[He]
3s2 3p6
10[Ne]
4s2 3d10 4p6
18[Ar]
5s2 3d10 4p6
36[Kr]
54[Xe]
Ejemplos: Realiza la configuración electrónica (CE) de los siguientes elementos. a) Na : 1s2 2s2 2p6 3s1 b) Cl : 1s2 2s2 2p63s2 3p5 c) Br(z = 35) : 1s 2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5 23
11
17
125
QUÍMICA
4
CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA
Distribución por orbitales
b)
Se efectúa mediante el principio que establece que un orbital contiene como máximo 2 e – ( ) Subniveles
Número de electrones
Número de orbitales
s
2 e–
1
p
6 e–
3
d
10 e–
5
f
14 e–
7
Cl:
17
1s2 2s2 2p6 3s2 3p5
orbital lleno = 8 orbital semilleno = 1 orbital vacío = 0 c)
V:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d3
23
Recuerda La CE se realiza conociendo el número atómico (Z) de un elemento.
orbital lleno = 10 orbital semilleno = 3 orbital vacío = 2
Ejemplos: a) 11 Na: 1s2 2s2 2p6 3s1
Recuerda
orbital lleno = 5 orbital semilleno = 1 orbital vacío = 0
orbital lleno
orbital semileno
orbital vacío
Trabajando en clase Integral 1. Completa la siguiente configuración electrónica (CE): 1s2 2s2 2p6 3s2____ Resolución: 1s2 2s2 2p63s2 3p6 2. Completa la siguiente CE: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 ____
3. Calcula su número atómico de un elemento cuyo CE es la siguiente: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 a) 8 c) 4 e) 15 b) 10 d) 16 4. Determina la cantidad de orbitales llenos, semillenos y vacíos en: 2 2 6 2 3 P : 1s 2s 2p 3s 3p 15
a) 3d10 b) 4d10 c) 4p6 d) 4s1 e) 3p6
4
QUÍMICA
a) 6; 0; 0 b) 5; 3; 0 c) 6; 3; 0
126
d) 3; 4; 5 e) 6; 5; 9
1.er
AÑO
CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA
UNMSM
UNI
5. Desarrolla la CE de los siguientes elementos químicos: a) 4Be b) 8O c) 10Ne d) 12Mg e) 21Sc
8. Si un elemento químico tiene un número atómico igual a 21, ¿En qué termina su configuración electrónica? Resolución: E: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1 21 Z ermina: en 3d1
Resolución: a) 4Be = 1s2 2s2 b) 8O = 1s2 2s2 2p4 c) 10Ne = 1s2 2s2 2p6 d) 12Mg =1s2 2s2 2p6 3s2 e) 21Sc = 1s 2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1
6. Desarrolla la CE de los siguientes elementos químicos: a) 5B = ________________________________ b) 9F = ________________________________ c) 13Al = ________________________________ d) 16S = ________________________________ e) 26Fe = ________________________________
9. Si un elemento químico tiene un número atómico igual a 17, ¿En que termina su CE? a) 1p5 b) 3p7 c) 4d5 d) 3s1 e) 3p5 10. Determina la cantidad de orbitales llenos y vacíos que hay en: Si: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 14
7. Calcula Z de un elemento cuya configuración electrónica termina en 4s 2. a) 16 b) 17 c) 18 d) 19 e) 20
1.er
AÑO
127
a) 6; 0; 2 b) 6; 2; 1 c) 6; 1; 2 d) 6; 5; 9 e) 6; 7; 0
QUÍMICA
4
5 Historia de la tabla periódica La tabla periódica contiene a los elementos químicos, ordenados de acuerdo a su número atómico. Nos permite obtener información importante de cada uno de los elementos químicos, ya sea sus propiedades o estructura interna. A principios del siglo XIX solo se conocían cerca de 33 elementos químicos, a medida que se iban descubriendo nuevos elementos, los científicos se preocuparon en ordenarlos y clasificarlos de acuerdo a diversos criterios. Muchas clasificaciones fueron adoptadas antes de llegar a la tabla periódica que hoy utilizamos.
C. John Newlands (Octavas) Químico inglés que ordenó a los elementos químicos en grupos de 7 en 7, llamándolos “octavas”, para ello tomó en cuenta las masas atómicas, donde el octavo elemento y el primero tenían propiedades semejantes.
Li Be B C N O F Na Mg Al
Antecedentes Historicos A. Jacobo Berzelius (1813)
Y Y
Químico sueco, introdujo los actuales símbolos químicos, por ello es considerado el padre de los símbolos químicos. Además, clasificó a los elementos químicos en electropositivos y electronegativos. Metales: elementos electropositivos No metales: elementos electronegativos.
vo
8
Químico ruso, considerado el padre de la tabla periódica, clasificó a los elementos (63) según sus masas atómicas, ordenándolos en series (filas) y grupos (columnas). Esta clasificación es conocida como la tabla periódica corta porque tenía 8 grupos y 12 filas (series). Al de jar ciertos casilleros vacíos, predijo la existencia de nuevos elementos y sus propiedades físicas y químicas, como el escandio (Eka boro) galio (Eka aluminio) germanio (Eka silicio).
Químico alemán, clasificó a los elementos químicos tomando en cuenta a su masa atómica (mA) ordenó los elementos químicos en grupo de 3 en 3 llamándolos “triadas”. Ejemplos:
mA
5
E. Henry Moseley (Ley Periódica)
Li Na K 7 23 39
mA (Na) =
Ca Sr Ba 40 88,5 137
mA (Sr) =
QUÍMICA
elemento
D. Dimitri Mendeleiev (Padre de la tabla periódica)
B. Johan Dobereiner (riadas)
Ejemplo: 1er elemento
7 + 39
Químico inglés quien, luego de realizar experimentos con rayos X, estableció que los números atómicos Z son la base para las relaciones periódicas de los elementos. Estableció la ley periódica moderna: “Las propiedades de los elementos son función periódica de sus números atómicos”.
= 23
2
40 + 137
= 88,5
2
128
1.
er
AÑO
HISTORIA DE LA TABLA PERIÓDICA
F. Alfred Werner (Diseño la tabla periódica actual)
Recuerda
Químico Suizo, diseño la tabla periódica actual, tomando como base la ley periódica de Moseley, y la distribución electrónica de los elementos y la tabla de Mendeleiev.
Z Z Z Z Z
Dobereiner: riadas Newlands: Octavas Mendeleiev: Padre de la abla Periódica Moseley: Ley Periódica Werner: Diseña la tabla periódica actual
Trabajando en clase Integral 1. Químico Sueco, que clasificó los elementos químicos en electropositivos y electronegativos. Resolución: J. Berzelius clasificó los elementos en electropositivos y electronegativos. 2. Químico alemán creador de las triadas. a) Moseley b) Dalton c) Newlands d) Werner e) Doberiener
4. Considerado el padre de la tabla periódica. a) Moseley b) Werner c) Mendeleiev d) Dalton e) Dobereiner UNMSM 5. Estableció la ley periódica de los elementos químicos después de experimentar con rayos X. Resolución: Henry Moseley experimentó con rayos X y consideró al número atómico (Z) como base de la clasificación de los elementos químicos.
AÑO
7. Científico que propuso la Ley de las triadas a) Lavoisier d) Werner b) Dobereiner e) Dalton c) Moseley UNI
3. Químico ingles que ordenó a los elementos de 7 en 7. a) Moseley b) Werner c) Newlands d) Dalton e) Doberneiner
1.er
6. Químico Suizo que diseño la tabla periódica actual. a) homson d) Lavoisier b) Dalton e) Werner c) Moseley
8. La tabla periódica actual está ordenada de acuerdo a _____________________. Resolución: La tabla periódica la diseño Werner de acuerdo al número atómico (Z) creciente de los elementos. 9. _____________________ordena a los elementos de 3 en 3 y________________ ordena a los elementos de 7 en 7. a) Dobereiner; Newlands b) Moseley; Werner c) Dalton; homson d) Rutherford, Bohr e) .A. 10. __________________ propuso la ley de las octavas, _________________ dejo espacios vacios en su tabla para nuevos elementos que se iban a descubrir y _____________ diseña la tabla periódica actual basándose en la ley periódica de __________________. a) Newlands, Mendeleiev, Werner b) homson, Dalton, Bohr c) Berzelius, Rutherford, Lavoisier d) Joule, Moseley, Pascal e) Newton, Moseley, Dalton
129
QUÍMICA
5
6 Estrutura de la tabla periódica actual La tabla periódica actual (PA) fue diseñada por Werner en ella se agrupa a los elementos químicos en orden creciente respecto a su número atómico (Z). La tabla periódica clasifica, organiza y distribuye a los elementos químicos de acuerdo a sus propiedades y características, permitiéndonos conocer datos importantes de los distintos elementos químicos.
a) Los elementos químicos están ordenados en función al orden creciente a su número atómico (Z), de izquierda a derecha. Z
b) Según sus propiedades físicas y químicos, existen tres tipos de elementos metales no metales y metaloides (semimetales). c) En la PA existen 7 filas llamadas periodos y 18 columnas divididas en dos grupos: A y B, cada uno con 8 familias.
