01 clase inaugural 15 03 05
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QUIMICA GENERAL E INORGANICA QUIMICA GENERAL E INORGANICA
Primer Cuatrimestre 2005 Primer Cuatrimestre 2005
Clase 1. Marzo 14Clase 1. Marzo 14
Introduccion al Curso.Introduccion al Curso.Estados de la materia. Estados de la materia.
Uniones intermoleculares.Uniones intermoleculares.
Kemeía: la diosa de la transmutación (cambio).
http://www.ffyb.uba.ar/qcagral/default.htm
2
La Química trata de las transformaciones de la materia
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El hidrógeno (H y H2) se formaron en el Big Bang hace unos 15 x 109 años. Los elementos mas pesados (desde el litio (NA 3, MM 6,94) hasta el plutonio (NA 94, MM 239,05) se formaron en el interior de las estrellas y luego se dispersaron por el espacio. En la figura, el nacimiento de una estrella a partir de hidrógeno y polvo cósmico, en la Nebulosa del Aguila (M 16).
4
Period
Group**
1IA1A
18VIIIA
8A
11
H 1.008
2IIA2A
13IIIA3A
14IVA4A
15VA5A
16VIA6A
17VIIA
7A
2
He4.00
3
23
Li6.941
4
Be 9.012
5
B10.8
1
6
C12.0
1
7
N14.0
1
8
O16.0
0
9
F19.0
0
10
Ne20.1
8
311
Na 22.99
12
Mg
24.31
3IIIB3B
4IVB4B
5VB5B
6VIB6B
7VIIB
7B
8 9 1011IB1B
12IIB2B
13
Al26.9
8
14
Si28.0
9
15
P30.9
7
16
S32.0
7
17
Cl35.4
5
18
Ar39.9
5------- VIII -------------- 8 -------
419
K39.10
20
Ca40.08
21
Sc44.9
6
22
Ti47.8
8
23
V50.9
4
24
Cr52.00
25
Mn
54.94
26
Fe55.8
5
27
Co58.4
7
28
Ni58.6
9
29
Cu63.55
30
Zn65.3
9
31
Ga
69.72
32
Ge
72.59
33
As74.9
2
34
Se78.9
6
35
Br79.9
0
36
Kr83.8
0
537
Rb85.47
38
Sr87.62
39
Y88.9
1
40
Zr91.2
2
41
Nb
92.91
42
Mo
95.94
43
Tc(98)
44
Ru101.
1
45
Rh102.
9
46
Pd106.
4
47
Ag107.
9
48
Cd112.
4
49
In114.
8
50
Sn118.
7
51
Sb121.
8
52
Te127.
6
53
I126.
9
54
Xe131.
3
655
Cs132.9
56
Ba137.3
57
La*
138.9
72
Hf178.
5
73
Ta180.
9
74
W183.
9
75
Re186.
2
76
Os190.
2
77
Ir190.
2
78
Pt195.
1
79
Au197.
0
80
Hg
200.5
81
Tl204.
4
82
Pb207.
2
83
Bi209.
0
84
Po(210
)
85
At(210
)
86
Rn(222
)
787
Fr(223)
88
Ra(226)
89
Ac~
(227)
104
Rf(257
)
105
Db
(260)
106
Sg(263
)
107
Bh(262
)
108
Hs(265
)
109
Mt(266
)
110
---()
111
---()
112
---()
114
---()
116
---()
118
---()
Lanthanide Series*
58
Ce140.
1
59
Pr140.
9
60
Nd
144.2
61
Pm
(147)
62
Sm
150.4
63
Eu152.
0
64
Gd
157.3
65
Tb158.
9
66
Dy162.
5
67
Ho164.
9
68
Er167.
3
69
Tm 168.
9
70
Yb173.
0
71
Lu175.
0
Actinide Series~
90
Th232.
0
91
Pa(231
)
92
U(238
)
93
Np
(237)
94
Pu(242
)
95
Am(243
)
96
Cm(247
)
97
Bk(247
)
98
Cf(249
)
99
Es(254
)
100
Fm(253
)
101
Md
(256)
102
No(254
)
103
Lr(257
)
Toda la materia en el planeta esta compuesta por 92 elementos naturales y 17 elementos sintéticos
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Abundancia relativa de los elementos en, 1 (arriba): (a) el cosmos; (b) la corteza terrestre, y (c) el cuerpo humano; y 2 (abajo): (d) el agua de mar, y (e) los seres vivos .
