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Universidad Nacional del Comahue F.A.C.I.A.S. – 2.019

Taller Q

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Capítulo 1: La Materia

Clasificación. Propiedades. Estados de Agregación. Sistemas Materiales.

Los Materiales Químicos

Vivimos en un ambiente que nos rodea repleto de elementos que poseen naturalezas diferentes. La materia está en todas partes, en el agua que pones en la pava, en el cepillo de dientes, en el oxígeno que inhalamos y en el dióxido de carbono que exhalamos. La materia se distingue por ciertas propiedades como su aspecto, su punto de fusión y su punto de ebullición, su densidad, entre otras. Además, tiene la forma física de sólido, liquido o gas, el agua es el ejemplo más común porque es un compuesto que existe en esas tres formas, es esos tres estados: el cubito de hielo, el agua que sale de la canilla y el gas que sale del pico de la pava cuando se hierve el agua del mate.

Materia es cualquier sustancia que tiene masa y ocupa un espacio. La materia se presenta con diferentes características y, a cada una de estas variaciones que presenta, se le denomina material.

Los materiales químicos se presentan en tres estados físicos fundamentales: sólidos, líquidos y gaseosos. Un material químico es sólido cuando tiene una forma y un volumen constante. Por otro lado, se considera que un material químico es líquido cuando su forma se ve definida por el recipiente o envase que lo contiene, presentando un volumen constante. Mientras tanto, los materiales químicos gaseosos no tienen forma ni volumen propio, la forma de estos materiales químicos, depende del recipiente que los contiene y su volumen a la presión que reciben.

Hay muchos tipos de sustancias y materiales químicos, se puede clasificar a la materia según la clase de componentes que contiene. Una sustancia pura tiene una composición definida, mientras que una mezcla está formada por dos o más sustancias en cantidades variables.

Sustancias Puras

Una sustancia pura es un tipo de materia de composición definida, y hay de dos tipos: elementos y compuestos:

Los elementos son las sustancias fundamentales con las que se construyen todas las cosas materiales. La partícula más pequeña que conserva las propiedades del elemento es el átomo. Los átomos de un elemento sólido están organizados con arreglo a un patrón regular y son todos del mismo tipo. Todos los átomos de un trozo de cobre son átomos de cobre. Los átomos de un elemento en particular no se pueden dividir en átomos más simples.

Los compuestos son una combinación de dos o más elementos unidos en una determinada proporción: todas las muestras de agua, H2O, están formadas por la misma proporción de hidrógeno y oxígeno, y en el peróxido de hidrógeno, H2O2, están combinados en proporciones diferentes. Tanto el H2O como el H2O2 son distintos compuestos formados por los mismos elementos en diferentes proporciones.

Los compuestos pueden descomponerse en sustancias más simples, mediante la aplicación de procesos químicos, mientras que no se descomponen en sustancias más simples cuando se les aplican procesos físicos.

Los elementos no se descomponen cuando se les aplican métodos físicos o métodos químicos.

Cada material químico presenta ciertos atributos que permiten describirlo. A estas cualidades se le denominan propiedades. Estas propiedades se clasifican en "propiedades características" (intensivas) y en "propiedades no características" (extensivas). Las propiedades no características de los materiales son la masa, el volumen y la temperatura. Por otro lado, las propiedades características de los materiales son el punto de fusión, el punto de ebullición, la curva de calentamiento, la densidad y la solubilidad.


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Se llama sistema material a una porción limitada de materia, dentro del universo, que se separa real o imaginariamente, para su estudio. Aun cuando el sistema haya sido separado del universo (también llamado ambiente) que lo rodea, queda circundado por un medio.

Un sistema material puede estar constituido por uno o varios materiales químicos, cada uno de ellos se denomina componentes del sistema, y pueden presentarse en distintos estados de agregación que en el sistema tienen límites definidos que pueden notarse a simple vista o con instrumentos ópticos adecuados, llamados fases. Por ejemplo: Un sistema material formado por agua, hielo y arena presenta dos componentes (agua y arena) está constituido por tres fases (agua sólida, agua líquida y arena sólida)

Mezclas

Cuando unimos dos o más sustancias obtenemos una mezcla. En la mezcla las sustancias mantienen su identidad, solo se combinan físicamente.

Existen dos tipos de mezclas:

a) Las mezclas heterogéneas, donde es posible distinguir las partículas de cada sustancia a simple vista o utilizando alguna herramienta como una lupa o un microscopio. Existen dos tipos de mezclas heterogéneas: las mezclas groseras y las suspensiones. Las mezclas heterogéneas pueden ser separadas por filtración, decantación, tamización, imantación y centrifugación.

b) Las mezclas homogéneas, las cuales presentan partículas de diferentes sustancias que no pueden ser diferenciadas. Existen dos tipos de mezclas homogéneas: las disoluciones y los coloides. Las mezclas homogéneas pueden ser separadas a través de la destilación, la evaporación, la cristalización, la cromatografía y la extracción.

Para pensar y Responder

Proporciona ejemplos mezclas constituidas por 1) dos fases y dos componentes 2) tres fases y tres componentes 3) cuatro fases y tres componentes 4) cuatro fases y cuatro componentes

Sistemas Materiales

Un sistema material es una porción de la materia, confinada en una porción de espacio, que se ha seleccionado para su estudio, y no presentan límites muy precisos, y por eso es necesario definir esos límites, de acuerdo a las necesidades de cada situación.

Durante el estudio del sistema material, el medio que lo rodea, esa porción del espacio en contacto con el sistema, debe ser considerado. Dado el sistema formado por un recipiente que contiene a un gas, sumergido en un baño con agua a temperatura constante (termostato), el gas es el sistema bajo estudio, el termostato representa al medio y, los límites del sistema son las paredes del recipiente que

contiene al gas.

Los sistemas materiales se pueden clasificar en función del pasaje de masa y energía entre el sistema y el medio, en abierto, cerrado y aislado.

Sistema Abierto

Un sistema material se denomina abierto, cuando en el mismo se produce transferencia de masa y de energía entre el sistema y el medio


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Sistema Cerrado

Un sistema material se denomina cerrado, cuando en el mismo se produce intercambio de energía entre el sistema y sin transferencia de masa entre el sistema y el medio.

Sistema Aislado

Un sistema material se denomina aislado, cuando el mismo mantiene constante su masa y su energía, sin intercambios con el medio.

Usamos la palabra materia cuando queremos referirnos al conjunto de todos los materiales que componen el universo. El suelo, los mares, el sol, las plantas y los animales están hechos de materia. Y como se definió más arriba, llamamos sistema material a cualquier parte del Universo que se toma para su estudio.

Como los sistemas que podemos encontrar presentan distintas características, los clasificamos de acuerdo con ellas. Podemos tener así sistemas homogéneos y heterogéneos.

Los sistemas son en general complejos y constan de uno o más materiales.

Cada material tiene características particulares que se llaman propiedades.

Propiedades Intensivas

Las propiedades intensivas solas propiedades que sólo dependen de la naturaleza del material, como, por ejemplo: el color, el olor, el estado físico, la temperatura de ebullición, conductividad eléctrica, etc.

Propiedades Extensivas

Las propiedades que dependen de la cantidad del material se denominan Propiedades Extensivas, y podemos mencionar como ejemplos: el volumen, la masa, la superficie, etc.

Así definidos, lo que diferencia los tipos de sistemas materiales son las propiedades intensivas. Por ejemplo, una taza con una infusión de té azucarado es un sistema homogéneo porque tiene el mismo color, sabor, estado físico, etc., en cualquier porción que se analice. Por lo tanto: “Si las propiedades intensivas que hayamos analizado son siempre iguales, sin importar la porción del sistema que hayamos tomado, entonces diremos que el sistema es homogéneo”.

“Si, en cambio, alguna de las propiedades intensivas es distinta en alguna parte del sistema, decimos que el sistema es heterogéneo”. Por ejemplo, en un vaso con una bebida gaseosa se pueden observar burbujas y líquido; es decir, el sistema tiene distintos estados físicos, y por lo tanto es un sistema heterogéneo. Cada una de las porciones diferentes de un


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sistema heterogéneo es lo que llamamos fase. Entonces, las propiedades intensivas varían, existiendo zonas dentro del sistema en las que se producen cambios bruscos en las propiedades intensivas, o sea, se produce una discontinuidad en esas propiedades.

Así los sistemas heterogéneos presentan discontinuidades o superficies de separación entre fases. Cada fase es un sistema homogéneo porque tiene propiedades intensivas idénticas en toda su extensión.

Además, pueden existir otros sistemas materiales llamados sistemas inhomogéneos. Se parecen mucho a los sistemas heterogéneos, sólo que no hay separación de fases pues la composición varía tan gradualmente que no podemos distinguirla. Un ejemplo es la atmósfera ya que las capas que la componen no tienen una separación que pueda observarse fácilmente. La composición de los gases de la atmósfera varía muy gradual y lentamente.

Una solución (también llamada disolución) es un sistema homogéneo cuyos componentes no pueden ser separados por métodos físicos que recurran a la acción de la fuerza de gravedad (filtrado, decantación, levigación, etc.)

¿Cómo puedo saber si un sistema es homogéneo o heterogéneo? Tomemos como ejemplo la leche pasteurizada y homogeneizada. La palabra homogeneizada está diciendo que se ha tratado de lograr una “homogeneidad” en la leche, pero…. ¿Por qué? La leche se obtiene por ordeñe de las vacas y si se la deja reposar, en unos minutos aparece una capa de crema en la superficie del líquido, parte de esa crema se extrae y una pequeña porción queda junto a la leche. Esto constituye claramente un sistema heterogéneo. Ahora bien, se toma la leche que quedó con una pequeña porción de crema y se la somete a una presión bastante alta y se la obliga a pasar por unos tubos muy pequeñitos que provocan que la crema forme gotitas extremadamente pequeñas que se distribuyen homogéneamente por el líquido de la leche. Así obtenemos la leche homogeneizada, y surge una pregunta, ¿esta nueva presentación de la leche es verdaderamente un sistema homogéneo? Pues NO, porque si la colocamos en el ultramicroscopio, vamos a poder ver a las diminutas partículas de crema.

El Ultramicroscopio permite observar partículas cuyo tamaño es mayor a 1 µm (1 µm =

10 -3 mm = 10-6 m).

Proceso físico

En los procesos físicos, la composición química de las sustancias permanece inalterable, tan solo tiene lugar una separación de una sustancia de otra en una mezcla o un cambio de estado. Ejemplos de procesos físicos son: evaporación, fusión, destilación, filtración.

Proceso químico

Los procesos químicos implican un cambio de composición en las sustancias, es decir, tiene lugar una reacción química, en la que unas sustancias se transforman en otras de propiedades totalmente diferentes.

Al estudiar la composición de los materiales, los químicos postulan que los mismos están formados por partículas muy pequeñas e invisibles para el ojo humano. Cuando dos o más materiales se mezclan pueden formar soluciones. Las soluciones son sistemas en los cuales no pueden distinguirse sus componentes ni a simple vista ni con ultramicroscopio. Por ejemplo: el alcohol, el vinagre, la lavandina son ejemplos de soluciones muy conocidas por Uds. Todas ellas se preparan con agua y otros materiales.

“Un sistema se denomina Homogéneo cuando las partículas

que lo componen son invisibles al Ultramicroscopio”

http://enciclopedia.us.es/index.php/Mil%C3%ADmetro

http://enciclopedia.us.es/index.php/Metro


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Cuando un material está formado por partículas idénticas y en la misma proporción se llama sustancia. Por ejemplo: el azúcar, el hierro y la sal son sustancias. Por el contrario, la madera o el cemento no son sustancias.

Por lo tanto: las soluciones son sistemas homogéneos compuestos por más de una sustancia.

Para Pensar y Responder

1) Un sistema formado por una única sustancia, ¿será siempre homogéneo? ¿Por qué? Piensa a partir de las definiciones y trata de corroborar o negar usando

ejemplos concretos.

2) Un sistema heterogéneo, ¿está siempre formado por más de una sustancia? ¿Sí? ¿No? ¿Por qué? Busca ejemplos.

3) Considere a la atmósfera como un sistema material, ¿se puede afirmar que es un sistema homogéneo, por qué? ¿Qué importancia toman en este ejemplo las propiedades intensivas? Mencione otro ejemplo de un sistema con estas características.

4) Un sistema material está formado por agua, arena, partículas de corcho y limaduras de hierro, indicar justificando:

a) Si el sistema es homogéneo o heterogéneo.

b) Cantidad de fases.

c) Cantidad de componentes.

d) Los métodos de separación que se pueden utilizar para separar las fases.