Grupos o familias de elementos 1. Grupo A: elementos representatiavos 1. IA : 2. II A : 3. III A : 4. IV A : 5. VA : 6. VI A : 7. VIII A :
Características de la tabla periódica La tabla periódica presenta las siguientes características:
Alcalinos: Li, Na, K Alcalinos térreos: Be, Mg, Ca érreos (Boroides): B, Al Carbonides: C, Si Nitrogenoides: N, P Calcógenos (Anfígenos): F, Cl, Br. I Gases nobles: He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn
2. Grupo B: elementos de transición Presenta 8 grupos B (desde IB hasta el VIII B)
TABLA PERIODICA DE LOS ELEMENTOS QU MICOS 1 2
No metales Metales alcalinos Metales alcalinos térreos Metales de transición
Metales después de los de trancisión Metaloides Halógenos Gases nobles
3 4 5 6 114
Fl
7
116
Lv
LANTANIDOS ACTINIDOS
6
QUÍMICA
130
1.
er
AÑO
ESTRUCTURA DE LA TABLA PERIÓDICA ACTUAL
Trabajando en clase Integral 1. La tabla periódica está ordenada en función al orden creciente a su…………. Resolución: La tabla periódica está ordenada de acuerdo al número atómico (Z) de los elementos químicos. 2. Diseñó la tabla periódica. a) homson b) Werner c) Dalton Joule d) .A.
7. Los elementos Be, Mg, y Ca pertenecen a la familia _______________. a) alcalinos térreos b) halógenos c) boroides d) gases nobles e) anfígenos UNI
3. A los elementos del grupo IA se les conoce como_____________. a) alcalinos b) boroides c) anfígenos d) halógenos e) gases nobles 4. En la PA existen __________ periodos. a) 1 b) 3 c) 5 d) 7 e) 9
8. La familia de los halógenos está formado por los elementos _____________. Resolución: VII A: Halógenos: F, Cl, Br. I, At. 9. La familia de los calcogenos pertenece al grupo_______________ de la PA. a) IA b) VII A c) VIA d) VA e) II A 10. Completa el nombre de las familias y sus principales elementos: I A: _________________: _______________ _________________ II A: _________________: _______________ _________________
UNMSM 5. ¿A qué familia pertenecen el litio (Li) sodio (Na) y Potasio (K)?. Resolución: Pertenecen a la familia de Alcalinos.
III A: _________________: _______________ _________________
6. En la tabla periódica existen 18 columnas llamadas ____________. a) periodos b) grupos c) filas d) agrupación e) .A.
V A: _________________: _______________ _________________
1.er
AÑO
131
IVA: _________________: _______________ _________________
VI A: _________________: _______________ _________________ VII A: _________________: _______________ _________________
QUÍMICA
6
7
Ubicación de los elementos en la TPA: grupo A
La tabla periódica actual (PA) organiza y ordena los elementos químicos según su número atómico (Z). De acuerdo a este número atómico se ubicará en un periodo y grupo a cada uno de los elementos químicos. Para poder determinar la ubicación de un elemento químico en la tabla periódica, sin tener que observar una se toma como referencia la configuración electrónica del elemento químico.
Ejemplo: Señala a que grupo y periodo pertenece cada uno de los siguientes elementos químicos. a) 6C = 1s2 2s2 2p 2 + 2 = 4 Mayor = 2 nivel ∴ Grupo = IV A Periodo = 2
Ubicación de un elemento en la tabla periódica: grupo A
b)
Para ubicar un elemento del grupo A en la PA debes tener en cuenta lo siguiente: 1. El número de electrones es igual a numero atómico (Z) en un átomo neutro. 2. En base al número atómico (Z), realizar la configuración electrónica (CE) 3. Si la CE termina en el subnivel “s” o “p”, pertenece al grupo A.
Na : 1s2 2 s2 2p6 3 s1
11
Mayor Nivel ∴ Grupo = IA Periodo = 3
ermina en s1
Recuerda
Si la CE termina en: Grupo IA S1 2 S Grupo IIA α+ 2 P N° Grupo A
S
d
P
f La tabla periódica presenta cuatro bloques: s, p, d y f .
4. El periodo es el mayor nivel de la CE.
Trabajando en clase Integral 1. ¿A qué periodo pertenece el elemento cuyo número atómico es 15? Resolución: 15
E:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p3
3 = Mayor Nivel Periodo = 3
7
QUÍMICA
2. ¿A qué periodo pertenece el elemento cuyo número atómico es 12? a) 1 c) 3 e) 5 b) 2 d) 4 3. A partir de la siguiente CE, señala el grupo al que pertenece el elemento. 1s2 2s2 2p6 3s1 a) II A c) VA e) IIIA b) I A d) VI A
132
1.
er
AÑO
UBICACIÓN DE LOS ELEMENTOS EN LA TPA: GRUPO A
4. ¿A qué grupo y periodo pertenece el elemento? Si la CE termina en 2 p 4. a) IA; 5 d) IIA; 6 b) IA; 6 e) VIA;2 c) VA; 1
UNI 8. Determina a qué familia pertenece el elemento: 17E Resolución: E: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 + 2 = 7
17
UNMSM 5. Señala a que periodo y grupo pertenece: 33E Resolución: E: 1 s2 2 s2 2 p6 3s2 3 p6 4 s2 3 d10 4 p3 + 2 = 5 33 Periodo (Mayor nivel)
Grupo: VII A
9. Señala a qué familia, pertenece el elemento: 19E. a) boroide b) gas noble c) alcalino d) halógeno e) anfígeno
Grupo
Periodo: 4 Grupo: VA
10. Determina a que familia pertenece la siguiente configuración electrónica: 1 s2 2 s2 2 p6 3s2 3p1
6. Determina el periodo y grupo de 18E a) 3;8A c) 3; 7A e) 7;5A b) 4;1A d) 5; 8A 7. Señala el grupo al que pertenece un elemento que tiene la siguiente CE: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 a) 1 A c) 3 A e) 5 A b) 2 A d) 4 A
1.er
AÑO
Grupo Familia de los halogenos
133
a) calcogeno b) boroides c) anfígeno d) halógeno e) alcalino
QUÍMICA
7
8 Repaso 1. El modelo atómico «budín de pasas» pertenece a _____________. a) Aristóteles c) homson e) Bohr b) Rutherford d) Dalton
8. En qué termina la C E de un elemento cuyo Z = 17? a) 3s2 c) 3 p5 e) 4s2 b) 3p4 d) 4s1
2. Propuso el modelo atómico «sistema planetario». a) Dalton c) homson e) Bohr b) Leucipo d) Rutherford
9. Químico que ordenó a los elementos de 3 en 3 llamándolos “triadas” a) Dobereiner d) Moseley b) Newlands e) Werner c) Mendeleiev
35
3. ¿Cuál es el número de neutrones del Cl ? a) 17 c) 19 e) 21 b) 18 d) 20 17
4. Determina la cantidad de protones, electrones y neutrones de P . a) 31, 15, 16 c) 15, 15, 16 e) 15, 15, 31 b) 15, 16, 17 d) 15, 16, 31 31
15
5. Determina la cantidad de electrones presentes en el siguiente ión: E a) 8 c) 10 e) 12 b) 9 d) 11 24
10. El grupo VA de la abla periódica recibe el nombre de_______________. a) alcalinos d) halógenos b) nitrogenoides e) gases nobles c) carbonoides 11. El grupo de la PA que contiene al Li, Na, K. a) IA c) III A e) VA b) II A d) IVA
2+
12
12. Determina a qué periodo y grupo pertenece : a) 3; IV A c) 4; V A e) 5; III A b) 3; V A d) 4 ; IV A
6. Determina la cantidad de electrones presentes en el siguiente ión: E − a) 10 c) 12 e) 7 b) 11 d) 8 19
1
9
7. Completa la siguiente configuración electrónica. 1s2 2s2 2p63s23p64s2________. a) 4p6 c) 3d10 e) 5 p6 b) 5s2 d) 6s2
33
E
Claves 01. 02. 03. 04.
c d b c
05. 06. 07. 08.
c a c c
09. 10. 11. 12.
a b a c
Bibliografía 1. QUÍMICA, Keneth Whitten. California, EEUU, 2010 2. QUÍMICA GENERAL, Schawn. EEUU, 2010 3. QUÍMICA, Ediciones Paz. Lima, PERÚ, 2013
8
QUÍMICA
134
1.
er
AÑO
Química
1
Nomenclatura inorgánica: número de oxidación
Existe en la naturaleza una gran variedad de compuestos químicos que unidos a aquellos elaborados por el hombre conforman una cantidad mucho mayor. Por ello fue necesario que los químicos crearán un método que permita nombrar y formular a estos compuestos, para evitar que un mismo compuesto sea nombrado de formas distintas. La nomenclatura actual está basada según las reglas propuestas por la IUPAC (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada).
El obejtivo de la formulación y nomenclatura química es que a partir del nombre de un compuesto sepamos cuál es su fórmula y a partir de una fórmula, cuál es el nombre.
I. NÚMERO DE OXIDACIÓN O ESADO DE OXIDACIÓN �E.O.� El número de oxidación es la carga real o aparente que adquiere un átomo de un elemento químico.