HidrógenoOxígeno HidrógenoHidrógenoOxígeno
Carbono Nitrógeno
(a) el cosmos (b) la corteza terrestre (c) el cuerpo humano
(e) los seres vivos(d) el agua de mar
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Los estados de agregación de la materia: Los estados de agregación de la materia: sólido, líquido y gaseososólido, líquido y gaseoso
La materia tiene masa y volumen, ocupa un lugar en el espacio. La materia tiene masa y volumen, ocupa un lugar en el espacio. Los sólidos ocupan un volumen propio, y los líquidos y los gases Los sólidos ocupan un volumen propio, y los líquidos y los gases ocupan el volumen del recipiente. Los gases son compresibles.ocupan el volumen del recipiente. Los gases son compresibles.
Los materiales pasan de un estado a otro por procesos físicos Los materiales pasan de un estado a otro por procesos físicos (temperatura y presión), sin modificar su identidad química. (temperatura y presión), sin modificar su identidad química.
TEMPERATURATEMPERATURA
SÓLIDOSÓLIDO LÍQUIDOLÍQUIDO GAS GAS
PRESIÓN PRESIÓN
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El estado natural de los elementos de la Tabla Periódica. Dos de ellos (bromo y mercurio) son líquidos, hay 11 elementos que son gases y estan detallados a la derecha. El resto, son sólidos.
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Estado natural de algunos elementos. En el sentido de las agujas del reloj, de arriba a la izquierda: (a) los líquidos bromo (Br2) y mercurio (Hg); y (b) los sólidos iodo (I2), cadmio (Cd); fósforo (rojo) y cobre (Cu).
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En la serie de los halógenos, (grupo 17 de la Tabla Periódica), los elementos forman moléculas con dos átomos. El cloro (izquierda) (NA 17, MM 35.5) es un gas amarillo-verdoso; el bromo (centro) (NA 35, MM 79.9) es un líquido rojo-marrón, que está en equilibrio con su vapor; y el iodo (derecha) (NA 53, MM 126,9) es un sólido azul-negro en equilibrio con sus vapores violeta.
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Los cambios en los estados de la materiaOcurren a presiones y temperaturas fijas y son propiedades de cada sustancia. Por ejemplo, 0 °C y 100 °C a 101.3 kPa son las temperaturas de fusión y ebullición del agua.
LÍQUIDOEbullición,Ebullición,
FusiónFusión Licuación,Licuación, vaporizaciónvaporización condensacióncondensación Solidificación,Solidificación, condensacióncondensación
Sublimación, volatilizaciónSublimación, volatilización
SÓLIDO GAS
CondensaciónCondensación
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Las uniones intermoleculares definen el Las uniones intermoleculares definen el estado físico de la materiaestado físico de la materia
GASES: Uniones intermoleculares muy débiles. Para los gases GASES: Uniones intermoleculares muy débiles. Para los gases ideales, las fuerzas intermoleculares son nulas. En los gases ideales, las fuerzas intermoleculares son nulas. En los gases reales tienen valores de 2 – 4 kJ/mol (oxígeno, nitrógeno, argón).reales tienen valores de 2 – 4 kJ/mol (oxígeno, nitrógeno, argón).
LÍQUIDOS: Uniones intermoleculares intermedias (15 – 70 LÍQUIDOS: Uniones intermoleculares intermedias (15 – 70 kJ/mol), no tienen forma propia (mercurio, bromo, agua, kJ/mol), no tienen forma propia (mercurio, bromo, agua, pentano). Admiten y dispersan a sólidos, líquidos y gases. Las pentano). Admiten y dispersan a sólidos, líquidos y gases. Las dispersiones moleculares o iónicas en los líquidos se denominan dispersiones moleculares o iónicas en los líquidos se denominan soluciones. soluciones.
SÓLIDOS: Uniones intermoleculares fuertes (100 – 700 kJ/mol), SÓLIDOS: Uniones intermoleculares fuertes (100 – 700 kJ/mol), tienen forma propia y no son penetrables (metales, sales, hielo).tienen forma propia y no son penetrables (metales, sales, hielo).
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Uniones IntermolecularesUniones Intermoleculares
Se establecen entre las cargas eléctricas de dos Se establecen entre las cargas eléctricas de dos moléculas o especies químicas. Las dos moléculas moléculas o especies químicas. Las dos moléculas pueden ser iguales o distintas. pueden ser iguales o distintas.