5) Clasificar los siguientes sistemas en homogéneos y heterogéneos, justificando la respuesta:

a) Limaduras de cobre y limaduras de hierro

b) Tres trozos de hielo

c) Agua y aceite

d) Sal parcialmente disuelta en agua

e) Sal totalmente disuelta en agua

f) Azufre en polvo y una barra de azufre

Métodos de fraccionamiento y métodos de separación de fases

Cuando nos encontramos frente a sistemas heterogéneos, muchas veces es necesario separarlos en sus fases o porciones homogéneas y, a su vez, éstas en las sustancias que los forman.

Los métodos de separación de fases y componentes están relacionados con técnicas distintas y llevan distintos nombres. Permiten separar los componentes de un sistema heterogéneo. Los principales son: tamización, levigación, flotación, filtración, decantación, centrifugación, disolución, separación por magnetismo, tría. La utilización de uno o varios de ellos y su elección dependen de la destreza del operador y del tipo de sistema con el que se trabaje.

Los métodos que se usan para separar los componentes de sistemas homogéneos se llaman métodos de fraccionamiento. Basados en ellos se puede decidir si un sistema homogéneo es una solución o una sustancia pura. Si el sistema es fraccionable, se trata de una solución; de lo contrario, se tiene una sustancia pura. Algunos métodos de fraccionamiento muy comunes son: destilación simple y destilación fraccionada.

Además, existen otros métodos llamados métodos químicos mediante los cuales es posible separar algunas sustancias puras en otras más simples. Cuando esto ocurre, las sustancias puras que pudieron separarse reciben el nombre de sustancias compuestas; y las otras, sustancias simples.

Por ejemplo, si se hace pasar corriente eléctrica, que es un método químico, a la sal de mesa fundida (una sustancia compuesta), se obtienen dos sustancias simples: cloro y sodio.


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1) Decantación: Este método es utilizado para separar un sólido de grano grueso e insoluble de un líquido. Este método permite separar componentes que contienen diferentes fases. La separación se efectúa vertiendo la fase superior (menos densa) o la inferior (más densa).

2) Centrifugación: Método utilizado para separar un sólido insoluble de grano muy fino y de difícil sedimentación de un líquido. La operación se lleva a cabo en un aparato llamado centrífuga.

3) Destilación: Este método permite separar mezclas de líquidos miscibles, aprovechando sus diferentes puntos de ebullición. Este procedimiento incluye una evaporación y condensación sucesivas. Existen varios tipos de destilaciones, las cuales son:

a) Destilación simple: el proceso se lleva a cabo en una sola etapa, es decir se evapora el líquido con punto de ebullición más bajo y se condensa con ayuda de un refrigerante. Es muy útil cuando la diferencia de los puntos de ebullición de los componentes de la mezcla es grande,

b) Destilación fraccionada: se utiliza preferentemente cuando la diferencia en las temperaturas de ebullición de los componentes de la mezcla es pequeña, el proceso se realiza en varias etapas, utilizando una columna de destilación en la cual, se llevan a cabo continuamente numerosas evaporaciones y condensaciones. Este método es mucho más eficiente que una Destilación simple y mientras más etapas involucre mejor separación se obtiene de los componentes.

c) Destilación por arrastre de vapor se hace pasar una corriente de vapor a través de la mezcla de reacción y los componentes que son solubles en el vapor son separados. Entre las substancias que se pueden separar con esta técnica podemos citar a los aceites esenciales.

4) Filtración. Permite separar un sólido de grano insoluble (de grano relativamente fino) de un líquido. Para tal operación se emplea un medio poroso de filtración o membrana que deja pasar el líquido y retiene el sólido. Los filtros más comunes son: papel filtro, fibra de asbesto, fibra de vidrio.

5) Evaporación. Este método permite separar un sólido disuelto en un líquido por incremento de temperatura hasta que el líquido hierve o ebulle y pasa al estado de vapor, quedando el sólido como residuo en forma de polvo seco. Mediante este método se obtiene la sal del mar en los estanques de arena.

6) Sublimación. Es un método utilizado en la separación de sólidos, aprovechando que alguno de ellos es sublimable (pasa del estado sólido al gaseoso). Mediante este método se obtiene el café de grano.

7) Cromatografía. La palabra Cromatografía significa "escribir en colores", ya que cuando fue desarrollada los componentes separados eran colorantes. Las técnicas cromatográficas se basan en la aplicación de la mezcla en un punto (punto de inyección o aplicación) seguido de la influencia de la fase móvil.

8) Diferencia de solubilidad. Este método permite separar sólidos de líquidos o líquidos de sólidos al contacto con un solvente que selecciona uno de los componentes de la mezcla. Este componente es soluble en el solvente adecuado y es arrastrado para su separación, ya sea por decantación, filtración, vaporización, destilación, etc. Este método es muy útil para la preparación y análisis de productos farmacéuticos.

9) Imantación. Este método aprovecha la propiedad de algún material para ser atraído por un campo magnético. Los materiales ferrosos pueden ser separados de la basura por medio de un electroimán.


1) En un recipiente se colocan medio litro de agua, remaches de aluminio y aceite. Indicar que tipo de sistema es, cuantas fases posee, cantidad de

componentes y como se debe proceder, dando el nombre del método, para separar las fases.


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2) Un sistema se forma con partículas de iodo, sal común de cocina, polvo de carbón y limaduras de hierro. Proponga que métodos de separación utilizaría para separar las fases constituyentes. Justificar.

3) Proponga el ejemplo de un sistema material heterogéneo que para separar sus fases se utilicen los siguientes métodos de separación:

i) Tría, atracción magnética y filtración

ii) Sublimación, disolución y filtración

iii) Destilación fraccionada

4) ¿Qué tipo de destilación se utiliza con el petróleo? ¿Por qué?

Propiedades de la Materia y Estados de Agregación de la Materia.

Propiedades Físicas

Las propiedades físicas son aquellas que se observan o miden sin afectar la identidad de una sustancia. Son ejemplos de propiedades físicas: color, olor, punto de fusión, punto de ebullición, estado a 25ºC, apariencia, conducción de la electricidad, conducción del calor, densidad.

Estas propiedades están relacionadas con el estado de la materia. Todas las sustancias, bien sean materiales, elementos o compuestos, presentan un estado de agregación que va a estar determinado por las condiciones de temperatura y presión a las cuales estos se encuentren sometidos. Cada estado de agregación de la materia prosee propiedades y características diferentes a los demás, como se muestra en la figura, los estados de la materia son cuatro: sólido, líquido, gaseoso y plasma; cada estado de agregación tiene un conjunto de propiedades físicas.

Un sólido tiene una forma y volumen definido, como por ejemplo un celular, una pelota. En los sólidos, las partículas están unidas por fuerzas de atracción muy grandes, por lo que se mantienen fijas en su lugar, solo vibran unas al lado de las otras.

Un líquido tiene un volumen definido y una forma indefinida adoptando la forma del recipiente que lo contiene. Por ejemplo, el agua toma la forma de la jarra o del vaso en la que se encuentra. En los líquidos, las partículas están unidas, y las fuerzas de atracción son más débiles que en los sólidos, de modo que las partículas se mueven y chocan entre sí, vibrando y deslizándose unas sobre otras.

Un gas carece de forma y de volumen determinados, adopta el tamaño y la forma del lugar que ocupa. Por ejemplo, cuando se infla un globo, el aire ocupa todo el espacio dentro de él. En los gases, las fuerzas de atracción son casi inexistentes, por lo que las partículas están muy separadas unas de otras y se mueven rápidamente y en cualquier dirección, trasladándose incluso largas distancias. La vibración de partículas es muy alta.

Un plasma se forma a presiones y temperaturas extremadamente altas, haciendo que los impactos entre partículas sean muy intensos por lo cual los electrones son separados del átomo, así el plasma es una mezcla de núcleos positivos y electrones libres que tienen la capacidad de conducir la electricidad. Ejemplos de plasma presentes en nuestro universo son el Sol, los rayos durante las tormentas, el fuego, el magma, la lava, etc.

Cambios de Estado

Cuando una sustancia cambia de estado ese cambio implica suministro o liberación de energía del sistema. Por esa razón los cambios de estado pueden ser de dos tipos.

Endotérmicos. Son cambios de estado que se originan cuando al sistema se le administra energía.

a) Sublimación: es un cambio de estado directo de sólido a gas. Ejemplos: sublimación del Iodo (I2), Hielo seco (CO2 sólido).


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b) Fusión: es un cambio de estado que permite que una sustancia en estado sólido pase al estado líquido. Ejemplos: hielo derritiéndose, la mantequilla derretida en un sartén, un chocolate derretido en la palma de la mano.

c) Solidificación: es un cambio de estado que ocurre cuando un líquido pasa al estado sólido. Ejemplos: La nieve, la formación de figuras de cera, la obtención de figuras de plástico.

d) Evaporización: es cambio de estado endotérmico que permite que una sustancia en estado líquido pase al estado gaseoso Ejemplos: Agua hirviendo, la formación de las nubes por medio de la evaporización del agua de los ríos y mares.

Exotérmicos. Cambios de estado que se originan cuando el sistema desprende energía.

a) Condensación: Es la conversión del estado de vapor al estado líquido. Este proceso es el inverso de la evaporización. Ejemplo: Empañamiento de una ventana.

b) Licuefacción: Es el paso del estado gaseoso al estado líquido. Ejemplo: La obtención de aire líquido o de alguno de sus componentes.

c) Cristalización: es el Proceso por el cual una sustancia en estado gaseoso solidifica, sin pasar por el estado líquido formando cristales. También se utiliza el término deposición. Ejemplo: naftalina.

El agua, H2O, es una sustancia que se encuentra comúnmente en tres estados de agregación. Cuando la materia experimenta un cambio físico, su estado de agregación cambiará, y su identidad y composición permanecen iguales. La forma sólida del agua, como la nieve o el hielo, tiene una apariencia diferente a la de su forma líquida o gaseosa, y en las tres formas es agua.

Ejemplos de cambios físicos: Cambio de estado: agua en ebullición. Cambio de apariencia: disolución de azúcar en agua. Cambio de forma: estirar un trozo de cobre hasta lograr un fino alambre. Cambio de tamaño: moler pimienta en partículas más pequeñas.

Densidad

La densidad es una propiedad física importante de la materia. Es la medida de cuanta masa hay contenida en una unidad de volumen. Esta relación se expresa de la siguiente manera:


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Puesto de forma sencilla, si la masa es la medida de cuanto material tiene un objeto, entonces, la densidad es la medida de cuan compactado está ese material. En el Sistema Internacional de unidades, SI, se expresa como kg/m3, aunque generalmente se usa como g/cm3 o g/mL para los líquidos y g/L para los gases.

Los cuerpos sólidos suelen tener mayor densidad que los líquidos y éstos tienen mayor densidad que los gases.

Una de las maneras cotidianas para ilustrar a la densidad, es a través de la observación de cualquier cosa que flote o se hunda en un líquido determinado. Si un objeto es menos denso que el líquido en donde se encuentra, entonces flotará; y, si es más denso, se hundirá. Por eso es que un ancla, la cual es muy densa, o sea, con una gran cantidad de masa en poco volumen, se hunde tan rápidamente al arrojarla al agua, mientras que un corcho que tiene muy poca masa y gran volumen, flota y le cuesta hundirse, porque es menos denso que el agua.

Algunos elementos son, por naturaleza, muy densos. Este es el caso del mercurio, Hg, que es un metal que se presenta en estado líquido a temperatura ambiente, y su densidad es de 13,6 g/cm3. Esto significa que, en un cubo de 1 cm de lado, lleno con mercurio, se tiene una masa de 13,6 g de mercurio.

Desafío

Se tiene un sistema material formado por 200 cm3 de agua en el que se han mezclado 12 g de sal de mesa y 5 g de Telgopor. Indica para dicho sistema:

a) ¿Es un sistema homogéneo o heterogéneo?

b) ¿Qué cantidad de fases que posee?

c) ¿Cuáles son sus componentes?

d) ¿Qué métodos que utilizaría para obtener todas las sustancias por separado?

Respuestas

a) Este sistema es heterogéneo a temperatura ambiente, el Telgopor es insoluble en agua, y esa cantidad de agua puede disolver por completo toda la sal. ¿Cómo podrías verificar si esta respuesta es correcta?

b) Hay dos fases: una es la fase formada por el agua y la sal disuelta en ella, y la otra es el Telgopor.

c) Es un sistema formado por tres componentes: sal, agua y Telgopor. d) Para separar los componentes podríamos usar tría para sacar el Telgopor y luego una

destilación simple, con lo que se separa el agua de la sal.


Para cada uno de los siguientes enunciados, indica si con correctos o incorrectos y justifica tu respuesta en la columna correspondiente

Enunciado Correcto o

Incorrecto Justificación

Una sustancia pura es aquella que tiene sus partículas iguales en idéntica proporción.

Un sistema heterogéneo está formado necesariamente por más de una sustancia.