II. REGLA PARA DEERMINAR LOS NÚMEROS DE OXIDACIÓN 1. El estado de oxidación o número de oxidación del hidrógeno es +1 generalmente. E.O.(H) = + 1 2. El estado de oxidación o número de oxidación del oxígeno es –2 generalmente. E.O.(O) = – 2 3. En todo compuesto molecular, la suma de los números de oxidación de todos sus átomos es cero. ∑ E.O. (compuesto) = O
1(x) + 3(+1) = O x+3=O x = –3 ∴ E.O. (N) = –3
Ejemplo 2: Determina el E.O. de los elementos representados con una equis (x). x
–2
Fe O 1(x) + 1(–2) = O x–2=O x = +2
Ejemplo 1: x +1 ← E.O. N H3 1.er AÑO
∑E.O. = O
127
QUÍMICA
1
NOMENCLATURA INORGÁNICA: NÚMERO DE OXIDACIÓN x
–2
+1
Fe2 O3 2(x) + 3(–2) = O 2x – 6 = O 2x = +6 x = +3 x –2 Cl2 O5 2(x) + 5(–2) = O 2x – 10 = O 2x = +10 x = +5 +1
x
–2
H N O3 1(+1) + 1(x) +3(–2) = O 1+x–6=O x–5=O x = +5
En hidróxidos: x
Ca (OH) 2
x=2 x = +2
x
H Cl 1(+1) + 1(x) = O 1+x=O x = –1
Trabajando en clase Integral
x
1. Determina el número de oxidación del elemento x representado con una equis (x): Na 2 O Resolución: x Na2 O 2(x) + 1(–2) = O 2x – 2 = O 2x = 2 x = +1
Rpta.: +4; +6
6. Determina el estado de oxidación de los elementos representados con una equis (x): x x Mg H2; K2 O
2. Determina el número de oxidación del elemento x –2 químico representado con una equis (x): Fe 2O3 3. Determina el número de oxidación del nitrógeno (N) en NH3
7. Determina el estado de oxidación del Hierro (Fe) en Fe(OH)2 8. Determina el número de oxidación del azufre (S) en H2SO4 Resolución: +1 x –2 H2 S O 4 2(+1) + 1(x) + 4(–2) = O 2+x–8=O x = +6
4. Determina el estado de oxidación del calcio (Ca) en CaO. UNMSM 5. Determina el estado de oxidación de los elementos representados con una equis (x): x x S O2; S O3 Resolución: x –2 S O2 1(x) + 2(–2) = O x–4=O x = +4
1
QUÍMICA
–2
S O3 1(x) + 3(–2) = O x–6=O x = +6
Rpta.: +6
UNI 9. Determina el número de oxidación del Fosforo (P) en H3PO3 10. Determina el número de oxidación del carbono (C) en: H2CO3
128
1.er AÑO
2 Óxidos básicos I. FUNCIÓN QUÍMICA
Ejemplos: +1 –2
Las funciones químicas inorgánicas son compuestos que tienen propiedades muy semejantes. Las funciones químicas inorgánicas son: a. Óxidos d. Ácidos b. Hidruros e. Sales c. Hidróxidos
a. K O → K2O Monoxido de dipotasio +3 –2
b. Fe O → Fe2O3 rióxido de dihierro +2 –2
c. Ca O → Ca2O2→CaO Monóxido de calcio
II. FUNCIÓN ÓXIDO Los óxidos se obtienen de la reacción del oxígeno con otro elemento químico. Son compuestos binarios, es decir, formado por dos elementos diferentes, donde uno de ellos es el oxigeno con numero de oxidación –2.
+4 –2
d. Pb O → Pb2O4→PbO2 Dióxido de plomo Principales elementos metálicos Litio: Li Sodio: Na Potasio: K Magnesio: Mg Calcio: Ca Aluminio: Al Hierro: Fe Oro: Au Plata: Ag Cobre: Cu Mercurio: Hg
Elemento químico + Oxígeno → Óxido Los óxidos pueden ser: 1. Óxidos básicos 2. Óxidos ácidos (anhídridos)
A. Óxidos básicos o metálicos Son combinaciones de un metal con el oxigeno. Metal + oxígeno → óxido básico
+x –2
Fórmula: M O → M2Ox M: elemento químico metálico
III.AOMICIDAD La atomicidad de un compuesto se obtiene sumando la cantidad de átomos que existe en la molécula. Ejemplos: • H2 O1 Atomicidad: 2 + 1 = 3
Nomenclatura IUPAC Se caracteriza por utilizar prefijos que indican los átomos que hay en el compuesto. N.° de átomos Prefijo 1 Mono 2 Di 3 ri 4 etra 5 Penta 6 Hexa 7 Hepta
1.er AÑO
129
•
Fe 2 O 3 Atomicidad: 2 + 3 = 5
•
Au20 Atomicidad: 2 + 1 = 3
•
CaO Atomicidad = 1 + 1 = 2 QUÍMICA
2
ÓXIDOS BÁSICOS
Trabajando en clase Integral 1. Los oxidos básicos se forman combinando ____________ con ____________. Resolución: Los óxidos básicos se forman combinando oxígeno con un elemento metálico.
2. Es un óxido básico: a) Li2O c) MgO b) K2O d) CaO
6. Determina la fórmula del dióxido de plomo (plomo: Pb ) 7. Señala la fórmula del monóxido de magnesio. 8. Determina la atomicidad del trióxido de dialuminio. Resolución: rióxido de dialuminio 3 2
e) odos
Al2O3
3. Menciona, según IUPAC, el siguiente compuesto: Li2O
Rpta.: Atomicidad = 2 + 3 = 5
4. Formula el siguiente óxido: Al +3 O–2 UNI
UNMSM
9. Determina la atomicidad del monóxido de disodio
5. Determina la fórmula del trióxido de dioro. Resolución: Oro: Au rióxido de dioro ∼ Au2O3 3 2 Rpta.: +6
2
QUÍMICA
10. ¿Cuál de los siguientes compuestos presenta la mayor atomicidad? a) Al2 O3 c) Pb O2 e) HgO b) Ca O d) Ag2 O
130
1.er AÑO
3 Óxidos ácidos: anhídridos Los óxidos ácidos o anhídridos son compuestos inorgánicos binarios que se obtienen de la combinación de un elemento no metálico con el oxígeno.
En la nomenclatura IUPAC se utilizan los prefijos Mono = 1 Di = 2 ri = 3 etra = 4 Penta = 5
No metal + oxígeno → óxido ácido (anhídrido) +y –2
Atomicidad Es la cantidad de atomos que presenta un compuesto químico.
Fórmula: NM O → NM2O y
Ejemplos: • C 1 O2 Atomicidad: 1 + 2 = 3
Principales elementos no metálicos Carbono: C Hidrógeno: H Oxígeno: O Nitrógeno: N Flúor: F Cloro: Cl Iodo: I Azufre: S Fósforo: P Bromo: Br
•
N 1 O3 Atomicidad: 2 + 3 = 5
•
SO3 Atomicidad: 1 + 3 = 4
•
CO Atomicidad = 1 + 1 = 2
Ejemplo: Realiza la fórmula y nombra según la nomenclatura IUPAC los siguientes compuestos. +4 –2
a. C
O → C2O4 → CO2 Dióxido de carbono
+3 –2
b. N+ O → N2O3 rióxido de dinitrógeno
Nosotros al respirar eliminamos un gas llamado «dióxido de carbono», este gas es un óxido ácido o anhídrido.
+6 –2
c. S+ O → S2O6 → SO3 rióxido de azufre +3 –2
d. P O → P2O3 rióxido de difosforo
1.er AÑO
131
QUÍMICA
3
ÓXIDOS ÁCIDOS: ANHÍDRIDOS
Trabajando en clase Integral
6. Determina la fórmula del trióxido de dicloro.
1. Señala cuál de los siguientes compuestos es un óxido ácido o anhídrido. a) CO2 c) SO3 e) odos b) N2O3 d) Cl2O3 Resolución: No metal + oxígenos → óxido ácido C,N,S,Cl Rpta.: todos
2. Es un óxido ácido: a) P2O5 c) SO2 b) CO d) Cl�O3
7. Nombra los siguientes óxidos ácidos según la IUPAC. a. SO3: _____________________ b. N 2O3: _____________________ c. Cl2O: _____________________ d. P 2O3: _____________________ e. CO: _____________________ 8. Determina la atomicidad del monóxido de dibromo. Resolución: Monóxido de dibromo 1 2
e) odos
3. Nombra según IUPAC, el siguiente óxido: N 2O5
Rpta.: atomocidad = 1 + 2 = 3
4. Formula el siguiente oxído: S+3 + O–2 → ___________
UNI 9. Determina la atomicidad del heptóxido de dicloro.
UNMSM 5. Determina la fórmula del pentóxido de difósforo: Resolución: Pentóxido de difósforo 5 2 Rpta.: P2O5
3
QUÍMICA
10. Óxido ácido que presenta mayor atomicidad. a) NO2 b) SO3 c) CO2 d) N2O3 e) SO2
132
1.er AÑO
4 Hidróxidos Al levantarnos de la cama o antes de comer, lo primero que hacemos es lavarnos las manos con jabón; en ese momento estamos utilizando un hidróxido llamado «hidróxido de potasio». Como verás, utilizamos un hidróxido todos los días.
d. Fe+2 + (OH)–1 → Fe (OH)2 Dihidróxido de hierro
Los hidróxidos son funciones químicas inorgánicas llamadas también bases, que se obtienen al combinarse un óxido básico con el agua. Van a presentar dentro de su estructura al grupo oxhidrilo (OH)– Óxido + agua → hidróxido básico +x
Si observas bien te daras cuenta que la carga del metal, +1, +3, +2, +4, se traslada al OH
–1
Fórmula: M(OH) → M(OH)x
Atomicidad: Es la cantidad de átomos que presenta un compuesto químico.
M: elemento metálico X: valencia del metal En los hidróxidos, el hidrógeno y el oxígeno forman un grupo inseparable el grupo (OH)–1, llamado oxhidrila.
