átomos y moléculas
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BASES QUÍMICAS DEL METABOLISMO Y LA FISIOLOGÍA
Química: Ciencia para el siglo
XXI Ciencia que estudia la materia y los
cambios que ocurren en ella.
Se le considera la Ciencia Central.
Ciencia central en diversas
disciplinas.
Química
Salud
Física
Ecología
Biología
Química en la investigación actual en
salud
Química
Biotecnología Genética Fármacos BiomedicinaBiología Celular
Clasificación de la materia
Todo lo que ocupa espacio y tiene
masa.
Materia
Sustancias puras
Compuestos Elementos
Mezclas
Homogéneas Heterogéneas
Propiedades de la materia
Propiedad física: Se puede medir y
observar sin que se modifique la
composición o identidad de la
sustancia.
Propiedad química: Para observar
una propiedad química debe ocurrir
un cambio químico (Ej: combustión)
Propiedades mensurables de la
materia Propiedades extensivas: Depende de
la cantidad de materia que se
considere, son propiedades aditivas
(Ej. Masa).
Propiedades intensivas: No depende
de cuánta materia se considere (Ej.
Temperatura).
Átomos y moléculas
Toda la materia esta formada por átomos, iones
y moléculas.
Átomo
Los átomos son pequeñas partículas
indivisibles que forman la materia.
Modelos atómicos
A lo largo de la historia muchos científicos han
contribuído en el desarrollo del modelo
atómico, los más importantes son:
Dalton (1766-1844)
Avogadro (1776-1856)
Thomson (1856-1940)
Rutherford (1871-1937)
Bohr (1885 – 1962)
Plank
De Broglie
Modelo atómico actual
El átomo está formado por:
Un núcleo, en donde se encuentran protones
(carga positiva) y neutrones (neutros), en el que
se concentra la masa y la carga positiva del átomo,
Una corteza en la que se disponen los electrones
(cargas negativas) en niveles de distinta energía,
girando alrededor de regiones que se denominan
orbitales.
El volumen que ocupa el átomo es
aproximadamente 105 veces mayor que el
volumen del núcleo, por lo que podemos
considerar que el átomo está esencialmente vacío.
Modelo atómico actual
Los átomos son increíblemente pequeños,
variando en tamaño de 60 a 500 picómetros
(10-12 metros)
Partícula Masa Carga Unidad de
carga
Electrón 9,1·10-31 kg -1,6·10-19 C -1
Protón 1,67·10-27 kg 1,6·10-19 C +1
Neutrón 1,67·10-27 kg 0 0
Número atómico
El número atómico (Z) es igual al número de
protones que se encuentran en el núcleo, y es
característico de cada elemento.
En los átomos neutros coincide con el número de
electrones.
En la Tabla periódica actual los elementos están
organizados en orden creciente de su número
atómico.
Número másico
El número másico (A) o masa atómica es el
número de protones más el número de neutrones
de un átomo. (A = Z + neutrones).
El número de neutrones presentes en un átomo,
puede ser diferente por lo que la masa atómica
puede variar.
Número másico (A)
Símbolo
Número atómico (Z)X
Isótopos
Los isótopos son átomos que tienen el
mismo número atómico pero diferente
número másico.
Por ejemplo existen tres isótopos para el
hidrógeno:
Hidrógeno Deuterio Tritio
Un protón Un protón Un protón
Cero neutrones Un neutrón Dos neutrones
Tabla periódica
Los elementos se encuentran agrupados
según sus propiedades físicas y químicas
semejantes.
Acomodados en orden creciente de su
número atómico.
Las filas horizontales se llaman períodos
Las columnas verticales se llaman grupos o
familias
Tabla periódica
Los elementos se dividen en tres categorías:
Metales: Conductores del calor y la electricidad, son la mayoría de los elementos.
No metales: Mal conductor del calor y la electricidad, son 17 elementos.
Metaloides: Propiedades intermedias, son 8 elementos.
Orbitales atómicos
Aunque no se puede saber con
exactitud la posición de un electrón, sí
es posible definir la región en la que
puede encontrarse en un momento
dado.
Se les describe como residentes en
capas o niveles de energía a los que
se han asignado números del 1 al 7,
comenzando con el más cercano al
núcleo.
Orbitales atómicos Cada capa tiene una cierta capacidad para
alojar electrones.
Conforme aumenta la distancia de un
electrón respecto al núcleo, su nivel de
energía también se incrementa y es
retenido con menos fuerza por la atracción
positiva del núcleo.
Número de capas Número máximo de
electrones
Orbitales
1 2 1s
2 8 2s2p
3 18 3s3p3d
4 32 4s4p4d4f
Orbitales atómicos
Dentro de cada nivel los electrones
ocupan orbitales atómicos
específicos.
Un orbital describe la distancia de un
electrón respecto al núcleo y la forma
y orientación geométrica del volumen
que ocupa.
Puede estar ocupado por cero, uno o
dos electrones de espín opuesto
(giro).
Forma y orientación
geométrica La forma y orientación geométrica del
espacio que ocupan los electrones se
describen por medio de orbitales s, p,
d, f.