La destilación es un método adecuado para separar los componentes de una solución.


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La filtración es un método que se utiliza para separar sólidos que no se solubilizan en un líquido.

Los sistemas heterogéneos están formados por más de una fase.

Un sistema es homogéneo si, usando un ultramicroscopio, es imposible distinguir sus componentes.

Un sistema homogéneo que no se puede separar por métodos de fraccionamiento es una sustancia pura.


Para cada uno de los sistemas materiales que figuran en la columna de la izquierda, selecciona, entre los métodos de separación que figuran a la derecha, el o los

métodos que te parezcan más adecuados para obtener cada componente por separado, teniendo en cuenta que se puede utilizar más de un método para separar cada sistema.

Sistema

Método de Separación o de Fraccionamiento

Decanta

ció

n

Destila

ció

n

Fra

ccio

nad

a

Filt

ració

n

Trí

a

Centr

ifug

ació

n

Sep

ara

ció

n

Magn

ética

Destila

ció

n

Arena y Agua

Agua y Aceite

Azúcar disuelta en agua

Café Molido y agua fría

Cubito de hielo, agua, sal y arena

Tiza en polvo y limaduras de hierro

A modo de comparación

Compuesto Mezcla Homogénea

Las proporciones en que están los elementos dentro de los compuestos en constante.

Las proporciones de las sustancias que forman la mezcla pueden variar.

Tienen Propiedades Físicas constantes Tienen propiedades físicas que varían en función de la composición de la mezcla

Las propiedades de los elementos que conforman un compuesto son radicalmente diferentes de las propiedades del compuesto en estudio.

Las sustancias que se mezclan conservan sus propiedades

Para obtener los elementos que constituyen a un compuesto se deben utilizar métodos químicos.

Las sustancias que forman una mezcla homogénea se pueden separar por métodos físicos.


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Propiedades Químicas

Las propiedades químicas son aquellas que describen la habilidad de una sustancia para cambiar y generar nuevas sustancias. Durante un cambio químico la sustancia original se convierte en una o más sustancias nuevas con diferentes propiedades físicas y químicas.


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Ejercitación

1) Indica en cada caso a que cambio de estado corresponde la situación propuesta:

a) Luego de una fuerte lluvia en la calle se forma un charco pequeño. Al cabo de un tiempo el charco desaparece.

b) Para fabricar el acero se extrae hierro de ciertos minerales y se los somete a elevadas temperaturas para fundirlo.

c) Para formar hielo, basta con poner agua líquida en el congelador y que su temperatura descienda a cero grados.

d) Con el paso del tiempo las bolitas de naftalina que se ponen en la ropa pareciera que desaparecieran, pero su olor penetrante se puede sentir.

e) Se tiene una sustancia cuyo punto de fusión es de -5°C, mientras que el punto de ebullición es de 110°C. Indica en qué estado de agregación se encontrará a cada de las siguientes temperaturas

1. -20°C

2. 0°C

3. 100 °C

4. 150 °C

2) Completa la siguiente tabla

Sustancia P. Fusión

°C P. Ebullición

°C Estado de

Agregación a 25°C Estado de

Agregación a -120°C

Cloro -101 -34,11

Metanol -98 66

Cloruro de Potasio

772 1.407

Hierro 1.535 2.800

Etileno -169 -102

n-Nonadecano 32 320

15) Indica si los siguientes ejemplos describen cambios físicos o químicos:

a) ingestión de alimentos

b) digestión de alimentos

c) producción de compuestos orgánicos por fotosíntesis, en una planta

d) ebullición del agua

e) combustión de un papel

f) rotura de una copa

g) cocción de una torta

h) caída de una piedra

16) Indica cuáles de las siguientes propiedades son intensivas y cuales extensivas:

a) Masa

b) punto de solidificación

c) peso

d) volatilidad

e) punto de ebullición

f) color

g) punto de fusión

h) dureza

i) volumen

j) brillo

k) densidad

l) longitud


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17) Indica en qué estado se encuentra una sustancia “X” que está confinada en un recipiente, a una determinada presión y temperatura y que, al ser comprimida, reduce considerablemente su volumen. Justificar.

18) El punto de fusión de una sustancia es: -97°C y su temperatura de ebullición es de 55°C, determina en qué estado de agregación se encuentra la sustancia en las siguientes condiciones:

a) A temperatura ambiente

b) A -56°C

c) A -100°C

d) A 100°C

19) Completa la siguiente tabla:

Sistema Homogéneo Heterogéneo Numero de

Componentes Nº de fases

aceite + agua + piedras

azúcar parcialmente disuelta en agua

azúcar totalmente disuelta en agua

agua + limadura de hierro + hielo

soda

querosén + agua

alcohol + agua

20) Da un ejemplo de:

a) un sistema de 3 fases y un componente.

b) un sistema. de 2 fases líq. y una sólida

c) un sistema de 1 fase y 3 componentes.

d) un sistema con 3 fases y 3 componentes.

21) Dados los siguientes sistemas:

agua + sal

aceite + arena + carbón

a) Indica cuál es homogéneo y cuál heterogéneo.

b) ¿Qué otro componente agregaría al sistema homogéneo para que lo siga siendo y al heterogéneo para transformarlo en tetra fásico?

22) Indica cómo separarías los siguientes sistemas:

a) solución hidroalcohólica (agua y etanol)

b) agua + arena

c) petróleo + agua

d) agua + sal

23) Un sistema heterogéneo está formado por agua, sal, partículas de corcho y limaduras de hierro. Explica cómo procederías para obtener, por separado, las fases y los componentes del sistema.

26) Indicar cuales afirmaciones son falsas o verdaderas justificando la elección.

a) Un sistema que a simple vista está formado por un solo tipo de partículas, es homogéneo.

b) Si el sistema tiene una sola sustancia, es homogéneo.

c) Una suspensión es un sistema heterogéneo.

d) El agua y el azúcar siempre forman un sistema homogéneo.

e) Una solución está formada por una sola sustancia.

f) Un ejemplo de sistema cerrado es un líquido colocado en un termo tapado.


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g) Pueden existir sistemas heterogéneos formados por una sola sustancia.

h) La leche es un sistema homogéneo.

i) Una sustancia está formada por dos o más elementos.

j) Un sistema formado por cloruro férrico y agua, al ser observado por el microscopio aparece como homogéneo, por lo tanto, el sistema es una solución.

k) Para distinguir una solución de una sustancia pura, debe realizarse un cambio de estado.

l) Un sistema formado únicamente por gases es homogéneo.

m) Una sustancia pura compuesta tiene un solo tipo de moléculas.

n) Las sustancias puras no pueden tener átomos diferentes.

o) Todas las soluciones conducen la corriente eléctrica.

p) La solubilidad de un soluto en un solvente es la concentración de la solución saturada a una cierta temperatura.

q) Las sustancias simples pueden fraccionarse por destilación.

r) Las soluciones pueden fraccionarse en sustancias puras mediante métodos de separación de fases.

s) Una sustancia pura compuesta tiene dos o más tipos de átomos

t) Los sistemas homogéneos líquidos están formados por un solo componente.

u) Los sistemas heterogéneos formado por un solo componente, no presentan superficie de discontinuidad (interfase)

v) Los sistemas homogéneos se presentan en un estado de agregación definido.

w) La superficie de discontinuidad separa dos sistemas heterogéneos.

x) La densidad de 100 g de agua es menor que la de 500 g de agua.

y) Los métodos de fraccionamiento permiten obtener dos o más sistemas homogéneos de un sistema heterogéneo.

z) Si se calienta una determinada cantidad de un líquido, su volumen aumenta y en consecuencia aumenta la masa

26) Las siguientes propiedades han sido determinadas para un trozo de hierro. Indicar cuáles son intensivas y cuales extensivas:

a) Masa: 40 g

b) Color: grisáceo brillante

c) Punto de fusión: 1.535°C

d) Volumen: 5,13 cm3

e) Insoluble en agua

f) Peso específico: 7,8 g/cm3

27) Se vierte en un recipiente tres sustancias X, Y Z. Las sustancias X e Y forman una solución, con lo que se tiene un sistema material homogéneo que luego de dejarlo reposar queda como muestra la figura, con esto podemos afirmar:

a) la sustancia Z es más densa que la solución formada por X e Y.

b) la sustancia Z es menos densa que la solución formada por X e Y.

c) la sustancia Z y la solución de X e Y tienen la misma densidad

d) sí X e Y son líquidos, la sustancia Z es un gas

28) En un intento por caracterizar una sustancia, un químico hace las siguientes observaciones: la sustancia es un metal lustroso color blanco plateado que se funde a 649°C e hierve a 1.105°C; se densidad a 20°C es de 1,738 g/cm3. La sustancia arde en aire, produciendo una luz blanca intensa, y reacciona con cloro para producir un sólido blanco quebradizo. La sustancia se puede golpear hasta convertirla en láminas delgadas o estirarse para formar alambres y es buena conductora de la electricidad. ¿Cuáles de estas características son propiedades físicas y cuáles químicas?


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29) Se enciende un fósforo y se sostiene bajo un trozo de metal frío. Para las observaciones detalladas más abajo, diga ¿Cuáles de estos procesos se deben a cambios físicos y cuáles a cambios químicos?:

a) el fósforo arde

b) el metal se calienta

c) se condensa agua en el metal

d) se deposita hollín (carbono) en el metal


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Capítulo 2: Los Números en Química

Medidas y Magnitudes. Sistema Internacional de Unidades. Notación Científica.

Medidas

En ciencias usamos las medidas para comprender el mundo que nos rodea. Los científicos miden las cantidades de los materiales que conforman todo nuestro universo. Al aprender acerca de la medición se desarrollan habilidades para resolver problemas y trabajar con números en química. Los profesionales tienen que tomar decisiones a partir de datos. Esto implica realizar mediciones precisas de longitud, volumen, masa, temperatura y tiempo.

Un valor de medición se compone de tres partes

1) La cantidad numérica

2) La unidad

3) El nombre de la sustancia

Sistema Internacional de Unidades

El sistema internacional de unidades, SI, es el sistema coherente de unidades adoptado y recomendado por la Conferencia General de Pesas y Medidas.

El sistema métrico es usado por científicos y profesionales en todo el mundo. En 1960, los científicos adoptaron una modificación del sistema métrico llamada Sistema Internacional de Unidades, SI, para uniformar las unidades de todo el mundo. Este sistema se basa en el sistema decimal.

Un sistema se construye a partir de ciertas unidades llamadas fundamentales o básicas, cada una de ellas representa una magnitud física susceptible de ser medida. Son ejemplos de unidades básicas: longitud, masa, temperatura, tiempo.

Las unidades que se obtienen por combinación de una o más unidades básicas se denominan unidades derivadas, como, por ejemplo: área, volumen, densidad, velocidad, aceleración,

Magnitud Física Básica Unidad Básica (Fundamental) Símbolo de la Unidad

Longitud metro m

Masa kilogramo kg

Tiempo segundo s

Intensidad de corriente eléctrica ampere A

Temperatura termodinámica kelvin K

Cantidad de sustancia mol mol

Intensidad luminosa candela cd

Unidad de longitud: metro (m)

El metro es la longitud de trayecto recorrido en el vacío por la luz durante un tiempo de 1/299.792.458 de segundo.

Unidad de masa El kilogramo (kg) es igual a la masa del prototipo internacional del kilogramo


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Unidad de tiempo El segundo (s) es la duración de 9.192.631.770 períodos de la radiación correspondiente a la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio 133.

Unidad de intensidad de corriente eléctrica

El ampere (A) es la intensidad de una corriente constante que, manteniéndose en dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección circular despreciable y situados a una distancia de un metro uno de otro en el vacío, produciría una fuerza igual a 2·10-7 newton por metro de longitud.

Unidad de temperatura termodinámica

El kelvin (K), unidad de temperatura termodinámica, es la fracción 1/273,16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua.

Observación: Además de la temperatura termodinámica (símbolo T) expresada en kelvin, se utiliza también la temperatura Celsius (símbolo t) definida por la ecuación t = T - T0 donde T0 = 273,15 K por definición.

Unidad de cantidad de sustancia

El mol (mol) es la cantidad de sustancia de un sistema que contiene tantas entidades elementales como átomos hay en 0,012 kilogramos de carbono 12.

Cuando se emplee el mol, deben especificarse las unidades elementales, que pueden ser átomos, moléculas, iones, electrones u otras partículas o grupos especificados de tales partículas.

Unidad de intensidad luminosa

La candela (cd) es la unidad luminosa, en una dirección dada, de una fuente que emite una radiación monocromática de frecuencia 540·1012 Hertz y cuya intensidad energética en dicha dirección es 1/683 watt por estereorradián.