Las especies químicas son iones o moléculas. La Las especies químicas son iones o moléculas. La carga eléctrica proviene de que estas especies son carga eléctrica proviene de que estas especies son ionesiones, o moléculas con un , o moléculas con un dipolo permanente, dipolo permanente, un un dipolo transitorio dipolo transitorio o uno un dipolo inducido dipolo inducido.
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Fuerzas de Van der Waals Fuerzas de Van der Waals
Las cargas eléctricas asimétricas generan dipolos eléctricos Las cargas eléctricas asimétricas generan dipolos eléctricos (una separación de cargas) moleculares.(una separación de cargas) moleculares.
En la molécula de agua, eEn la molécula de agua, el átomo de oxígeno l átomo de oxígeno (electronegatividad = 3.4*) atrae 0.82 e(electronegatividad = 3.4*) atrae 0.82 e-- en exceso y deja a en exceso y deja a cada átomo de hidrógeno (electronegatividad = 2.2*) con 0.41 cada átomo de hidrógeno (electronegatividad = 2.2*) con 0.41 ee- - en defecto.en defecto.
+-
H H+: 0.41 +: 0.41 +: 0.41+: 0.41
-:-: 0.82 0.82 O
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Los momentos dipolares transitorios e inducidosLos momentos dipolares transitorios e inducidos
El El momento dipolar transitoriomomento dipolar transitorio (instantáneo, (instantáneo, fugaz) se origina por una distribución fugaz) se origina por una distribución asimétrica transitoria de las nubes asimétrica transitoria de las nubes electrónicas moleculares alrededor de los electrónicas moleculares alrededor de los átomos. átomos.
La moléculas no polares (como átomos con La moléculas no polares (como átomos con capas electrónicas cerradas, Ar), responden a capas electrónicas cerradas, Ar), responden a campos eléctricos (momentos dipolares) de campos eléctricos (momentos dipolares) de moléculas vecinas, dando moléculas vecinas, dando dipolos inducidos.dipolos inducidos.
+ - + - +
-+-
-
-
--
-
-
5+
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1. Las moléculas de los gases se mueven continuamente, en forma rectilínea y al azar e interaccionan al chocar.
2. Las moléculas ocupan una fracción muy pequeña del volumen del gas (0.01-0.08 %) con una distancia intermolecular media es de 150-250 veces el diámetro molecular
3. A baja temperatura o a alta presión, los dipolos moleculares llevan a la licuefacción de los gases. La energía cinética de los gases es 2 kJ/mol a 100 K y 7 kJ/mol a 300 K, y la energía de la unión intermolecular 2-4 kJ/mol.
Gases y energías intermoleculares
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Líquidos y uniones Líquidos y uniones intermolecularesintermoleculares
1. Las uniones intermolecularesen los líquidos, o interaccionesdébiles de 15-70 kJ/mol, hacen quelos líquidos tomen la forma de los recipientes y que se puedan (a) intercalar objetos sólidos (efecto macroscópico) y (b) dispersar otro tipo de moléculas y formar soluciones (efecto microscópico).
2. En el estado líquido, las moléculas son móviles y los espacios intermoleculares son aproximadamente del diámetro molecular.
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Sólidos y uniones intermoleculares
Los sólidos, cristalinos o amorfos, metales o metaloides, tienen uniones intramoleculares fuertes (100 a 700 kJ/mol).
Las uniones muy fuertes definen una disposición fija y ordenada de las moléculas o iones.
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El movimiento molecular en los gases.
1. Las moléculas de los gases se mueven continuamente, en movimiento rectilíneo al azar e interaccionan al chocar.
2. Las moléculas ocupan una fracción muy pequeña del volumen del gas (0.01-0.08 %). La distancia intermolecular media es de 150-250 veces el diámetro molecular.
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.
En los líquidos, las moléculas se mueven y aunque permanecen en contacto con sus vecinas, tienen la suficiente energía cinética para abrirse paso hacia los alrededores, y toda la masa de sustancia resulta fluída.
En los 4 cuadros superiores, se indica el movimiento de una molécula en el seno de un liquido. Observe el movimiento rectilíneo y al azar.
El movimiento de las moléculas de un líquido explica el movimiento browniano, movimiento de partículas muy pequeñas (0.1 nm) que se observa al microscopio.
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Moléculas individuales de arseniuro de galio, como bultos regulares en la superficie del sólido, usando “scanning tunneling microscopy” (STM). Los átomos de galio aparecen azules y los de arsénico rojos.
Esquema del funcionamiento de la “scanning tunneling microscopy”