En este curso veremos
exclusivamente los orbitales s y p.
Orbital s
El orbital s es esférico, con el núcleo
del átomo ubicado en su centro, los
orbitales s de capas sucesivas son
todos esféricos, aunque de tamaño
creciente.
http://javierdelucas.es/s-orbitals_3-up.jpg
Orbital p
El orbital p tiene forma de mancuerna
de pesas con el núcleo entre los dos
lóbulos.
Cada capa tiene tres orbitales p
idénticos en cuanto a tamaño y forma,
y perpendiculares entre sí.
En un sistema de coordenadas, un
orbital está orientado a lo largo del eje
x (px), otro a los largo del eje y (py) y
el tercero a lo largo del eje z (pz).
Orbital p
http://javierdelucas.es/p-orbitals_3-up.jpg
Orbital d
http://javierdelucas.es/p-orbitals_3-up.jpg
Reglas para el llenado de orbitales
atómicos Principio de exclusión de Pauli: Un orbital
atómico determinado puede ser ocupado por sólo dos electrones, que para ello deben tener espines opuestos. Estos electrones de espines opuestos se consideran apareados. Electrones de igual espín tienden a separarse lo máximo posible.
Esta tendencia es el más importante de los factores que determinan la forma y propiedades de las moléculas.
El principio de exclusión de Wolfgang Paulihijo, se considera la piedra angular de la química.
Llenado de orbitales atómicos
La primera capa de electrones se compone de
solo un orbital s y tiene la capacidad de alojar
dos electrones.
La segunda capa tiene un orbital s y los tres
orbitales p que pueden contener un total de 6
electrones, por lo tanto la capacidad total del
segundo nivel es de 8 electrones.
http://mazinger.sisib.uchile.cl/repositorio/ap/ciencias_quimicas_y_farmaceuticas/ap-quimgral-
1/meislich/Images/fig0035.jpg
Llenado de orbitales atómicos
Así sucesivamente la capacidad de
electrones de cada capa aumenta
según los orbitales que contenga. El
orbital d tiene 5 niveles y tiene la
capacidad de alojar 10 electrones,
dando un total de 18 y el orbital f aloja
un total de 32 electrones.
Principio de Aufbau
Al llenar orbitales atómicos, primero
se ocuparán los que estén más
cercanos al núcleo, que son los de
más baja energía, y luego continúan
con los orbitales de mayor energía.
http://148.204.103.95/des/quimica/menus/unid2_tema3.ht
ml
Configuración electrónica
La configuración electrónica es la
descripción de la ocupación de
orbitales por los electrones de un
átomo o ion por nivel de energía y
número de electrones.Tipo de orbital Número de
orbitales
Número de
electrones
s 1 2
p 3 6
d 5 10
f 7 14
¿Cómo llenar orbitales
atómicos? Siguiendo el orden del principio de
construcción progresiva (regla de las
diagonales)
http://4.bp.blogspot.com
Se pueden escribir configuraciones
electrónicas para los elementos
1. Llenando orbitales atómicos de la más
baja energía a la más alta energía.
2. Colocando un electrón a la vez en los
orbitales de cada conjunto dado (de la
misma energía) hasta que cada uno esté
lleno a la mitad.
3. Por último, colocar los electrones
restantes es estos orbitales llenos a la
mitad, de modo que no más de dos
electrones (espín opuesto) ocupen un
solo orbital.
Configuración electrónica de los
elementos
http://2.bp.blogspot.com
Configuración electrónica y la Tabla
periódica Los elementos están organizados en
familias y períodos. Si observamos, cada familia podemos ver que en su capa externa:
a) Los grupos I y II son resultado de llenar orbitales s.
b) Las familias III a VIII, son resultado de llenar orbitales p.
c) Las series de transición, de llenar los orbitales 3d, 4d y 5d
d) Las serie de los lantánidos y actínidos, de llenar los orbitales 4f y 5f.
Además, los elementos de cada
familia tienen la misma configuración
electrónica general en la capa
externa, pero los electrones están
ubicados en distintas capas (niveles
principales de energía).
Los elementos de un grupo particular
muestran propiedades químicas
similares.
Configuración electrónica y la
Tabla periódica
Familias I II III IV V VI VII VIII
Número de electrones
en la capa externa
1 2 3 4 5 6 7 8
Configuración
electrónica de capa
externa
s1 s2 s2p
1
s2p
2
s2p
3
s2p
4
s2p
5
s2p
6
Octetos estables
Los elementos del grupo VIII, llamado grupo de los gases nobles o inertes, son los elementos más estables y menos reactivos.
Todos estos elementos, excepto el Helio (s2), tienen la misma configuración electrónica de capa externa o capa de valencia, s2p6, la cual se conoce como octeto estable.
El resto de los elementos, al formar compuestos químicos, tienden a alcanzar este octeto estable.
Bibliografía
Chang, R., (2010), Química, 10ª. Ed.,
China, McGraw-Hill.
Bailey, P. (1998), Química Orgánica.
Conceptos y aplicaciones, 5ta. Ed., México,
Pearson Educación.
www.bioygeo.info/pdf/06_Atomos_y_mole
culas.pdf