Unidades SI derivadas

Las unidades SI derivadas se definen de forma que sean coherentes con las unidades básicas y suplementarias, es decir, se definen por expresiones algebraicas bajo la forma de productos de potencias de las unidades SI básicas y/o suplementarias con un factor numérico igual 1.

Varias de estas unidades SI derivadas se expresan simplemente a partir de las unidades SI básicas y suplementarias. Otras han recibido un nombre especial y un símbolo particular.

Si una unidad SI derivada puede expresarse de varias formas equivalentes utilizando, bien nombres de unidades básicas y suplementarias, o bien nombres especiales de otras unidades SI derivadas, se admite el empleo preferencial de ciertas combinaciones o de ciertos nombres especiales, con el fin de facilitar la distinción entre magnitudes que tengan las mismas dimensiones. Por ejemplo, el Hertz se emplea para la frecuencia, con preferencia al segundo a la potencia menos uno, y para el momento de fuerza, se prefiere el newton metro al joule.

Unidades SI derivadas expresadas a partir de unidades básicas y suplementarias. Ejemplos

Magnitud Nombre Símbolo

Área metro cuadrado m2

Volumen metro cúbico m3

Densidad Kilogramo por metro cúbico kg/m3

Concentración Molar Mol por metro cúbico mol/m3

Velocidad metro por segundo m/s


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Aceleración metro por segundo cuadrado m/s2

Número de ondas metro a la potencia menos uno m-1

Energía, Trabajo, Cantidad de calor

Joule J

Velocidad angular radián por segundo rad/s

Aceleración angular radián por segundo cuadrado rad/s2

Para expresar cantidades mayores o menores que las unidades básicas se utilizan prefijos. Por ejemplo, mili significa 1/1000 o 0,001 veces la unidad básica. En la tabla siguiente se muestran los prefijos de uso más común y sus equivalencias.


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Tabla de múltiplos y submúltiplos Prefijos del SI y SIMELA (Ley 19.511)

10n Prefijo Símbolo Escala Corta Escala Larga

Equivalencia Decimal en los Prefijos del SI

Asignación

1024 yotta Y Septillón Cuatrillón 1.000.000.000.000.000.000.000.000 1991

1021 zetta Z Sextillón Mil trillones 1.000.000.000.000.000.000.000 1991

1018 exa E Quintillón Trillón 1.000.000.000.000.000 000 1975

1015 peta P Cuatrillón Mil billones 1.000.000.000.000.000 1975

1012 tera T Trillón Billón 1.000.000.000.000 1960

109 giga G Billón Mil millones (o millardo) 1.000.000.000 1960

106 mega M Millón 1.000.000 1960

103 kilo k Mil 1.000 1795

102 hecto h Centena 100 1795

101 deca da / D Decena 10 1795

100 ninguno Unidad 1

10−1 deci d Décimo 0,1 1795

10−2 centi c Centésimo 0,01 1795

10−3 mili m Milésimo 0,001 1795

10−6 micro µ Millonésimo 0,000 001 1960

10−9 nano n Billonésimo Milmillonésimo 0,000 000 001 1960

10−12 pico p Trillonésimo Billonésimo 0,000 000 000 001 1960

10−15 femto f Cuatrillonésimo Milbillonésimo 0,000 000 000 000 001 1964

10−18 atto a Quintillonésimo Trillonésimo 0,000 000 000 000 000 001 1964

10−21 zepto z Sextillonésimo Miltrillonésimo 0,000 000 000 000 000 000 001 1991

10−24 yocto y Septillonésimo Cuatrillonésimo 0,000 000 000 000 000 000 000 001 1991

http://es.wikipedia.org/wiki/Prefijos_del_SI

http://es.wikipedia.org/wiki/Escalas_num%C3%A9ricas_larga_y_corta

http://es.wikipedia.org/wiki/Escalas_num%C3%A9ricas_larga_y_corta

http://es.wikipedia.org/wiki/Decimal

http://es.wikipedia.org/wiki/Prefijos_del_SI

http://es.wikipedia.org/wiki/Yotta

http://es.wikipedia.org/wiki/Septill%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Cuatrill%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Zetta

http://es.wikipedia.org/wiki/Sextill%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Mil_trillones

http://es.wikipedia.org/wiki/Exa

http://es.wikipedia.org/wiki/Quintill%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Trill%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Peta_(prefijo)

http://es.wikipedia.org/wiki/Cuatrill%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Mil_billones

http://es.wikipedia.org/wiki/Tera_(prefijo)

http://es.wikipedia.org/wiki/Trill%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Bill%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Giga

http://es.wikipedia.org/wiki/Bill%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Millardo

http://es.wikipedia.org/wiki/Mega

http://es.wikipedia.org/wiki/Mill%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Kilo_(prefijo)

http://es.wikipedia.org/wiki/Mil

http://es.wikipedia.org/wiki/Hecto

http://es.wikipedia.org/wiki/Cien

http://es.wikipedia.org/wiki/Deca

http://es.wikipedia.org/wiki/Diez

http://es.wikipedia.org/wiki/Unidad

http://es.wikipedia.org/wiki/Deci

http://es.wikipedia.org/wiki/D%C3%A9cimo

http://es.wikipedia.org/wiki/Centi

http://es.wikipedia.org/wiki/Cent%C3%A9simo

http://es.wikipedia.org/wiki/Mili

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Mil%C3%A9simo&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Micro_(prefijo)

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Millon%C3%A9simo&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Nano_(prefijo)

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Billon%C3%A9simo&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Milmillon%C3%A9simo&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Pico_(prefijo)

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Trillon%C3%A9simo&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Billon%C3%A9simo&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Femto

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Cuatrillon%C3%A9simo&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Milbillon%C3%A9simo&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Atto

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Quintillon%C3%A9simo&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Trillon%C3%A9simo&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Zepto

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Sextillon%C3%A9simo&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Miltrillon%C3%A9simo&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Yocto

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Septillon%C3%A9simo&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Cuatrillon%C3%A9simo&action=edit&redlink=1


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Notación Científica

En química y en ciencias, en general, las mediciones implican nueros que pueden ser muy pequeños o extremadamente grandes. Por ejemplo, el ancho de un cabello humano es de aproximadamente 0,000008 m, la luz viaja a 30.000.000.000 cm/s. Para estas cantidades es conveniente usar la notación científica, expresando los números como potencia de 10.

Un numero escrito en notación científica consta de dos partes: un coeficiente que varía entre 1 y 9 y una potencia en base 10.

Por ejemplo, el número 3.100,0 en notación científica se escribe 3,1.103, donde 3,1 es el coeficiente y 103 muestra la potencia. El coeficiente se determina moviendo la coma tres lugares a la izquierda para dar un número entre 1 y 9, y puesto que movimos el punto decimal tres lugares a la izquierda la potencia de base 10 es un 3 positivo.

Gráficamente: 6.400.000 = 6,4 . 105 = 6,4 x 105

Cuando un número menor que 1 se escribe en notación científica, el exponente de la potencia de base 10 es negativo. Por ejemplo, para escribir el número 0,00073 en notación científica, movemos la coma cuatro lugares hacia la derecha para dar un coeficiente de 7,3, que está entre 1 y 9, y la potencia será 4 negativo, es decir, 7,3.10-4

Gráficamente: 0,0000052 = 5,2 . 10-6 = 5,2 x 10-6

Magnitudes

Magnitudes Básicas

Longitud

Su unidad básica es el metro, m. También se usan el centímetro, cm, el milímetro, mm, el kilómetro, km, que son múltiplos o submúltiplos del metro. Las siguientes son equivalencias muy utilizadas:

1 m = 100 cm = 1.000 mm

1 cm = 10 mm

1 km = 1.000 m

1 angstrom (Å alt143) = 10-10 m = 0,1 nanómetro = 0,1 nm

1 metro (m) = 1010 angstrom (Å)

1 metro (m) = 109 nanómetro = 109 nm

Tiempo

Su unidad básica es el segundo, s. También se una el minuto, min, la hora, h, el día. Estos últimos se relacionan a partir del segundo

1 hora = 1 h = 60 segundos = 60 s

1 día = 24 h = 1.440 min = 86.400 s

1 semana = 7 días


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1 año = 365 días = 52 semanas = 8.760 h = 525.600 min = 31.536.000 s

1 lustro = 5 años

1 década = 10 años

1 siglo = 10 décadas = 100 años

En el caso de mes, si bien es sabido que hay meses con 28, 29 y 31 días, los ejercicios los resolvemos considerando que todos los meses tienen 30 días.

Masa y Peso

Todos los cuerpos están constituidos por materia, y ¿cómo saber si un cuerpo tiene más materia que otro?, es decir, ¿cómo medir la cantidad de materia que hay en un cuerpo? A la cantidad de materia de un cuerpo se la define como masa de un cuerpo.

El peso de un cuerpo, es la fuerza con que la Tierra atrae a un cuerpo y, el valor de esta fuerza depende de la masa del cuerpo. En un ropero de madera hay más materia que en una regla de madera, el ropero pesa más que la regla porque al tener más masa la Tierra atrae al ropero con mayor fuerza.

La masa y el peso de un cuerpo, son propiedades diferentes y son dos magnitudes relacionadas entre sí. Si se comparan las masas de dos cuerpos en el mismo lugar de la Tierra se observa que: “Si las masas de dos cuerpos son iguales, los pesos son iguales. Si un cuerpo tiene más masa que el otro, entonces, el que tiene mayor masa tiene mayor peso” sin lugar a dudas, podemos afirmar que la masa y el peo son dos magnitudes directamente proporcionales.

La unidad básica de masa, en el Sistema Internacional de Unidades, SI, es el kilogramo, kg. También se usan el gramo, g, el miligramo, mg, entre otros.

La masa y la cantidad de materia de un cuerpo, se mantienen constantes en cualquier lugar de la Tierra, mientras que el peso difiere según el lugar donde se encuentre el cuerpo.

Unidades de Masa

Múltiplos y submúltiplos más utilizados del kilogramo

Unidades Símbolo Equivalencias

kilogramo kg 1 kg 100 kg

hectogramo hg 0,1 kg 10-1 kg

decagramo dag 0,01 kg 10-2 kg

gramo g 0,001 kg 10-3 kg

decigramo dg 0,0001 kg 10-4 kg

centigramo cg 0,00001 kg 10-5 kg

miligramo mg 0,000001 kg 10-6 kg


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Mol

Otra unidad básica del SI es mol, que es usada fundamentalmente por los químicos para medir la cantidad de sustancia.

Se define como cantidad de sustancia que contiene tantas partículas como átomos hay en 0,015 g de C12. Las partículas pueden ser átomos, iones, moléculas, electrones. Así, un mol contiene 6,022.1023 partículas, este número tan grande se denomina Número de Avogadro, en honor al físico Italiano Amadeo Avogadro.

1 mol de cualquier sustancia, contiene 6,022.1023 partículas de dicha sustancia.

1 mol de átomos de mercurio tienen una masa de 200,59 g y contiene 6,022.1023 átomos de mercurio.

Temperatura

La unidad básica de temperatura es el kelvin, K, es la unidad de temperatura de la escala creada por William Thomson, Lord Kelvin, en el año 1.848 sobre la base de la escala en grados Celsius, estableciendo el punto cero en el “Cero Absoluto”, -273,15 °C, conservando la misma dimensión.

En otros países también se usa la escala Fahrenheit para dar el pronóstico del tiempo.

Nombre Símbolo Temperatura de Referencia Equivalencia

Escala Celsius °C Punto de congelación del agua, o fusión del hielo, 0°C, y ebullición del agua, 100°C.

( ) ( )

Escala Kelvin K Cero Absoluto, la temperatura más baja posible.

( ) ( )

Escala Fahrenheit °F Punto de congelación de una mezcla anticongelante de agua y sal, a la temperatura del cuerpo humano.

( ) ( )

( ) [ ( ) ]

Desafíos

a) Un amigo extranjero te escribe diciendo que está engripado y que alcanzó una temperatura de 104°F. ¿Debería consultar nuevamente al doctor? ¿Cuántos grados Celsius son?

b) ¿Qué temperatura en grados Celsius hay en Londres si en las noticias dicen que están a 54°F?

c) La temperatura de ebullición del etanol es de 78 °C. ¿Cuál es su temperatura en kelvin?


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d) El gas noble helio, licúa a 4,2 K. Expresa esta temperatura en grados Celsius y en grados Fahrenheit.

e) En las noticias avisan que en EEUU se aproxima una helada y que se pueden alcanzar temperaturas de hasta 10 °F ¿Cuál será la temperatura en grados Celsius?

Magnitudes Derivadas o Compuestas

Área

La unidad básica es el metro cuadrado, m2. También se usa el centímetro cuadrado, cm2, el milímetro cuadrado, mm2, el kilómetro cuadrado, km2, y hectómetro cuadrado, hm2, también denominada hectárea, ha.