NOMENCLAURA IUPAC Se caracteriza por el uso de prefijos. Prefijo Mono Di ri # de 1 2 3 átomos
etra
Penta
4
5
Ejemplos: +1
–1
a. Na + (OH) → Na(OH)1 = NaOH Hidróxido de sodio +2
e. Pb+4 (OH)–1 → Pb (OH)4 etrahidróxido de plomo
–1
b. Ca + (OH) → Ca(OH)2 Dihidróxido de calcio
Ejemplos: a. LiOH 1 átomo de L; 1 átomo de O 1 átomo de H otal: 3 átomos Atomicidad = 3
b. Ca(OH)2 1 átomo de Ca 2 átomos de O 2 átomos de H otal: 5 átomos Atomicidad = 5
c. Fe(OH)3 1 átomo de Fe 3 átomos de O 3 átomos de H
c. Fe+3 + (OH)–1 → Fe (OH) 3 rihidróxido de hierro 1.er AÑO
otal: 7 átomos Atomicidad = 7
133
QUÍMICA
4
HIDRÓXIDOS
Trabajando en clase Integral
UNMSM
1. Señala el compuesto que es un hidróxido. a) FeO d) Al 2O3 b) CO2 e) Au2O3 c) Ca (OH) 2
5. Formula el trihidróxido de hierro 6. Formula el dihidróxido de calcio
Resolución: odo hidróxido presenta al grupo (OH); entonces se trata del Ca(OH) 2
2. Es un hidróxido: a) Na2O c) Fe2O3 b) NaOH d) Fe(OH) 3
7. Formula el siguiente hidróxido: Pb+4 + (OH)–1 → ________ 8. Determina la atomicidad del hidróxido de potasio
e) b y d
Resolución: Hidróxido de potasio: KOH otal átomos = 3 Atomicidad = 3
3. Nombra, según IUPAC, el siguiente hidróxido: Pb(OH)4 a) Oxido de plomo b) Hidróxido de plomo c) rióxido de plomo d) etra hidróxido de plomo e) Dihidróxido de plomo
9. Determina la atomicidad del dihidróxido de magnesio: Mg(OH)2
4. Nombra los siguientes hidróxidos según IUPAC. a) NaOH d) Al(OH) 3 b) Mg(OH)2 e) Au(OH) c) Fe(OH)3
10. Señala el hidróxido que presenta mayor atomicidad a) Al (OH)3 c) Pb (OH) 4 e) Li OH b) Fe (OH)2 d) Ca (OH)2
4
QUÍMICA
UNI
134
1.er AÑO
5 Hidruro metálico
Los hidruros son compuestos que resultan de la combinación del hidrógeno con cualquier otro elemento metal o no metálico. Los hidruros metálicos son funciones químicas inorgánicas que se forman al combinar un metal con el hidrógeno con número de oxidación –1 (H –1)
Ejemplos: Nombra según IUPAC los siguientes hidruros: A) LiH: mono hidruro de Litio B) CaH2: dihidruro de calcio C) FeH3: trihidruro de hierro D) PbH4: tetrahidruro de plomo Es importante no olvidar lo siguiente:
Metal + hidrógeno → hidruro metálico
Entre los principales elementos metálicos, tenemos: +x
–1
Fórmula: M H → MHx
Litio (Li), sodio (Na), potasio (K), calcio (Ca), magnesio (Mg), aluminio (Al), hierro (Fe), plomo (Pb), oro (Au), plata (Ag), cobre(Cu) Fórmula:
M: elemento metálico x: valencia del metal En los hidruros metálicos, el hidrógeno presenta número de oxidación H –1
Atomicidad Cantidad de átomos de un compuesto.
Ejemplo: Realiza la fórmula y nombra según la nomenclatura IUPAC los siguientes compuestos.
Ejemplos: LiH: 1 litio y 1 hidrógeno Atomicidad = 1 + 1 = 2
+1 –1
a. Na+H → NaH: Monohidruro de sodio
CaH2: 1 calcio y 2 hidrógeno Atomicidad = 1 + 2 = 3
+2 –1
b. Ca+H → CaH2: Dihidruro de sodio +3 –1
c. Fe+H → FeH3: rihidruro de hierro NOMENCLAURA IUPAC Utiliza los siguientes prefijos # átomos 1 2 3 Prefijo Mono Di ri
1.er AÑO
4 etra
PbH4: 1 plomo 4 hidrógenos 5 Penta
Atomicidad = 1 + 4 = 5
135
QUÍMICA
5
HIDRURO METÁLICO
Trabajando en clase Integral
UNMSM
1. Marca la alternativa que presenta un hidruro metálico. a) PbH2 b) CaH2 c) FeH3 d) KH e) odos
5. Formula el monohidruro de litio. Resolución: Mono hidruro de litio 1 Li Rpta.: LiH
6. Formula el trihidruro de hierro:
Resolución: Elemento + hidrógeno → hidruro metálico metálico
7. Formula el siguiente hidruro: Au+3 + H–1 → ______________
Pb, Ca, Fe, K
8. Determina la atomicidad del dihidruro de hierro Rpta.: odos Resolución: Dihidruro de hierro 2 Fe
2. Es un hidruro metálico: a) LiH b) MgH2 c) AlH3 d) PbH4 e) odos 3. Nombra, según IUPAC, el siguiente hidruro: AlH 3 4. Nombra los siguientes hidruros según IUPAC. a. KH: _____________________ b. MgH2: _____________________ c. FeH3: _____________________ d. AuH3: _____________________ e. AgH: _____________________
5
QUÍMICA
Rpta.: atomocidad = 1 + 2 = 3
UNI 9. Determina la atomicidad del trihidruro de aluminio. 10. Señala el hidruro metálico que presenta mayor atomicidad. a) NaH c) AlH3 e) PbH4 b) MgH2 d) AgH
136
1.er AÑO
6 Unidades químicas de masa Las unidades químicas de masa son aquellas relaciones cualitativas y cuantitativas que se producen entre los compuestos químicos y los elementos que la constituyen.
II. MASA MOLECULAR �M� La masa molecular de un compuesto químico, se determina sumando las masas atómicas de los elementos que lo forman.
I. MASA AÓMICA DE UN ELEMENO �mA�
M(compuesto) = Suma m.A. elementos químicos
ambien se le conoce como peso atómico (PA). La masa atómica de un elemento tiene como unidad al uma (unidad de masa atómica).
1 uma = 1/12 masa 12C = 1,66 x 10 –24g Las masas atómicas de los diversos elementos químicos se encuentran en la tabla periodica, debes de recordar las masas atómicas del C,H,O,N Elemento Símbolo Masa atómica químico Carbono C 12 uma Hidrógeno H 1 uma Oxígeno O 16 uma Nitrógeno N 14 uma
Masas atómicas de los elementos más importantes en uma Metales Ca = 40 Fe = 56 Al = 27 Ag = 108 Na = 23
Li = 7 Mg = 24 Zn = 65 K = 39
No metales P = 31 Br = 80 S = 32 B = 11 Cl = 35,5 I = 127
a. H2O
mA (H) = 1 uma mA (O) = 16 uma
M = 2(1) + 1(16) M = 2 + 16 M = 18 uma
b. C3H8
mA (C) = 12 uma mA (H) = 1 uma
M = 3(12) + 8(1) M = 36 + 8 M = 44 uma
c. HNO3
mA (H) = 1 uma mA (N) = 14 uma mA (O) = 16 uma
M = 1(1) + 1(14) + 3(16) M = 1 + 14 + 48 M = 63 uma
En los examenes de admisión de las universidades, no te darán las masas atómicas del C,H,O,N, pero sí de los demás elementos químicos.
1.er AÑO
Ejemplos: Determina la masa molecular de los siguientes compuestos.
d. H2SO4
mA (H) = 1 uma mA (S) = 32 uma mA (O) = 16 uma
M = 2(1) + 1(32) + 4(16) M = 2 + 32 + 64 M = 98 uma
137
QUÍMICA
6
UNIDADES QUÍMICAS DE MASA
Trabajando en clase Integral
a) M H2O = _________________ b) M CO = _________________ c) M N2O3 = _________________ d) M FeO = _________________ e) M SO = _________________
1. La masa atómica del oxígeno (O) es: Resolución: La mA (O) = 16
2. La masa atómica del carbono (C) es:
8. Si el compuesto E2O tiene M = 30 uma, calcula la masa atómica de E.
3. Calcula la masa molecular del CH 4
Resolución: M : E2O = 30 2(E) + 16 = 30 2E = 14 E = 7 uma
4. Calcula la masa molecular del NH 3 UNMSM 5. Calcula la masa molecular del SO 3 (S = 32 uma).
Rpta.: mA (E) = 7 uma
Resolución: MSO3: 1(32) + 3(16) M = 32 + 48 M = 80 uma
UNI 9. Si el compuesto EO tiene masa molecular igual a 28 uma, calcula la masa atómica de E.
6. Calcula la masa molecular del N 2O3 7. Calcula la masa molecular de las siguientes sustancias. (Fe = 56 uma; S = 32 uma)
6
QUÍMICA
10. Compuesto que presenta la mayor masa molecular a) CH4 c) NH3 e) SO2 b) CO2 d) H2O
138
1.er AÑO
7 Reacciones químicas: tipos
La fotosíntesis es un proceso que realizan las plantas para poder obtener su propio alimento. Este proceso es un ejemplo de reacción química.
Una reacción química se produce cuando dos o más sustancias se combinan transformando su composición y obteniendo una nueva sustancia.