1 m2 = 10.000 cm2 = 1.000.000 mm2

1 km2 = 1.000.000 m2

1 ha = 10.000 m2

Unidades de Área - Múltiplos y submúltiplos del metro cuadrado


kilómetro cuadrado km2 1.000.000 m2

hectómetro cuadrado hm2 10.000 m2

decámetro cuadrado dam2 100 m2

metro cuadrado m2 1 m2

decímetro cuadrado dm3 0,01 m2

centímetro cuadrado cm2 0,001 m2

milímetro cuadrado mm2 0,000001 m2

Volumen

Su unidad básica en el SI es el metro cúbico, m3. El volumen es una magnitud muy usada y se define como la cantidad de espacio que ocupa una sustancia. El metro cúbico es el volumen de un cubo cuyos lados miden 1 m de largo. También se usan las unidades decímetro cúbico, dm3, centímetro cúbico, cc3, milímetro cúbico, mm3. Así mismo se utilizan el litro, L, y el mili litro, mL, que son medidas de capacidad.

Puede serte útil:

Unidades de Volumen

Múltiplos y submúltiplos del metro cúbico


kilómetro cúbico km3 1.000.000.000 m3

hectómetro cúbico hm3 1.000.000 m3

decámetro cúbico dam3 1.000 m3

metro cúbico m3 1 m3

decímetro cúbico dm3 0,001 m3

centímetro cúbico cm3 0,000001 m3

milímetro cúbico mm3 0,000000001 m3


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1 m3 = 106 cm3 = 109 mm3

1 m3 = 1.000 L =1 kL

1 L = 1.000 cm3

1 dm3 = 1 L

1 cm3 = 1 mL

Densidad

Como hemos visto anteriormente, la densidad es una característica importante de la materia, es una de sus propiedades intensivas y expresa la relación entre la masa de una sustancia y el volumen que ocupa esa masa. Permite que nos hagamos una idea de cuan compacta es una sustancia

Masa de plomo, agua, corcho, aire e hidrógeno presente en un cubo de 1cm3 de volumen.

Observando la figura se deduce que el corcho tiene una densidad de 0,24 g/cm3, mientras que la densidad del agua es de 1 g/cm3, por lo tanto, es fácilmente comprobable que un corcho flote en agua ya que la densidad del agua es mayor que la del corcho. Por el contrario, el plomo tiene una densidad de 11,34 g/cm3, la cual es mucho mayor que la del agua, por lo que, una esfera de plomo se hundirá en el agua.

Desafío

Observando la siguiente figura y los datos que contiene, ¿cuál es la densidad del cobre, calculada experimentalmente?


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Presión

Su unidad básica es el Pascal, Pa. También se usa la atmósfera, atm, el milímetro de mercurio, mmHg, el hectopascal, hPa y el milibar, mb.

1 atm = 760 mmHg = 101325 Pa = 1013,25 hPa

1 Pascal = 0,01 hectopascal = 0,01 milibar = 10-5 bar = 1 kg/ms2

1 bar = 100 kPa

Desafío

La estación meteorológica indica una presión atmosférica de 998,9 hPa ¿Podría decirse que la presión es alta o baja respecto a la considerada normal?

Desafío

En la siguiente tabla se muestran los datos del pronóstico del clima pronóstico para cinco días. Analizando los datos, ¿podés encontrar alguna relación entre ellos?

Día 1 Día 2 Día 3 Día 4 Día 5

Temperatura máxima (°C) 9 13 17 16 18

Temperatura mínima (°C) 1 4 4 4 3

Viento (km/h) 19 21 25 45 32

Presión atmosférica (Hpa) 1023 1017 1011 1004 1002

Factores de conversión

Muchos problemas en química requieren un cambio de unidades. Para realizar esto debemos escribir la equivalencia en forma de una fracción llamada factor de conversión. Una de las cantidades es el numerador y la otra es el denominador y hay que asegurarse de incluir las unidades cuando se escriban los factores de conversión.

El factor de conversión es la relación entre la nueva unidad y la unidad original

Para convertir unidades se debe multiplicar la cantidad conocida y sus unidades por uno o más factores de conversión.


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Si empleas dos horas en realizar tu tarea, ¿en cuántos minutos realizas la tarea?

Resolución:

Respuesta: tardo 120 min en realizar mi tarea

Recomendaciones para la resolución de problemas con factores de conversión:

1) Buscar la unidad dada y la unidad deseada.

2) Decidir el plan de unidades y plantear el factor de conversión.

3) Plantear el problema y resolverlo.

La cantidad recomendada de sodio en la dieta es de 2400 mg. ¿A cuántos gramos de sodio equivale esta cantidad?

1) Unidad dada: mg; Unidad deseada: g

2) Ambas son unidades del sistema métrico/SI y los factores de conversión son: 1g/1000mg y 1000mg/1g.

3)

Respuesta: Equivale a 2,4 g de sodio

Ejercitación

1) Completa el siguiente cuadro realizando las conversiones de unidades según corresponda.

1,55 kg _______ g ________ mg

692,52 g ______ kg _______ mg

_______ cm 2.896 mm _______ m

________ dm3 ______ L 981 cm3

_______ mL 0,127 L _______ cm3

_______0,086 cm _______ mm _______ m

______ cm3 ______ L 15,8 mL

_______ K -173,15 °C __________ °F

1.795,9 K ________ °C __________ °F

2) Señala la respuesta correcta

a) El ancho de una hoja de papel de impresora (A4) tiene alrededor de:

i) 22 m

ii) 22dm

iii) 22cm

iv) 22mm

b) El grosor del alambre de un clip para papeles es aproximadamente:

i) 1 mm

ii) 10 mm

iii) 1cm

iv) 10 cm

3) La masa del Sol es aproximadamente 2 .1030 kg. La masa del electrón es aproximadamente 1,6.10-27 kg. ¿Cuántas veces es más másico (“pesado) el Sol que el electrón?


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4) Expresa en notación científica e indica el orden de magnitud:

a) Distancia Tierra – Luna: 384.000 km

b) Distancia Tierra – Sol: 150.000.000 km

c) Distancia Tierra – Neptuno: 4.308.000.000 km

d) Longitud del Virus de la gripe: 0,0000000022 m

e) Radio de un protón: 0,00000000005 m

f) Masa de una bacteria: 0,0000000001g

g) El radio del Universo Observable 2,5. 1010 años luz (Año luz distancia en km que recorre la luz del Sol en 1 año, busca vos mismo este dato)

5) Usando los números calculados en el ejercicio anterior, responde las siguientes preguntas:

a) ¿Cuántas veces está la Tierra más lejos del Sol que de la Luna?

b) ¿Cuántos protones tendrías que poner uno al lado del otro para que midan lo mismo que el virus de la gripe?

c) ¿Cuántos viajes de la Tierra a Neptuno hay que hacer para recorrer tanta distancia como el radio del Universo Observable?

d) ¿Cuántos virus de la gripe podemos poner en fila desde la Tierra hasta la Luna?

6) La edad del Sol es de aproximadamente 5.109 años, sin embargo, hay cuerpos que pueden tener hasta cuatro veces la edad del Sol. ¿Cuál es la edad de estos cuerpos?

7) ¿Cuánto tiempo, medido en segundos, ha transcurrido desde el nacimiento del Sol?

8) Se calcula que en la Vía Láctea hay aproximadamente 1,2.1011 estrellas. ¿Cuántos años te tomaría contar todas esas estrellas, si cuentas una por segundo?

9) La biblioteca del Congreso tiene aproximadamente 59 millones de libros. Si cada libro tiene en promedio 270 páginas, ¿cuántas páginas habrá en total en la Biblioteca del Congreso?

10) La vainilla se utiliza como saborizante y tiene un olor característico que es detectado por los seres humanos en pequeñísimas cantidades, siendo la cantidad mínima de vainilla detectable por la nariz humana de 2,0.10-11 g por litro de aire. Considerando que 50 g de este aroma tienen un costo de $112, ¿Cuánto deberá pagarse por la vainilla necesaria para que el aroma se pueda detectar en un hangar para aviones, cuyo volumen es de 5.104 m3?

11) En la siguiente tabla se muestran datos de distintos cuerpos, la masa (m), el volumen (v) o

la densidad (); indica cuales de las afirmaciones son correctas y cuáles no, Justifica tu respuesta.

a) Los cuerpos 3 y 4 tienen la misma masa por lo tanto la misma densidad.

b) Los cuerpos 1 y 3 son del mismo material.

c) La densidad del cuerpo 1 es cuatro veces menor que la del cuerpo 3.

d) Los cuerpos 3 y 4 tienen la misma masa y por lo tanto igual densidad.

e) Si el cuerpo 4 tuviese el mismo volumen que el 1 su masa sería 16 g.

f) Los cuerpos 1 y 4 tienen el mismo volumen y por lo tanto la densidad es la misma también.

g) Los cuerpos 3 y 4 pueden ser del mismo material.

h) Los cuerpos 1 y 4 pueden ser del mismo material.

i) Los cuerpos 1 y 2 tienen la misma masa.

j) Los cuerpos 5 y 6 deben ser de materiales diferentes.

12) Una muestra de tetracloruro de carbono, un líquido que se solía usar para el lavado en seco en las tintorerías, tiene una masa de 39,73 g y un volumen de 25,0 mL a 25°C. Calcula su densidad a esta temperatura. ¿El tetracloruro de carbono flota en agua?

Cuerpo Dato 1 Dato 2

1 m: 16 g V: 4 mL

2 : 8 g/cm3 V: 2cm3

3 m: 12 g V: 4 cm3

4 m: 12 g : 4 g/mL

5 m: 5 kg V: 1.850 mL

6 m: 3.000 g V: 1.120 mL


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30) La densidad del metal titanio es de 4,51 g/cm3 a 25°C ¿Qué masa de titanio desplaza 65,8 mL de agua a 25°C

31) Una persona encontró una mina con sustancias cristalinas parecidas a los diamantes, deseando saber, si efectivamente había encontrado diamantes realizó una prueba. Colocó una probeta de un litro con agua hasta un volumen de 200 mililitros, después sumergió una de las piedras que previamente había pesado, y cuya masa era de: 70,2 g. Observó que el volumen aumentó a 220 mililitros y se hizo la siguiente pregunta. ¿Serán diamantes?

32) Al haberse desprendido la etiqueta de un frasco que contiene un líquido transparente, el cual se piensa es benceno, un químico mide su densidad. Una porción de 25,0 mL del líquido tuvo una masa de 21,95 g. Si la densidad informada para el benceno es de 0,8787 g/mL ¿la densidad calculada concuerda con el valor tabulado?

33) Un experimento requiere 15,0 g ciclohexano, cuya densidad es de 0,7781 g/mL ¿qué volumen de ciclohexano debe usarse?

34) Una esfera de plomo tiene 5,0 cm de diámetro. ¿Qué masa tiene la esfera si la densidad del plomo es de 11,34 g/cm3

35) El oro puede martillarse hasta formar láminas extremadamente delgadas llamadas pan de oro. Si un trozo de 1,00 g de oro (densidad 19,2 g/cm3) se martillea hasta formar una lámina que mide 24,0 x 15,8 cm, calcule el espesor de la lámina en metros. ¿Cómo podría expresarse el espesor sin notación exponencial, empleando un prefijo métrico apropiado?


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Capítulo 3:

Elementos y símbolos químicos. Tabla periódica. Átomos y moléculas.

Elementos, símbolos químicos y Tabla Periódica

Anteriormente aprendimos que los elementos son las sustancias de las que está hecha la materia. Muchos de los elementos tomaron nombres de planetas, lugares geográficos, figuras mitológicas, etc. y existen símbolos químicos que identifican a los elementos y que son abreviaturas que constan de una, dos o tres letras. Sólo la primera letra del símbolo de un elemento se escribe en mayúscula; la segunda y tercera si la hubiera se escriben en minúscula.

Nombre del Elemento

Símbolo Químico

Nombre del Elemento

Símbolo Químico

Nombre del Elemento

Símbolo Químico

Potasio K Litio Li Ununnilio Uun

Carbono C Cloro Cl Unumbio Uub

A medida que se fueron descubriendo más y más elementos químicos, fue necesario organizarlos con algún tipo de sistema de clasificación. A finales del siglo XIX, los científicos reconocieron que ciertos elementos se parecían y comportaban en forma muy similar. En 1872, un químico ruso, D. Mendeleiev, ordenó los 60 elementos conocidos en la época, en grupos con propiedades similares y los colocó en orden de masa atómica creciente. Actualmente, este ordenamiento de más de 110 elementos basado en el número atómico creciente se conoce como tabla periódica. La tabla periódica ofrece una gran cantidad de información acerca de los elementos. Describe la estructura atómica de todos los elementos que son conocidos por el ser humano. Por ejemplo, observándola, una persona puede averiguar cuántos electrones tiene un elemento, cuál es su masa, sus propiedades, cómo se comporta, de qué forma se une a otros elementos, etc. Cada elemento dispone de su propia información y ninguno es igual a otro. La tabla periódica agrupa los elementos en familias o grupos (columnas) y períodos (filas). Los elementos de cada familia tienen características similares, por lo tanto, la tabla es una referencia rápida para saber qué elementos pueden comportarse químicamente de forma similar o cuáles tienen una masa y una estructura atómica similares.