Ejemplos de reacciones químicas: Z La fotosíntesis Z La respiración Z La digestión Z La lluvia ácida Z La oxidación de los metales Z La combustión (quemar un papel)
B. Reacción de descomposición Es cuando a partir de una sola sustancia reactante se producen dos o más productos. Forma: AB → A + B
I. ECUACIÓN QUÍMICA Una ecuación química representa una reacción química. En toda ecuación química existen sustancias de ingreso llamadas «reactantes» y sustancias de salida denominadas «productos». A+B → reactantes
C+D productos
Ejemplos: NH3 → N2 + H2 KClO3 → KCl + O2
C. Reacción de desplazamiento simple Es cuando los átomos de un elemento desplazan a los átomos de otro elemento en un compuesto. Forma: A + BC → AC + B
II. IPOS DE REACCIONES QUÍMICAS A. Reacción de adición o síntesis Se produce cuando dos o más sustancias se unen para formar un solo producto. Forma: A + B → AB
1.er AÑO
Ejemplos: H2 + O2 → H2O N2 + H2 → NH3
139
Ejemplos: Zn + HCl → ZnCl2 + H2 Mg + HCl → MgCl2 + H2
QUÍMICA
7
REACCIONES QUÍMICAS: TIPOS
Trabajando en clase Integral
Resolución: Es una reacción de descomposición.
1. Es una reacción química: a) Doblar un clavo b) Romper un papel c) Cortar una manzana d) Evaporización del agua e) Quemar un papel
6. De que tipo es la siguiente reacción: CaCO3 → CaO + CO2 7. ¿De qué tipo es la siguiente reacción? C+ O2 → CO2
Resolución: En una reacción química se forma una nueva sustancia.
Rpta.: quemar un papel es una reacción química
2. Es una reacción química: a) Respiración c) Digestión e) odas b) Fotosíntesis d) Oxidación
8. Es una reacción de adición: a) A + B → AB b) AB → A + B c) AB + CD → AC + BD d) AC + B → ABC e) AB + C → CB + A UNI
3. Las sustancias que ingresan a una reacción química son llamadas: 4. ipo de reacción química donde se forma un solo producto: UNMSM 5. ¿De qué tipo es la siguiente reacción? H2O → H2 + O2
7
QUÍMICA
9. De que tipo es la siguiente reacción: Mg + HCl → MgCl2 + H2 10. Representa una reacción de descomposición. a) H2 + O2 → H2O b) Na + Cl2 → NaCl c) KClO3 → KCl + O2 d) H2O(1) → H2O(g) e) Zn + HCl → ZnCl2 + H2
140
1.er AÑO
8 Repaso Trabajando en clase 1. Determina el número de oxidación del hierro (Fe) en Fe2O3 a) +1 c) +3 e) –2 b) +2 d) –1 2. Determina el número de oxidación del carbono en H2CO3 a) +2 c) +6 e) +5 b) +4 d) +3 3. Determina la fórmula del trióxido de dihierro. a) FeO c) FeH 3 e) FeH2 b) Fe2O3 d) Fe(OH)3
e) 5
10. Nombra según IUPAC: PbH 4 a) rihidruro de plomo b) etrahidruro de plomo c) Hidruro de plomo d) Dihidruro de plomo c) Monohidruro de plomo 11. Las masas atómicas en uma del óxigeno (O) y del hidrógeno (H) respectivamente son: a) 12 y 14 b) 14 y 16 c) 16 y 1 d) 1 y 16 e) 14 y 1
4. Nombra según IUPAC: Na2O. a) Dióxido de sodio b) Monóxido de sodio c) Monóxido de disodio d) rióxido de sodio e) Dióxido de disodio 5. Es un óxido ácido: a) Li2O c) K2O b) Na2O d) CaO
9. El prefijo mono, indica: a) 1 c) 3 b) 2 d) 4
12. Es una reacción de adición: a) NH3 → N2 + H2 b) CO3 → C + O2 c) H 2O → H2 + O2 d) AB → A + B e) H2 + O2 → H2O
e) N2O3
6. Señala el óxido ácido con mayor atomicidad. a) CO2 c) N2O3 e) Br2O b) P2O3 d) P2O5
Claves
7. Fórmula el trihidróxido de níquel. a) NiH2 c) NiH3 e) NiO b) Ni2O3 d) Ni(OH)3 8. El número de oxidación del oxígeno (O) generalmente es: a) –1 c) –3 e) +2 b) –2 d) +1
1. 2. 3. 4. 5.
c b b c e
6. 7. 8. 9. 10.
d d b a b
11. 12.
c e
Bibliografía 1. WHIEN, Kennet. Química. México D.F.: Pearson educación. 2008. 2. Ciencias: Química. Lima: Paz, 2013.
1.er AÑO
141
QUÍMICA
8
Química
1
Química orgánica: Propiedades del átomo de Carbono
Concepto La química orgánica es una rama de la química que se encarga del estudio del átomo de carbono y los compuestos que se derivan de él. Existen compuestos que presentan dentro de su composición química al átomo de carbono, como por ejemplo: el monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO 2), ácido carbónico (H 2CO3), carbonatos, etc; estos compuestos son estudiados por la química inorgánica. En 1828, el químico aleman Friedrick Wöhler sintetizó en el laboratorio, el primer compuesto orgánico, la úrea (CO(NH 2)2), a partir del compuesto inorgánico cianato de amonio. NH4CNO → CO(NH2)2 Cianato de úrea amonio
Diferencias entre los compuestos orgánicos e inorgánicos Compuestos orgánicos 1. Sus moléculas contienen los elementos llamados organógenos (C, H, O, N). 2. Se conocen más de diez millones de compuestos orgánicos. 3. La mayoría no son solubles en agua. 4. ienen puntos de ebullición y fusión altos.
Compuestos inogánicos 1. Sus moléculas pueden contener cualquier elemento. 2. Se conocen aproximadamente medio millon de compuestos. 3. La mayoría son solubles en agua. 4. ienen puntos de fusión y ebullición bajos.
El átomo de carbono Es el elemento más importante de los compuestos orgánicos. Es un elemento no metálico que se ubica en el grupo IVA(Carbonoides) de la abla Periódica Actual.
12 6
C C
Z
Estructura del Lewis:
Z
Representación en el plano:
1.°
AÑO
C 145
QUÍMICA
1
QUÍMICA ORGÁNICA: PROPIEDADES DEL ÁTOMO DE CARBONO
Propiedades del átomo de carbono
c. Autosaturación Propiedad por la cual el átomo de carbono se enlaza a otros átamos de carbono, formando enlaces simples, dobles o triples. H H H
Debido a su posición en la tabla periódica, el carbono presenta las siguientes propiedades químicas.
a. Covalencia: Propiedad por la cual el carbono se enlaza con otros elementos no metálicos mediante enlace covalente.
H – C – C = C – C ≡ C – H H
Enlace covalente
H H
Recuerda
H–C–C–H H H Enlace covalente
• Enlace simple:
1 sigma (σ) C σ C
• Enlace doble:
1 sigma (σ) 1 pi (p) σ C p C
• Enlace triple:
1 sigma (σ) 2 pi (p)
b. etravalencia: Propiedad por la cual el átomo de carbono tiene la capacidad de formar cuatro enlaces covalentes. H H –C – H
p
C σ p C
H
Trabajando en clase Integral
UNMSM
1. La química orgánica se encarga del estudio del átomo _____________. Resolución: La química orgánica estudia al átomo de carbono.
5. Determina la cantidad de enlaces sigma ( σ) y pi (p) presentes en el siguiente compuesto H
H
H–C–C=C–H
2. _____________ Propiedad por la cual el átomo de carbono se combina consigo mismo.
H H Resolución:
3. Propiedad del átomo de carbono de formar cuatro enlaces covalentes. 4. Alternativa que contiene a los elementos organógenos. a. Li, Na, K b. Be, Mg, Ca c. C, H, O, N d. O, S, Se, e e. F, Cl, Br, I
1
QUÍMICA
H
H
σ σ H –σ C –σ C =σp C –σ H σ σ
H H σ = 8 p = 1
6. Determina la cantidad de enlaces sigma ( σ) y pi (p) presentes en el siguiente compuesto
146
1.°
AÑO
QUÍMICA ORGÁNICA: PROPIEDADES DEL ÁTOMO DE CARBONO
H
Resolución:
H
H–C=C–C–H H
H H
8. Determina la cantidad de enlaces sigma ( σ) y pi (p) presentes en la siguiente estructura. H H – C ≡ C – C = C – H H
1.°
AÑO
C
p ≡σC –σ p
σ
C =σp C –σ H σ
H
7. Químico alemán que sintetizó en el laboratorio, el primer compuesto orgánico. UNI
–σ σ
σ = 7
p = 3
Rpta.: 7 y 3
9. Determina la cantidad de enlaces sigma ( σ) y pi (p) presentes en la siguiente estructura H H – C ≡ C – C – H H 10. Propiedad del átomo de carbono de enlazarse mediante un enlace covalente
147
QUÍMICA
1
2 Química Orgánica: Tipos de carbono En el primer tema aprendiste que la química orgánica se encarga de estudiar al átomo de carbono, sus características, propiedades y combinaciones a excepción del CO, CO 2, H2CO3 y CO3. En este tema aprenderás a reconocer los diferentes tipos de carbono. En los compuestos orgánicos se pueden reconocer cuatro tipos de átomos de carbono en las cadenas hidrocarbonadas con enlace simple.