Períodos y Grupos

Cada hilera horizontal en la tabla se llama período y se numera de manera creciente de arriba hacia abajo, desde 1 hasta 7. Cada columna en la tabla periódica se denomina grupo y contiene una familia de elementos que tienen propiedades similares. Se numeran de manera creciente de izquierda a derecha. Los elementos de las dos primeras columnas de la izquierda y las últimas seis de la derecha constituyen los elementos representativos o elementos de los grupos principales los cuales durante muchos años se les ha asignado los números 1A – 8A.

En el centro de la tabla periódica hay un bloque de elementos conocidos como elementos de transición que se los designa con la letra B. Un sistema de numeración más moderna asigna a los grupos los números de 1 a 18 a lo ancho de toda la tabla periódica. Muchos grupos de la tabla periódica reciben nombres especiales: el grupo 1 (o 1A), metales alcalinos (Li Na, K, etc.); los de grupo 17 (o 7A) son los halógenos (F, Cl, Br, I, At) y los de grupo 18 (o 8A) gases nobles (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn).

Metales, no metales, metaloides


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La tabla periódica posee una línea gruesa en zig-zag, que separa los elementos en metales y no metales. Los de la izquierda de la línea son los metales, a excepción del hidrógeno, y los no metales son los de la derecha.

En general la mayoría de los metales son sólidos brillantes, dúctiles, buenos conductores del calor y la electricidad. El carácter metálico de los elementos aumenta hacia la izquierda y hacia abajo en la tabla periódica. Los no metales no son brillantes ni maleables ni dúctiles y no conducen ni el calor ni la electricidad. Por lo general tienen puntos de fusión bajos y muchos son gaseosos a temperatura ambiente. Los metaloides son elementos que muestran propiedades típicas tanto de los metales como de los no metales. Son mejores conductores del calor y la electricidad que los no metales, pero no tanto como los metales. En la tabla periódica, los metaloides (B, Si, Ge, As, Sb, Te, Po y At) se ubican en la línea gruesa que separa los metales de los no metales. En la siguiente tabla se pueden observar, a modo de ejemplo, las propiedades de un metal, un no metal y un metaloide.

Átomos, iones y moléculas

El átomo Todos los elementos de la tabla periódica están hechos de pequeñas partículas llamadas átomos. Un átomo es la partícula más pequeña de un elemento que tiene las características de éste.

Plata - Ag Antimonio - Sb Azufre - S

Metal Metaloide No metal

Brillante Azul-grisáceo, brillante Opaco, amarillo

Extremadamente dúctil Quebradizo Quebradizo

Buen conductor del calor

y la electricidad

Pobre conductor del calor

y la electricidad

Pobre conductor del calor

y la electricidad

Punto de fusión 962 °C Punto de fusión 630 °C Punto de fusión 113 °C

El concepto de átomo es relativamente reciente. Aunque los filósofos griegos en el año 500 AC razonaron que todo debía contener partículas minúsculas, que también llamaron átomos, esta idea se convirtió en teoría científica en 1808 cuando John Dalton desarrolló la teoría atómica, que proponía que todo elemento está conformado por pequeñas partículas llamadas átomos y que estos se combinan para formar compuestos. La teoría atómica de Dalton constituyó la base de la actual teoría atómica. Dalton pensaba a los átomos como indestructibles, ahora sabemos que los están constituidos por partículas más pequeñas (subatómicas). Sin embargo, un átomo sigue siendo la partícula más pequeña que conserva las propiedades de un elemento.

El tamaño del átomo está determinado por el radio atómico que es la mitad de la distancia entre los núcleos de dos átomos idénticos adyacentes. Normalmente se utilizan dos unidades para medir el radio atómico: el Ångström (Å) que equivale a 10-10 m y el picómetro (pm) que equivale a 10-12 m. El radio atómico es una propiedad periódica. En un período los átomos situados a la izquierda de la tabla periódica son más pequeños que los que se ubican a la derecha de la tabla periódica; en los grupos, los elementos que se ubican en la parte superior tienen menor radio que los que se encuentran en la parte más baja del grupo.

Moléculas Cada molécula es un conjunto de átomos y para poder describirlas se emplean las

fórmulas químicas. En cada fórmula química se escriben los símbolos de los elementos que la


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forman y mediante un sub índice se indica la cantidad de átomos, de cada tipo, que componen la molécula.

Cuando la molécula contiene un

mismo tipo de átomo, es decir, el mismo elemento, se denomina sustancia simple y cuando contiene átomos distintos se llaman sustancia compuesta. Como puede verse en el dibujo del ejemplo anterior, la molécula de agua es una sustancia compuesta, mientras que la molécula de nitrógeno es una sustancia simple.

Atomicidad

Se llama atomicidad al subíndice colocado debajo de cada átomo en una molécula para indicar la cantidad de átomos que posee; si ese número es 1, se puede omite.

Por ejemplo: En una sustancia compuesta como el ácido sulfúrico, H2SO4, los subíndices indican que la molécula está formada por 2 átomos de hidrógeno, 1 átomo de azufre y 4 de oxígeno. En una sustancia simple como el fósforo, P4, el subíndice indica que la molécula tiene atomicidad 4, o sea que está formada por 4 átomos de fósforo.

Algunos elementos muy importantes, como el oxígeno, el hidrógeno, el nitrógeno y los halógenos (flúor, cloro, bromo y yodo) se encuentran en la naturaleza en forma biatómica. Es decir, su unidad constituyente es una molécula formada por dos átomos idénticos. Salvo que se indique lo contrario, este hecho debe ser tenido en cuenta siempre que se realicen cálculos con estas sustancias.

Estructura del átomo

Desde comienzos del siglo XX, diversos experimentos fueron indicando que los átomos contienen partículas más pequeñas denominadas partículas subatómicas. Estas partículas son los protones, los neutrones y los electrones. Los protones poseen carga positiva (+), los electrones carga negativa (-) y los neutrones no tienen carga.

Hoy sabemos que protones y neutrones están compuestos por partículas más pequeñas llamadas quark.

Partícula Símbolo Carga Masa en gramos

electrón e -1 9,110 x 10-28

protón P +1 1,673 x 10-24

neutrón n 0 1,675 x 10-24


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El átomo posee un núcleo, donde se localizan los protones y los neutrones que son las partículas subatómicas de mayor masa. En el núcleo se concentra prácticamente toda la masa del átomo. El núcleo de un átomo tiene un diámetro de aproximadamente 1 x 10-14 m, esto es, un tamaño aproximadamente 10.000 veces menor que el tamaño atómico. Los electrones se encuentran en la parte exterior del átomo, rodeando al núcleo, y se mueven en regiones definidas del espacio llamadas orbitales; los electrones son 1838 veces más livianos que los protones.

Todos los átomos de un mismo elemento tienen el mismo número de protones. El número de protones que posee un átomo se denomina número atómico, Z, y se usa para identificar a cada elemento. Dado que los átomos son eléctricamente neutros, el número de protones es igual al número de electrones, Z=p.

Por ejemplo, en el caso del H, hidrógeno, Z = 1, se deduce que un átomo de H posee un electrón. Un átomo de Au (oro) con Z = 79, tiene 79 electrones alrededor de su núcleo. A veces se escribe el número atómico de un elemento como subíndice, a la izquierda del símbolo químico correspondiente, Por ejemplo: 1H y 79Au.

Por otro lado, el número de protones y el número de neutrones determinan la masa del núcleo, por lo tanto, para cualquier átomo el número de masa o número másico, A, es la suma del número de protones y el número de neutrones.

Por lo tanto:

En general cualquier elemento X se indica:

El número Z se lee directamente de tu tabla periódica.

El número A, se estima redondeando a número entero la masa atómica.

El valor de n tendrás que calcularlo.

Por ejemplo, para el caso del oro, Au:

Z=79, lo leemos de la tabla periódica

La masa atómica es de 196,967; aproximando al número entero más cercano: A =197

n=118


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A modo de ejemplo, en la tabla siguiente se esquematizan los conceptos vistos. Se aconseja analizarla con la tabla periódica en la mano.

Elemento Símbolo Número Atómico

Número Másico

Nro. de protones

Nro. de neutrones

Nro. de electrones

Hidrógeno H 1 1 1 0 1

Nitrógeno N 7 14 7 7 7

Cloro Cl 17 37 17 20 17

Hierro Fe 26 56 26 30 26

Oro Au 79 179 79 118 79

Para pensar y Responder

Indica el número de protones, neutrones y electrones del boro

Solución: El número atómico es 5, de modo que posee 5 protones. El número másico es 11, por lo que el número de neutrones es 11 - 5 = 6. El número de electrones es igual al de protones, o sea 5, ya que el átomo es neutro.

Desafío

Un átomo posee 11 electrones y 12 neutrones. ¿Con estos dos datos, podrías indicar el número atómico y el número másico del elemento? ¿De qué átomo se trata?

Niveles energéticos del átomo

La mayor parte del volumen de un átomo es espacio vacío en donde los electrones se mueven, lo que significa que poseen energía. Se podría pensar que los electrones se mueven con total libertad, con la misma energía. De acuerdo a la teoría atómica, los electrones se distribuyen alrededor del núcleo del átomo, solo en algunas regiones a las que se las denomina niveles energéticos que, a su vez, constituyen el número cuántico principal de un electrón y se lo designa con la letra n.

Los niveles de energía de un átomo se pueden pensar como los distintos escalones de una escalera. A medida que subes o bajas la escalera, debes pasar de un escalón a otro, y no puedes detenerte en un nivel entre los mismos. En los átomos sólo hay electrones en los niveles energéticos disponibles y la energía total (tanto cinética como potencial) de un electrón cambia conforme se mueve de un nivel a otro dentro del átomo. El número máximo de electrones permitidos en cada nivel energético está dado por 2n2, donde n representa al número cuántico principal que indica el nivel de energía. El número cuántico n toma valores enteros positivos comenzando desde n = 1. En la siguiente tabla se puede visualizar el número máximo de electrones en cada nivel energético:

Nivel principal de energía

Número máximo total

de electrones (2n2)

n= 1 2

n=2 8

n=3 18

n=4 32

Principio de mínima energía

Los electrones se ubican en los orbitales de un átomo de tal manera que les corresponda el menor valor de energía posible.


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Un orbital atómico, es una zona del espacio donde hay una gran probabilidad, casi mayor del 90%, de encontrar al electrón, y se los designa con las letras s, p, d, f, etc.

Así los electrones de un átomo se identifican con el número cuántico principal n y el tipo de orbital en el que es altamente probable encontrarlo.

La secuencia de llenado de los subniveles, según su energía creciente es:

1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p, 6f, 7d, 7f

Se debe señalar que el subnivel 4s posee menos energía que el 3d, y el 5s menos que el 4d; como los orbitales se llenan de acuerdo con estados de energía crecientes, estas alteraciones se deben tener en cuenta para escribir correctamente la configuración electrónica de los distintos elementos. El diagrama de Möller es una regla nemotécnica que permite conocer esta ordenación energética.

Configuraciones electrónicas de los elementos

Se llama configuración electrónica de un elemento a la expresión simbólica de la distribución de los electrones en niveles y subniveles. Se simboliza con:

1) Un número que es el Número Cuántico Principal e indica el nivel de energía del electrón. 2) Una letra que representa el Número Cuántico Secundario e indica el subnivel (s, p, d, f), el

orbital donde se encuentra el electrón. 3) Un superíndice que indica el número de electrones en el subnivel (en cada orbital). 4) La suma de todos los superíndices indica la cantidad total de electrones.

A modo de ejemplo podemos ver el átomo de Zinc. El Zn tiene número atómico 30 y su configuración electrónica es: 1s22s22p63s23p64s23d10 Esta notación puede abreviarse colocando entre paréntesis el gas noble anterior al elemento de la siguiente manera: [Ar]4s23d10

Dadas las siguientes configuraciones electrónicas:

A: 1s22s22p63s23p4 B: 1s22s2 C: 1s22s22p6

Indica razonadamente el grupo y el período en los que se hallan A, B y C.

Solución


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La suma de todos los exponentes indica el número total de electrones, por lo tanto, para el átomo neutro, sumando los electrones sabría cuál es el número atómico del elemento y por ende su ubicación en la tabla periódica. A tiene 16 electrones, por lo tanto, Z = 16, es decir, se trata del elemento azufre que se encuentra en el grupo 16 (VIA) y en el período 3

Desafío

¿Te animás con B y con C?