CH3 CH3 – CH2 – CH – C – CH3 CH3 CH3 Carbonos cuaternarios = 1 Generalmente:
1. Carbono primario Es aquel carbono que se encuentra unido a un solo átomo de carbono. Se halla en los extremos de una molécula. CH3 – CH2 – CH – CH3
•
Carbono primarios: CH3
•
Carbono secundario: CH2
•
Carbono terciario: CH
•
Carbono cuaternario: C
Ejemplo 1 Determina la cantidad de carbonos primarios y secundarios presentes en el siguiente compuesto:
CH3 Carbonos primarios = 3
CH3 – CH – CH 2 – CH – CH 3
2. Carbono secundario Es aquel carbono que se encuentra unido a dos átomos de carbono. CH3 – CH2 – CH – CH2 – CH3 CH3
CH3 Carbonos primarios: 4 Carbonos secundarios: 1
Ejemplo 2 Determina la cantidad de carbonos primarios, secundarios, terciarios y cuaternarios en el siguiente compuesto:
Carbonos secundarios = 2
3. Carbono terciario Es aquel carbono que se encuentra unido a tres átomos de carbono.
CH3 – C – CH 2 – CH – CH – CH 3
CH3
CH3
Carbonos terciarios = 1
4. Carbono cuaternario Es aquel carbono que se encuentra unido a cuatro átomos de carbono. QUÍMICA
CH3
CH3
CH3 – CH2 – CH – CH3
2
CH3
CH3
C. primario = 6 C. secundario = 1 C. terciario = 2 C. cuaternario = 1
148
1.°
AÑO
QUÍMICA ORGÁNICA: TIPOS DE CARBONO
Ejemplo 3 Determina la cantidad de carbonos primarios, secundarios, terciarios y cuaternarios en el siguiente compuesto: CH2–CH3 CH3 CH3 – CH – CH – CH – C – CH 3 CH2 CH2 CH3 CH3 CH3
H H H H–C–C–C–H H H H
b. Fórmula semidesarrollada Se indican solo los enlaces carbono-carbono CH3 – CH2 – CH3
c. Fórmulas global
Resolución
Se indica el número total de átomos de cada elemento de la molécula
CH2 – CH3 CH3
C3H8
CH3 – CH – CH – CH – C – CH 3
5 4 9 ?
CH2
CH2
CH3
CH3
Ejemplo Escribir la fórmula semidesarrollada y global de la siguiente fórmula desarrollada.
CH3
H H H H
C. primario: 7 C. secundario: 3 C. terciario: 3 C. cuaternario: 1
H–C–C–C–C–H H H H H Resolución: 1. Fórmula semidesarrollada
ipos de fórmulas Los compuestos orgánicos se pueden representar mediante varias clases de fórmulas.
CH3 – CH2 – CH2 – CH3 2. Fórmula global
a. Fórmula desarrollada
C4H10
Se indican todos los enlaces de la molécula
Trabajando en clase Integral 1. ipo de carbono que se une a cuatro átomos de carbono Resolución: El carbono que se une a cuatro átomos de carbono es del tipo cuaternario.
4. Determina el número de carbonos primarios y secundarios CH3 CH3 – C – CH2 – CH3 CH3
2. Carbono que se une a un átomo de carbono
UNMSM
3. Determina el número de carbonos primarios en el siguiente compuesto CH3
5. Realiza las fórmulas desarrollada y global de la siguiente fórmula
CH3 – C – CH2 – CH3
Resolución: • Fórmula desarrollada
CH3 1.°
AÑO
CH3 – CH2 – CH3
149
QUÍMICA
2
QUÍMICA ORGÁNICA: TIPOS DE CARBONO
H H H
Resolución:
H–C–C–C–H
CH3 CH2 – CH2 – CH3
H H H • Fórmula global
CH2 – CH2 – C – CH – CH2
C3H8
CH3
6. Determina el número de carbonos terciarios y cuaternarios CH3
CH3
H3C – C – CH2 – C – CH3 CH3
CH3
7. Determina el número de carbonos secundarios y terciarios CH3 – CH – CH2 – CH – CH3 CH3 – CH2
CH3
CH3
9. Determina el número de carbonos primarios, secundarios y terciarios respectivamente respectivamente CH3 CH3 CH CH – CH CH3 CH3 CH2 – CH3 10. Determina el número de carbonos primarios, secundarios, terciarios y cuaternarios. CH3 CH3
CH2 – CH3
UNI 8. Determina el número de carbonos primarios, secundarios y terciarios respectivamente respectivamente
CH3 – C – CH 2 – CH CH3 – CH2
CH3
CH3 CH2 – CH2 – CH3 CH2 – CH2 – C – CH – CH2 CH3
2
QUÍMICA
CH3
CH3
150
1.°
AÑO
3 Hidrocarburos: Alcanos Hidrocarburos
Alcanos (Parafinas)
Los hidrocarburos son compuestos orgánicos que se caracterizan por tener en su estructura interna átomos de carbono e hidrógeno
Los alcanos son hidrocarburos alifáticos que se caracterizan por presentar enlace simple entre sus átomos de carbono. ambién son llamados parafinas o hidrocarburos saturados
CXHY Ejemplos: • CH4
• C2H6
• C3H8
• C4H6
Hidrocarburos
Los hidrocarburos se pueden clasificar en: Alcanos
Hidrocarburos
Nomenclatura IUPAC Prefijo del N° de carbono ANO ----------------
14243
Ejemplo: 1 a. CH4
Me t a n o Prefijo terminación
Alifáticos
Z Z
Cíclicos
1 2 b. CH3 – CH3
Etano
Acíclicos
1 2 3 c. CH3 – CH2 – CH3
Propano
d. CH3 – (CH2)3 – CH3
Pentano
e. C7H16
Heptano
Alcanos Alquenos Alquinos
Según IUPAC los hidrocarburos se nombran usando los siguientes prefijos
N° de carbono 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1.°
AÑO
Prefijo Met Et Prop But Pent Hex Hept Oct Non Dec
CnH2n+2
terminación
Aromáticos
Z
Fórmula global
Ejemplo 2 Indica la fórmula global de los siguientes alcanos a. Etano b. Butano c. Pentano Resolución: Fórmula global : CnH2n+2 a. Etano: 2 C 2
→
C2H6
b. Butano: 4 C 4
→
C4H10
c. Pentano: 5 C → 5
C5H12
123
14243
14243
151
QUÍMICA
3
HIDROCARBUROS: ALCANOS
Trabajando en clase Integral 1. Nombra la siguiente fórmula: CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 Resolución: 1 2 3 4 5 6 CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 6 carbonos → Hex Hexano ano
2. Nombra el siguiente alcano: CH3 – CH2 – CH3
7. Nombra los siguientes alcanos: • CH4:______________ • C2H6:______________ • C3H8:______________ • C4H10:______________ • C5H12:______________ UNI 8. Indica la fórmula global del siguiente alcano: Pentano Resolución: Pentano 14243
3. El nombre del siguiente alcano es: CH4 4. Nombra los siguientes alcanos • CH4: _______ • CH3 – CH2 – CH3: _______ • CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3: _______ • CH3 – (CH2)3 – CH3: _______ • CH3 – (CH2)4 – CH3: _______ UNMSM 5. Nombra el siguiente alcano Resolución: Fórmula Fórmula global: alcanos → n=5
5 carbonos → n = 5 Si FG alcanos = C nH2n+2 ∴ Pentano: C5H12 Rpta.: C5H12
9. Indica la fórmula global del siguiente alcano: oco ctano 10. Indica la fórmula global de los siguientes alcanos • Etano: _______________ • Propano Propano : _______________ • Butano : _______________ • Pentano Pentano : _______________ • Hexano : _______________
C5H12
Recuerda
CnH2n+2
Los alcanos se utilizan mayormente mayormente como combustibles, combustibles, disolventes y lubricantes. lubricantes. El gas natural, la gasolina, el querosene, los aceites lubricantes y las ceras de parafina están formados principalmente por alcanos.
Pentano Pent ano
Rpta.: Pentano
6. Nombra la siguiente fórmula C7H16
3
QUÍMICA
152
1.°
AÑO
4 Hidrocarburos: Alquenos Los hidrocarburos acíclicos se clasifican en hidrocarburos saturados (enlace simple) e hidrocarburos insaturados. Los alquenos son hidrocarburos insaturados por que presentan enlace doble dentro de su estructura interna.
Hidrocarburos acíclicos
Saturados
Insaturados
Alcanos
Alquenos
Alquinos
Enlace Simple (C – C)
Enlace Doble (C = C)
Enlace triple (C ≡ C)
Alquenos (olefinas) Los alquenos son hidrocarburos alifáticos acíclicos que se caracterizan por presentar enlace doble entre sus átomos de carbono, debido a esta característica se les llama hidrocarburos insaturados. ambién se les conoce como olefinas.
Nomenclatura Fórmula Hidrocarburos IUPAC global Prefijo del Alquenos CnH2n N° de carbono ENO ---------------- terminación 14243
Reglas para nombrar a los alquenos
1 2 3 b. CH2 = CH – CH3
Propeno
1 4 3 2 c. CH3 – CH2 – CH = CH2
1 - Buteno
1 3 4 2 d. CH3 – CH = CH – CH 3
2 - Buteno
1 3 4 5 2 e. CH3 – CH = CH – CH 2 – CH3
2 - Penteno
f. C5H10
Penteno 123
5C
1. Seleccionar la cadena más larga contenga a los enlaces dobles. 2. Enumerar los carbonos tomando en cuenta la posición del enlace doble que se encuentre más cercano al extremo de la cadena.
g. C7H14
Ejemplo 1 Nombrar 1 2 a. CH2 = CH2
Ejemplo 2 Indica la fórmula global de los siguientes alquenos: a. Propeno b. 3 - hepteno c. 1 - penteno
1.°
AÑO
Et eno Prefijo terminación
Hepteno 123
7C
153
QUÍMICA
4
HIDROCARBUROS: ALQUENOS
Resolución:
Z
Fórmula global: C nH2n
Z Z
a. Propeno: 3 C → 3
C3H6
b. 3 - Hepteno: 7 C 7
→
C7H14
c. 1 - penteno: 5 C 5
→
C5H10
14243
14243
14243
Z
eflón PVC Polietileno Cloruro de vinilo
Recuerda 1 3 4 5 2 CH3 – CH = CH – CH2 – CH3 2 – penteno
Los hidrocarburos alquenos se encuentran entre los combustibles más importantes, los alquenos son intermedios para la síntesis de polímeros, productos farmacéuticos, pesticidas y otros productos como los siguientes:
si observas el enlace doble se encuentra entre el carbono 2 y 3. Para nombrar se elije el número menor y se coloca al inicio del nombre alqueno
Trabajando en clase Integral
6. Nombra el siguiente alqueno:
1. Nombra la siguiente fórmula CH2 = CH – CH2 – CH3 Resolución: 1 2 3 4 CH2 = CH – CH2 – CH3 1 – Buteno
C6H12
7. Nombra los siguientes alquenos: a. C2H4: _______________ b. C3H6: _______________ c. C4H8: _______________ d. C5H10: _______________ e. C6H12: _______________
2. Nombra la siguiente fórmula CH3 – CH = CH – CH3 3. El nombre del siguiente alqueno es: CH2 = CH – CH3
UNI
4. Nombra los siguientes alquenos: • CH2 = CH – CH2 – CH3: _____________ • CH2 = CH – CH2 – CH2 – CH3: _________ • CH3 – CH = CH – CH2 – CH3: _____________ • CH3 – CH2 – CH = CH – CH2 – CH3: _______ • CH3 – CH = CH – CH2 – CH2 – CH3: _______
8. Indica la fórmula global del siguiente alqueno: Penteno Resolución: Penteno 5 carbonos ⇒ n = 5 12 3
Si F.G. alquenos = C 5H10 ∴ Penteno: C5H10
UNMSM 5. Nombra el siguiente alqueno: C5H10 Resolución: Fórmula global : CnH2n alquenos n = 5 → Penteno Rpta.: Penteno
4
QUÍMICA
Rpta.: C5H10
9. Indica la fórmula global del: Hepteno 10. Es un alqueno:
154
• C3H8
• C5H12
• C4H10
• C6H14
• C8H16
1.°
AÑO
5 Hidrocaburos: Alquinos Los hidrocarburos alquinos no son tan frecuentes en la naturaleza. El alquino más sencillo es el etino, más conocido como acetileno (C 2H2). El acetileno tiene muchos usos importantes en la industria. Debido a su alto calor de combustión se utliza para soldar metales.
4 3 2 1 c. CH3 – CH2 – C ≡ CH
1-Butino
5 4 3 2 1 d. CH3 – CH2 – C ≡ C– CH3
2-Pentino
Alquinos (acetilenos)
1 5 6 2 3 4 e. CH3 – C ≡ C – CH2 – CH2 – CH3
2-Hexino
Los alquinos son hidrocarburos alifáticos acíclicos que se caracterizan por presentar enlace triple ( ≡) entre sus átomos de carbono, debido a esta características se les llama hidrocarburos insaturados. ambién se les conoce como acetilenos
Nomenclatura Fórmula Hidrocarburos IUPAC global Prefijo del Alquinos CH N° de carbono INO ---------------- terminación n 2n–2
f. C4H6
Butino 4C
g. C6H10
Hexino 6C
Recuerda
Resolución: Fómula global: C nH2n–2 → a. Butino: 4C 4
Un compuesto para que sea un alquino mínimo debe tener un enlace triple. – C ≡ C –
123
↑
→
C6H10
c. 3–Heptino: 7C 7
→
C7H12
1 2 3
Reglas para nombrar a los alquinos 1. Seleccionar la cadena más larga contenga a los enlaces triples. 2. Enumerar los carbonos tomando en cuenta la posición del enlace triple que se encuentra más cercano al extremo de la cadena. Ejemplo 1: Nombrar 1 2 a. CH ≡ CH
Etino
1 2 3 b. CH ≡ C – CH3
Propino
C4H6
b. 2–Hexino: 6C 6 1 2 3
Enlace triple
AÑO
123
Ejemplo 2: Indica la fórmula global de los siguiente alquinos a. Butino b. 2–hexino c. 3 – heptino
14243
1.°
123
155
Recuerda 5 4 3 2 1 CH3 – CH2 – C ≡ C – CH3 2-pentino Si observas la fómula el enlace triple se encuentra entre el carbono 2 y 3. Para nombrar se elije el número menor y se coloca al inicio del nombre del alquino.
QUÍMICA
5
HIDROCABUROS: ALQUINOS
Trabajando en clase Integral
6. Nombra el siguiente alquino: C3H4
1. Nombra la siguiente fórmula: CH ≡ C – CH2 – CH3 Resolución 1 2 3 4 CH ≡ C – CH2 – CH3
7. Nombra los siguientes alquinos: a) C2H2:______________________ b) C3H4:______________________ c) C4H6:______________________ d) C5H8:______________________ e) C6H10:______________________
1 - Butino
2. Nombra la siguiente fórmula CH3 – C ≡ C – CH3
UNI
3. El nombre del siguiente alquino CH ≡ C – CH3 es: 4. Nombra los siguientes alquinos a) CH ≡ CH :______________________ b) CH ≡ C – CH3:______________________ c) CH ≡ C–CH2– CH3:______________________ d) CH3 – C ≡ C – CH3:______________________ e) CH3 – C ≡ C – CH2 – CH3:__________________ UNMSM 5. Nombra el siguiente alquino: C 5H8 Resolución: Fórmula global alquinos: C nH2n–2 n=5 Pentino
5
QUÍMICA
8. Indica la fórmula global del siguiente alquino: Pentino Resolución: Pentino 5 carbonos n=5 Si F.G. alquinos: C nH2n–2 ∴ Pentino: C5H8 Rpta.: C5H8 123
9. Indica la fórmula global del hexino 10. Es un alquino a) C3H6 b) C3H8 c) C3H4 d) C4H8 e) C4H10
156
1.°
AÑO
6 Contaminación Ambiental I La tierra es el planeta en el que vivimos; en ella los animales, las plantas y los hombres se han desarrollado en el tiempo de una manera armoniosa y en equilibrio. Los años modernos con el avance de la ciencia y la tecnología no solamente a traído bienestar al hombre si no que a contribuido, junto con la utilización irresponsable del hombre de esta, al incremento de la contaminación en la ierra, provocando daños a plantas y animales incluso la extinción de estos. Este capítulo te permitirá conocer los tipos de contaminación, sus efectos en la naturaleza y lo que podemos hacer para contribuir en la no contaminación de nuestro planeta.
La contaminación ambiental Es la presencia de sustancias extrañas en el medio ambiente, afectando el aire, agua o suelo así como a las plantas, animales y personas que lo habitan. Entre estas sustancias contaminantes producidas generalmente por la misma actividad humana tenemos a: a) el monóxido de carbono (CO) b) el dióxido de carbono (CO 2) c) el dióxido de azufre (SO 2) d) el mercurio (Hg) e) el plomo (Pb) f) las botellas de plástico y vidrio g) las pilas y las baterías h) los clorofluorcabonos (CFC)
Contaminante
iempo de degradación
Papel
3 - 8 semanas
Chicle
3 años
Lata de gaseosa
10 a 100 años
Plástico
500 años
Vidrio
no se degrada
Pilas
Humo de carro
1.°
AÑO
Botella de Plástico
157
Sprays
QUÍMICA
6
CONTAMINACIÓN AMBIENTAL I
Fuentes de contaminación 1. Fuentes naturales Y Y Y Y
Consecuencias de la contaminación atmosférica Z
Erupciones volcánicas Huaycos Incendios Radiación cósmica
Z Z
Contaminación del agua
2. Fuentes artificiales Y
Y
Y Y Y Y Y
Lluvia ácida Efecto invernadero Destrucción de la capa de ozono.
Industrias (minera, química, metalúrgica, del petróleo) Basuras, desechos biológicos, desechos químicos. Vehículos Barcos Aviones Pruebas atómicas Radioactividad
El agua es un líquido importante para la existencia del hombre y los seres vivos. Gran parte de la masa de los organismos es agua, el 70% del peso de una persona es agua, es la fuente de oxígeno en el aire así como solvente de muchas sustancias. Además muchos organismos viven en el mar, ríos o lagos permitiendo su sobrevivencia y evolución en el planeta. La contaminación del agua es la inclusión al agua de sustancia extrañas como productos químicos o aguas residuales, deteriorando la calidad del agua.
Contaminación atmosférica La atmósfera es la capa gaseosa de la ierra, en donde se encuentra el oxígeno que necesitamos para vivir y la capa de ozono que nos protege de los rayos UV(ultravioleta) La contaminación atmosférica es la presencia en el aire de agentes químicos o físicos que provoquen daños en los seres vivos.
Principales contaminantes de la atmósfera Contaminante Principales efectos Clorofluorocarbo- Destrucción de la capa de nos ozono Dióxido de carbono Efecto invernadero Lluvia ácida Dióxido de azufre Daño en pulmones (SO2) Irritación de ojos, piel, asma, ahogo, fatiga. Lluvia ácida Óxidos de nitrógeno Daño en pulmones Irritación de ojos Alteraciones en el sistema Plomo (Pb) nervioso central Disminuye la capacidad de la Monoxido de carbo- sangre para transportar oxíno (CO) geno produciendo nauseas, dolor de cabeza y la muerte. Enfermedades cardíacos daCadmio (Cd) ños en el hígado, riñones Hidrocarburos Cancerígenos
6
QUÍMICA
Contaminantes del agua Z
Desechos calientes Por las centrales termoeléctricas producen la muerte de peces
Z
Aguas servidas Desechos domésticos (desechos fecales, detergente, limpiadores, nitratos)
Z
Relaves mineros Son los desechos mineros que son vertidos a los ríos o lagos. Estos desechos contienen mercurio (Hg) plomo (Pb), etc, que son ingeridos por los peces y llegan al hombre al consumir los peces.