Electrones de valencia:

Las propiedades químicas de los elementos representativos se deben, principalmente a los electrones de valencia, que son los electrones que se encuentran en los niveles energéticos externos. Estos son los electrones que intervienen en los enlaces químicos. Por ejemplo, el sodio, Na, al pertenecer al grupo IA, posee un único electrón de valencia y, por lo tanto, puede aportar un sólo electrón al formar enlaces.

Los elementos representativos de un mismo grupo de la tabla periódica tienen igual número de electrones de valencia. Por ejemplo, el oxígeno (O) y el azufre (S) pertenecen al grupo VIA y ambos tienen 6 electrones de valencia

Desafío

Cuatro elementos A, B, C y D tienen números atómicos 6, 9,13 y 19 respectivamente.

a) Indica el grupo y el período al que pertenecen.

b) Indica el número de electrones de valencia que tendrá cada uno.

c) Clasifícalos como metales o no metales

d) ¿Cuántos protones y electrones tendrá cada uno?

e) ¿Qué dato necesitarías para calcular el número de neutrones de cada elemento?

f) Busca en la tabla periódica la configuración electrónica de cada uno de ellos.

Energía de ionización. Iones y compuestos iónicos

Los electrones se mantienen en los átomos por la atracción que el núcleo ejerce sobre ellos y, por lo tanto, se requiere energía para remover un electrón de un átomo.

La energía necesaria para remover el electrón más débilmente unido a un átomo en el estado gaseoso se denomina energía de ionización y al proceso se lo denomina ionización. Cuando un átomo de un elemento en el estado gaseoso pierde un electrón se forma una partícula llamada ión que posee una carga positiva (+).

( )

Un ión con carga positiva se denomina catión y se forma cuando el átomo pierde un

electrón, por ejemplo: Na+.

Un ión con carga negativa se denomina anión y se forma cuando el átomo gana un

electrón, por ejemplo: Cl-.

La energía de ionización, por lo general, disminuye al bajar por un grupo de la tabla periódica. Al avanzar a través de un período de izquierda a derecha la energía de ionización aumenta. En general la energía de ionización es baja para los metales y alta para los no metales.


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En el período 1, los electrones de valencia están cerca del núcleo y fuertemente unidos, por lo tanto, H y He tienen energías de ionización altas porque se requiere una gran cantidad de energía para remover un electrón. Las altas energías de ionización de los gases nobles indican que sus configuraciones electrónicas son especialmente estables.

Los iones tienen un determinado radio iónico. El radio iónico de un catión es menor que el radio del átomo neutro del que proviene y el radio de un anión es mayor. En la figura se pueden observar estas afirmaciones. Además, el radio iónico sigue la misma tendencia que el radio atómico en la tabla periódica.

Además de los iones sencillos como Li+ o el F

-, existen iones poliatómicos como NO3

-

(ión nitrato) y SO42- (ión sulfato). Estos iones consisten en átomos unidos igual que en una

molécula, pero tienen carga neta positiva o negativa.

La siguiente tabla muestra cómo se calcula el número de electrones y neutrones de un ión, en comparación con el cálculo para átomos neutros:

Átomo Protones Electrones Neutrones

6 6 12 - 6 = 6

79 79 197 – 79 = 118

92 92 238 – 92 = 146

8 8 + 2 = 10 16 – 8 = 8

13 13 – 3 = 10 27 – 13 = 14

Isótopos

Hemos visto que los átomos del mismo elemento tienen el mismo número de protones y electrones. Sin embargo, los átomos de algún elemento no son completamente idénticos porque pueden tener distinto número de neutrones. Así surgen los isótopos, que son átomos del mismo elemento que poseen distinto número de neutrones. Para diferenciar a los diferentes isótopos se coloca el número másico A como superíndice a la izquierda del símbolo químico. Por ejemplo, todos los átomos del elemento magnesio (Mg) tienen 12 protones, pero algunos de estos átomos tienen 12 neutrones y otros 13 e incluso 14 neutrones. Estas diferencias hacen que sus masas sean diferentes, pero no su comportamiento químico. Los tres isótopos


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del Mg tienen igual número atómico pero distinto número másico. Se los representa como: 24Mg, 25Mg, 26Mg. En el caso del H, sus tres isótopos reciben nombres especiales:

El número atómico de los tres isótopos es 1 y:

posee 1 protón y ningún neutrón.

posee 1 protón y 1 neutrón.

posee 1 protón y 2 neutrones.

Para Pensar y Resolver

¿cuántos neutrones tendrán los isótopos del neón: 20Ne, 21 Ne y 22Ne, ¿sabiendo que en su núcleo hay 10 protones y que n= A-Z?

Desafío

Los números de masa de los isótopos del criptón (Kr) son 78, 80, 82, 83, 84 y 86. ¿Cuántos neutrones hay en el núcleo de cada uno de ellos? (Usa la tabla periódica)

Desafío

Una forma de estudiar la evolución de la Tierra como planeta es midiendo las cantidades de ciertos núclidos (isótopos) en las rocas. Una cantidad que se ha medido recientemente es la relación 129Xe/130Xe en algunos minerales. ¿En qué

difieren estos dos núclidos y en qué aspectos son iguales?

Masa Atómica

La Masa Atómica Absoluta es la masa real, es la masa de un átomo expresada en gramos. Su valor oscila entre 1x10-22 y 1x10-24 gramos.

No existe en la actualidad balanza que permita apreciar esa masa, por eso en la práctica se comparan las masas de los átomos con una masa patrón.

Isótopo = 12,00000 uma

Unidad de masa atómica: la doceava parte de la masa fijada para el isótopo 12 del Carbono, 1 uma = 1,66 · 10–24 g = 1,66 · 10–27 kg

La masa de todos los átomos de los diferentes elementos queda expresada en relación a la uma:

1 átomo de hidrógeno = 1,0080 uma ≈ 1 uma,

1 átomo de oxígeno = 15,995 uma ≈ 16 uma

Se define la uma (unidad de masa atómica) como un doceavo de la masa de un átomo de carbono 12 (12C), por lo que el átomo de C tiene una masa de exactamente 12 uma.


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La Masa Atómica Relativa

Es un número adimensional que expresa la relación existente entre la masa de un elemento dado y la unidad de masa atómica (uma)

Es un número relativo que indica cuánta más masa tiene el átomo de ese elemento a la uma.

Masa atómica relativa del Oxígeno: 15,9994 /1 = 15,9994

Masa atómica de un elemento (Masa atómica e Isótopos)

Ahora podemos definir lo que se conoce como masa atómica de un elemento, que es la masa promedio de todos los isótopos de dicho elemento que ocurren en la naturaleza, con base en la abundancia y la masa de cada isótopo.

Este número es el que aparece debajo del símbolo en la tabla periódica y su unidad es uma.

Podemos calcular la masa atómica relativa promedio de un elemento, si sabemos la masa y también la abundancia relativa de cada isótopo.

∑ ( )

es el porcentaje de abundancia en la naturaleza del isótopo de masa m y

∑ es la sumatoria que comprende a todos los isótopos estables del elemento considerado.

Es la masa que figura en la Tabla Periódica de los elementos.

Veamos cómo se Calcula

Tomemos como ejemplo al elemento Cloro.

Isótopos del Cloro Masa atómica relativa Abundancia (%)

34,962 75,4

36,966 24,6

( ) ( )

Masa Atómica del Cloro= 35,45 uma

En la siguiente tabla se muestran algunos ejemplos:

La masa atómica se usa para convertir una cantidad conocida de átomos a su masa en uma, o bien para saber el número de átomos en una masa específica de un elemento.

Elemento Isótopo Masa atómica (uma)

Litio 6Li, 7Li 6,941

Carbono 12C, 13C, 14C 12,01

Azufre 32S, 33S, 34S, 36S 32,07


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Ejercicio, Veamos cómo se Resuelve

Consigna: Calcula la masa atómica de 10 átomos de azufre

Resolución: La tabla periódica indica que 1 átomo de S tiene una masa atómica de 32,07 uma, por lo tanto:

Respuesta: 10 átomos de S tienen una masa atómica de 320,7 uma

Masa Molecular

Conocida la fórmula de un compuesto es posible establecer la masa molecular sumando las masas atómicas de cada uno de los elementos que integran la fórmula.

Veamos cómo se Resuelve

Consigna: Calcula la masa molecular del ácido sulfúrico, cuya fórmula es H2SO4.

Solución: En la fórmula de este compuesto hay cuatro átomos de oxígeno, uno de azufre y dos de hidrógeno, por lo tanto, se calcula la masa total de cada elemento presente y se suman.

H: 2 átomos x 1,01 uma = 2,02 uma

S: 1 átomo x 32,07 uma = 32,07 uma

O: 4 átomos x 16,00 uma = 64,00 uma

Total = 98,09 uma

La masa molecular del H2SO4 es 98,09 uma

Desafío

a) Halla la masa atómica de los siguientes elementos: Cu, Ni, H, S y Na

b) Calcula la masa molecular de los siguientes compuestos: BeCl2, Al2(SO4)3, C3H8O

El mol

Cuando vas a comprar huevos, te encontrás con cajitas especiales que traen 6 o 12 huevos, o sea, media docena de huevos o una docena de huevos.

Cuando se necesita papel, en hojas A4, por ejemplo, se compra por resmas, y cada resma tiene 500 hojas. Si se elige papel de 80 g/m2, la resma tiene una masa de aproximadamente 2,5 kg.

En la sección anterior, hemos definido la unidad de masa atómica porque los átomos

son extremadamente chiquitos, el átomo , tiene una masa relativa de 1uma lo que equivale a

una masa de 1,66 · 10–24 g, ¿Existe una balanza que permita medir una masa tan pequeñita? Lamentablemente no…

Tanto los huevos como las hojas son palpables, tienen una masa y tamaño que nos permite verlas y medir su masa en nuestra escala, una escala humana, y… ¿cómo hacemos con los átomos y otras partículas pequeñitas que nos es imposible verlas a simple vista ni medirles su masa? Tenemos que buscar la forma de relacionar el micromundo atómico con el macromundo humano.

También es importante tener en cuenta que a estas partículas tan pequeñitas se las denomina Partículas Elementales o Unidades Elementales y entran dentro de esta categoría los átomos, los electrones, los protones, los neutrones, las moléculas, los iones y algunas otras que se estudian en cursos más avanzados.


Taller Q

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En química, las unidades elementales se cuentan por mol.

El “mol” (mol) es la unidad de la magnitud “cantidad de sustancia” de un sistema que

contiene tantas entidades elementales, como átomos hay en 12 gramos de .

¿Cuántos átomos de 12C (por ejemplo) necesitaríamos reunir para que su masa sea, no 12 uma (escala atómica), sino 12 g (escala humana)? Esto es ¿cuántos átomos se necesitan para que su masa sea numéricamente igual a la masa atómica, expresada en gramos?

Desafío

¿Cuántos átomos de 88Sr se necesitan reunir para que su masa sea 88 g?

¿Cuántos átomos de 197Au se necesitan para que su masa sea 197 g?

Reiterando el procedimiento del Desafío anterior, puede comprobarse que se obtiene siempre un resultado idéntico para cualquier átomo o molécula. La cuenta siempre da el mismo resultado. Es decir, si tomamos un número de gramos igual al peso atómico o molecular, lo

expresamos en gramos, nos aseguramos que en esa cantidad tenemos unidades elementales, y a este número se lo denomina, Número de Avogadro.

Desafío

¿Qué tan grande e imaginable es el Número de Avogadro? En el Planeta Tierra hay unos 7.500 millones de

personas, si ponemos a contar átomos a todos los habitantes del Planeta Tierra a razón de 100 átomos por segundo por ser humano. ¿Cuánto

tardarían en contar átomos?


Taller Q

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Masa molar

Para cualquier elemento, la masa molar es la cantidad en gramos igual a la masa atómica de dicho elemento. Por ejemplo, si necesitamos 1 mol de átomos de C, primero encontramos la masa atómica del C en la tabla periódica, que es 12,01, entonces para obtener 1 mol de átomos de C debemos medir en la balanza 12,01 g. Por lo expuesto vemos que la masa molar de un elemento es numéricamente igual a la masa atómica expresada en gramos y la podemos obtener de la tabla periódica.

Un mol de CO2 contiene:

6,022 x 1023 moléculas de CO2

6,022 x 1023 átomos de C

2 x 6,022 x 1023 átomos de O

Un mol de NaCl contiene:

6,022 x 1023 unidades fórmula de NaCl

6,022 x 1023 iones Na+

6,022 x 1023 iones Cl-

Es decir, por ejemplo:

Un átomo de oro tiene una masa de 197 uma, un mol de oro tiene una masa de 197g.