Z
Derrame de petróleo Provoca no solo la muerte de los peces si no también de aves (pelícanos), focas, lobos de mar, etc.
Contaminación del suelo El suelo es la parte sólida de la ierra permite el desarrollo de la agricultura y el desarrollo de los grandes bosques, fuente de oxígeno para los animales y personas.
158
1.°
AÑO
CONTAMINACIÓN AMBIENTAL I
Recuerda La contaminación ambiental es el cambio en las características física, química y biológicas del medio ambiente que afecta a los seres vivos.
El suelo se contamina cuando se vierten en el insecticidas, metales, plásticos, desechos sólidos (basura), desechos industriales que contienen metales pesados, ácidos, solventes, etc.
Trabajando en clase Integral 1. Es el cambio que se produce en las características físicas, químicas o biológicas del ambiente que pude afectar la vida de los seres vivos Resolución La contaminación afecta el medio ambiente, al hombre y demás seres vivos. 2. Provoca daños a plantas y animales incluso la extinción de estos 3. Es un contaminante ambiental 4. Es una fuente natural de contaminación
6. Es una consecuencia de la contaminación atmosférica 7. El hombre contribuye con la contaminación del ambiente, con _____ UNI 8. La contaminación de ___________ se origina por el vertimiento de dióxidos de carbono, clorofluorcarbonos, óxidos de nitrógeno y otros gases tóxicos. Resolución: La contaminación atmosférica es la presencia en el aire de agentes químicos que le van a alterar.
UNMSM 5. Es una consecuencia de la contaminación por clorofluorcabonos principalmente y también por los óxidos de nitrógeno que desprenden los aviones supersónicos Resolución La destrucción de la capa de ozono
1.°
AÑO
9. La contaminación del _____ se origina por el vertimiento de aguas servidas, relaves mineros, derrame de petróleo, etc. 10. La emisión de dióxido de carbono (CO 2) hacia la atmósfera produce:
159
QUÍMICA
6
7 Contaminación Ambiental II La contaminación atmosférica, del agua y del suelo; se han convertido en un problema a nivel mundial ya que altera los ecosistemas del planeta; genera y propaga enfermedades, provoca la extinción de animales y plantas; en general, afecta la vida de los seres vivos y el medio que habitamos.
Consecuencias de la contaminación 1. El efecto invernadero El efecto invernadero es un fenómeno natural y necesario para la vida en la ierra. El dióxido de carbono (CO2) de nuestra atmósfera no permite que el calor escape al espacio. Esta energía solar es absorbida por la superficie terrestre y la calienta. Sin embargo, el aumento de CO 2, incrementa el efecto invernadero, elevando la temperatura global del planeta. La causa fundamental del efecto invernadero es la sobreacumulación de contaminantes gaseosos (el más importante es el CO 2) los cuales evitan la salida de la energía fuera de la atmósfera, generando el sobrecalentamiento de la ierra, conocido como calentamiento global provocando: Y Deshielo de los glaciares y casquetes polares Y Aumento del nivel de los océanos Y Aumento de calor Y Aumento de lluvias torrenciales Y Disminución de la productividad agrícola y ganadera
2. La destrucción de la capa de ozono El ozono es un gas que al entrar en contacto con las radiaciones solares, reacciona absorbiendo radiaciones ultravioleta (Rayos UV), convirtiéndose en un filtro contra el exceso de radiaciones. En los últimos decenios la capa de ozono se ha ido debilitando. Se ha comprobado el adelgazamiento de la capa de ozono, especialmente en una gran zona situada sobre la Antártida, generándose, lo que se conoce como agujero de la capa de ozono. Lo que permite que la radiación ultravioleta cause daño a los seres vivos, como cáncer a la piel y daños a la vista (cataratas oculares). Los responsables de la destrucción de la capa de ozono son los compuestos clorofluorcarbonados (CFC) conocidos como freones que se encuentran en los sprays (insecticidas, lociones, fungicidas, ambientadores, etc)., en los sistemas de aire acondicionado y de refrigeración.
7
QUÍMICA
160
1.°
AÑO
CONTAMINACIÓN AMBIENTAL II
3. La lluvia ácida Es la precipitación líquida que contiene grandes cantidades de sustancias ácidas. Esto se debe al incremento de las emisiones de óxidos de azufre (SO2; SO 3) y de óxido de nitrógeno (NO; NO 2) en el aire. Estos gases se van a mezclar con el vapor de agua de la atmósfera y se van a convertir en ácido sulfúrico (H 2SO4) y ácido nítrico (HNO3), que son las sustancias responsables de la lluvia ácida. La lluvia ácida daña y mata árboles, afecta los suelos, acidifica las aguas de los lagos y ríos afectando a peces y plantas acuáticas. Provoca la degradación de estatuas de mármol, come los metales como el hierro de edificios, tuberías y vehículos.
4. El smog El smog semeja una niebla sucia que rodea a las ciudades. El smog es el resultado de grandes cantidades de contaminación atmosférica provocado por la emisión de gases de los automóviles y de las industrias. Cuando esos contaminantes se combinan con un periodo de alta presión, provoca que el aire se estanque y se forme una niebla que en vez de componerse de gotas de agua suspendidas, esta compuesta de aire contaminado, Compuestos que originan el smog: Y Monóxido de carbono (CO) Y Dióxido de azufre (SO 2) Y Partículas de suspensión Y Plomo (Pb) Y Óxidos de nitrógeno Y Hidrocarburos: etano propano, butano, pentano Y Dióxido de carbono
5. La eutroficación Un río o un lago sufren eutroficación cuando sus aguas se enriquecen de nutrientes en exceso permitiendo la abundancia de plantas (algas en general) y otros organismos. Cuando estas plantas mueren, se pudren produciendo malos olores y un aspecto nauseabundo, disminuyendo la calidad del agua dejando de ser apta para la mayor parte de seres vivos. Destruyendo el ecosistema.
1.°
AÑO
161
QUÍMICA
7
CONTAMINACIÓN AMBIENTAL II
Trabajando en clase Integral 1. El aumento de la población de algas en un lago debido al exceso de nutrientes se conoce como Respuesta La abundancia de algas en un lago es una de las causas de la eutrofización 2. Fenómeno que esta relacionado con el aumento del dióxido de carbono (CO 2) y el calentamiento del planeta 3. Las aerosoles (sprays) a base de CFC producen: 4. Causa el efecto invernadero
5. La acidificación de las aguas de lagos y nos desgaste de las estatuas de mármol se produce por
QUÍMICA
6. Son consecuencias de la contaminación 7. No es consecuencia de la contaminación UNI 8. Es el efecto que se produce cuando los contaminantes atmosféricos, entran en contacto con la luz solar, originando sustancias mucho más tóxicas como ozono (O3) y ácidos Resolución El smog fotoquímico 9. No es consecuencia del efecto invernadero
UNMSM
7
Resolución Lluvia ácida
10. La lluvias ácidas son el resultado de la precipitación de ácidos como el H 2SO4 y ________.
162
1.°
AÑO
8 Repaso 1. Propiedad del átomo de carbono de unirse mediante enlace covalente a) tetravalencia d) autosaturación b) covalencia e) hibridación c) alotropía 2. Determina la cantidad de enlaces sigma ( σ) en: H H H H–C–C–C–H a) 6 b) 8
H H H c) 10 d) 12
e) 14
3. Carbono que se une a tres átomo de carbono a) Primario d) Cuaternario b) Secundario e) Pentario c) erciario 4. Determina el número de carbonos primarios en: CH3 – CH2 – CH – CH – CH3 CH3 CH3 a) 1 c) 3 e) 5 b) 2 d) 4 5. Nombra el siguiente alcano: CH3 – CH2 – CH2 – CH3 a) metano d) butano b) etano e) pentano c) propano 6. Nombra el siguiente alqueno: CH2 = CH– CH3 a) buteno d) penteno b) eteno e) hexeno c) propeno
7. Nombra el siguiente alquen: C 4H8 a) propeno d) buteno b) penteno e) hepteno c) eteno 8. Nombra el siguiente alcano: C 5H12 a) Heptano d) etano b) octano e) propano c) pentano 9. El nombre del siguiente alquino es: CH ≡ C – CH3 a) butino d) hexino b) propino e) etino c) pentino 10. A los alcanos se les conoce como: a) parafinas b) acetilenos c) olefinas d) etenos e) propinos 11. Fenómeno relacionado con el calentamiento global. a) lluvia ácida b) eutrofización c) efecto invernadero d) destrucción de la capa de ozono e) smog 12. Los cloreofluorcabonos (CFC) producen a) eutrofización b) destrucción de la capa de ozono c) efecto invernadero d) smog e) lluvia ácida
Bibliografía 1. BROWN, HEODORE. Química: la ciencia central. México Pearson educación, 2004. 2. CHANG, RAYMOND: Química. Madrid, Mc Graw-Hill, 2003. 3. WHIEN, KENNEH. Química general. Mc Graw-Hill. Madrid, 2002.
1.°
AÑO
163
QUÍMICA
8