Una molécula de agua tiene una masa de 18,0 uma, un mol de agua tiene una masa de 18,0 g

Es muy importante tener en claro este concepto para no cometer errores en los ejercicios. Para determinar la masa molar de un compuesto, se multiplica la masa molar de cada elemento por su subíndice en la fórmula y se suman los resultados.


Calcula la masa molar del SO3

Solución

La masa molar del SO3 se obtiene de sumar la masa molar de 1 mol de átomos de azufre y la masa molar de 3 veces 1mol de átomos de oxígeno.


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Considera un anillo de plata que tiene una masa de 8 gramos. Calcula

a) Número de átomos en 8 g de plata. b) Número de moles de átomos en 8 g de plata. c) Determina la masa en gramos de un átomo de plata.

Solución

En primer lugar, debemos averiguar la masa atómica de la plata. Buscamos en la Tabla Periódica, la plata (Ag) es el elemento 47 y su masa atómica es 107,87; por lo tanto 1 mol de átomos de Ag = 107,87 g Ag

Con este ejemplo se observa que incluso una muestra relativamente pequeña de materia contiene un número enorme de átomos.

Ahora calculemos la masa de un átomo de plata:

Es decir, 1 átomo de Ag tiene una masa de 0,000000000000000000000179 g.

Como ya lo habíamos comentado, la masa de un átomo es muy pequeña

Los subíndices en una fórmula química son útiles cuando necesitamos determinar la cantidad de alguno de los elementos.


Sabiendo que la fórmula molecular de la aspirina es: C9H8O4, calcula:

a) Número de átomos de C, expresado en mol, contenidos en 1,5 mol de aspirina.

b) Número de átomos totales, expresado en mol, contenidos en la misma cantidad de aspirina.

Solución:

Al observar la fórmula molecular de la aspirina, vemos que contiene 9 átomos de C por molécula, entonces, se puede deducir que en un mol de moléculas de aspirina se encuentran 9 mol de átomos de C, 8 mol de átomos de H y 4 mol de átomos de O, si sumamos todos los átomos de una molécula encontramos que hay 21 átomos por cada molécula de aspirina, o lo que es equivalente, 21 mol de átomos por cada mol de moléculas de aspirina.

a)


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b)

Desafío

Se sabe que 3,01 x 1023 átomos de sodio tienen una masa de 11,5 g. Calcula:

a) la masa de 1 mol de átomos de sodio.

b) la masa atómica del sodio

c) la masa en gramos de un átomo de sodio

Respuesta: a) 23 g, b) 23 uma, c) 3,82 x 10-23g

En cada tabla periódica, el lugar asignado a un elemento es siempre el mismo, puede cambiar el lugar y la cantidad de información que brinda la tabla.

Compara la información que tu Tabla Periódica contiene para el P, Fe y H, compara con la información mostrada en la figura.


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En este link podés encontrar una excelente tabla periódica dinámica https://www.ptable.com/?lang=es

https://www.ptable.com/?lang=es


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Ejercitación

1) Indica el período y grupo de cada uno de los siguientes elementos e identifícalos como representativo o de transición: a) Iodo b) Manganeso

c) Bario d) Oro

2) El estroncio es un elemento que da color rojo brillante a los fuegos artificiales.

a) ¿En qué grupo se encuentra? b) ¿Cuál es el nombre de esta familia química? c) Para el mismo grupo, ¿qué elemento está en el período 3? d) ¿Qué metal alcalino, halógeno y gas noble están en el mismo período que el estroncio?

3) Indica si cada uno de los siguientes elementos es un metal, no metal o metaloide.

a) Carbono b) Arsénico c) Aluminio

d) Oxígeno e) Cloro

4) Calcula el número de masa de un átomo usando la siguiente información:

a) 5 protones y 6 neutrones b) número atómico 48 y 64 neutrones

5) Completa la siguiente tabla:

Nombre del Elemento

Símbolo Número Atómico

Número Másico

Número de Protones

Número de Neutrones

Número de Electrones

N 15

Calcio 42

38 50

14 16

56 138

6) Para cada par de los siguientes elementos: Ar y K, Ca y Sr, K y Cl, indica cuál presenta: a) mayor masa b) menor número atómico

c) mayor número de electrones d) menor radio atómico

7) De los elementos Mg, Ca, Br, Kr, cuál:

a) es un gas noble b) es un no metal. c) se encuentra en el grupo 2, período 4. d) requiere más energía para remover el electrón

8) Ordena los siguientes iones según el radio iónico creciente:

a) F-, Cl-, Br- b) Na+, Mg2+, Al3+

9) Indica cuál o cuáles de las siguientes afirmaciones son correctas y justifica: a) La mayor parte de los elementos está formada por una mezcla de isótopos que existen

en la naturaleza en proporciones fijas y determinadas. b) Los isótopos de un mismo elemento tienen idénticas propiedades químicas. c) Los isótopos de un elemento tienen un número idéntico de neutrones en su núcleo. d) La masa y la carga positiva de un átomo se encuentran concentradas en el núcleo. e) Todos los átomos de un elemento en su estado natural tienen que poseer el mismo

número de neutrones.

10) ¿Cuántos moles de agua tiene el cuerpo humano, si su peso promedio es de 56 kg y las ¾ de su masa es agua? ¿Cuántas moléculas son?


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11) Para un óxido metálico de fórmula M2O, dónde M es un metal, y masa molar 29,62 g/mol: a) Calcula la masa atómica del metal y caracterízalo por el lugar que ocupa en la Tabla

Periódica (grupo, período, etc.) b) ¿Cuántos iones de M hay en medio mol de unidades fórmula de M2O? c) ¿La masa de un mol de unidades fórmula de M2O, es igual a la masa de 1,464 mol de

unidades fórmula de M2O? Si/No ¿por qué?

12) ¿Qué información te proporcionan los siguientes símbolos?:

a)

b)

c)

d)

e)

13) Para cada elemento del ejercicio anterior localiza el grupo y período al cual pertenece. ¿Qué puedes decir de a) y d) ?, ¿y de b) y c)?

14) Completa la siguiente tabla, para cada uno de los siguientes números atómicos

Z=3 Z=12 Z=9 Z=17

Elemento

Gas Noble más Cercano

Número de electrones que

tiende a ganar o perder

Fórmula del ión

Indica si es Catión o Anión

15) Un isótopo de un elemento metálico tiene número de masa de 65 y 35 neutrones en el núcleo. El catión derivado del isótopo tiene 28 electrones. Escribe el símbolo del catión.

16) El número másico de un elemento es 104 y tiene 60 neutrones en su núcleo a) ¿Cuál es el símbolo del elemento? b) ¿Cuál es su nombre? c) ¿Cuántos protones posee en su núcleo?

17) Dados los siguientes elementos: Rb, Ba, Li, Cs y At, ¿Cuál debe ser el más parecido al estroncio en cuanto a propiedades químicas y físicas?

18) El número másico de un elemento es 106 y tiene 58 neutrones en su núcleo: a) ¿Cuál es su símbolo? b) ¿Cómo se llama? c) ¿Cuántos electrones tiene?

19) Un átomo perdió dos electrones y el ión producido tiene 54 electrones: a) ¿Cuál es el símbolo del átomo? b) ¿Cómo se llama? c) ¿Cuántos protones tiene en su núcleo?


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20) Un elemento X, da un ión divalente negativo. En el ión hay 64 neutrones y 54 electrones: a) ¿Cuál es el símbolo de X? b) ¿Cuál es su nombre? c) La masa de un isótopo de X es 10 unidades más grande, ¿cuántos neutrones tiene?

21) Completa el siguiente cuadro:

Símbolo Químico

Z A Número

de Protones

Número de

Electrones

Número de

Neutrones

Configuración Electrónica

C 6 6

Fe 56 26

32 16

K+ 20 1s22s22p63s23p6

O2- 10 8

Mn 25 55

108 [Kr]4d105s1

Rb+ 85 37

30 35

22) Imaginemos que tenemos átomos de Na y los ordenamos en una hilera a lo largo de una

cuadra (120 m). Si suponemos que son esferas y no ejercen ningún tipo de fuerza entre ellas, ¿Cuántos átomos necesitamos para cubrir esa distancia? Radio Na= 186 pm

23) Indica el número de protones y electrones de cada uno de los siguientes iones: Ca2+, Br-, C4-, Mn2+, S2-, N3-, N3+

24) Indica cuál de las siguientes relaciones de radio atómico es correcta: a) rBa < rMg b) rLi < rF c) rAl < rS

25) Indica en cada uno de los siguientes pares de especies cuál de las dos tiene mayor radio atómico: a) N3- o F- b) Cl- o S2-

c) Cl o Cl- d) Mg2+ o Al3+

e) Na o Na+

26) El titanio es un metal muy apreciado ya que posee propiedades de resistencia similares a las del acero, pero es bastante más liviano. Indica: a) cuánto pesa 1 mol de átomos de titanio. b) cuánto pesa un sólo átomo de titanio, expresando el resultado en gramos.

27) Responde a las siguientes oraciones con verdadero (V)o falso (F) justificando la respuesta. a) Los elementos pertenecientes al Grupo VIA (16) poseen 6 electrones de valencia. b) El sodio y el silicio tienen el mismo número de niveles de energía. c) Los elementos pertenecientes al grupo VIIA (17) tienen tendencia a formar cationes. d) La configuración electrónica del catión que usualmente forma el elemento magnesio es

igual a la configuración del gas Neón. e) Los núcleos de los átomos, excepto el hidrógeno, están constituidos por: neutrones y

protones

28) Para el carbonato de sodio, Na2CO3, responde: a) ¿Cuál es la masa de un mol de ese compuesto? b) ¿Cuál es la masa de Na2CO3 que contiene un mol de iones Na+?


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c) ¿Cuál es la masa de una unidad fórmula de Na2CO3?

29) ¿Cuál es la masa molar de una sustancia pura, de la cual 1,8 x 1018 moléculas tienen una masa de 1,11 mg?

30) La calcopirita, también denominada “pirita del cobre” es un mineral que se presenta en la naturaleza como un disulfuro de hierro y de cobre (CuFeS2). Calcula la cantidad de kilogramos de Cu contenido en 3.710 kg de mineral.

31) Una gotita de mercurio del tamaño aproximado del ojo de una mosca, tiene un peso de 10 microgramos. ¿Cuántos átomos de mercurio hay en esa cantidad?

32) ¿Cuál de los elementos siguientes: azufre, flúor, oxígeno, yodo, ¿no existe en forma de moléculas diatómicas a temperatura ambiente y presión atmosférica?

33) ¿Cuáles de estas afirmaciones son ciertas con respecto del Germanio y el Arsénico? a) Contienen el mismo número de niveles de energía b) Son más electronegativos que el Bromo c) Pertenecen al cuarto período d) Son análogos químicamente

34) ¿Cuántos moles de átomos de nitrógeno hay en 0,5 kg de las siguientes sustancias? a) NH4NO3 b) NH3

35) Como se muestra en la figura, el cloro y el flúor son gases a temperatura ambiente mientras que el bromo es líquido y el iodo es sólido. ¿Podrías inferir estas propiedades observando los datos proporcionados por la tabla periódica?


Taller Q

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Capítulo 4: Enlace Químico

Regla del octeto

La mayoría de los elementos de la tabla periódica se combinan para formar compuestos. Los compuestos resultan de la formación de enlaces químicos entre dos o más elementos y estos enlaces son las fuerzas que mantiene unidos a los átomos o iones para formar las moléculas.

Los tipos de enlaces presentes en una sustancia son responsables en gran medida de sus propiedades físicas y químicas.

Hay distintos tipos de enlaces: iónico, covalente y metálico.

En muchos compuestos, tanto iónicos como covalentes, los átomos tienden a completar su último nivel con 8 electrones, adquiriendo la configuración electrónica del gas noble más cercano en la tabla periódica (aunque hay excepciones). Esto se conoce como regla del octeto de Lewis, porque los átomos forman compuestos al perder, ganar o compartir electrones para adquirir un octeto de 8 electrones de valencia.

En el caso del Hidrógeno, completa su último nivel con dos electrones tomando la configuración electrónica del gas noble Helio.

Símbolos punto electrón o símbolos de puntos de Lewis

Esta es una forma de representar los electrones de valencia. Gilbert Lewis es un químico conocido por el uso que hizo de representaciones simbólicas de los elementos, en donde se muestran los electrones externos como puntos. Los elementos de la tabla periódica que se pueden representar de esta forma son los elementos representativos y los gases nobles.

Enlace iónico

En los enlaces iónicos, los electrones de valencia de un metal se transfieren a un no metal.

Veamos qué sucede cuando el sodio metálico reacciona con cloro, que es un no metal reactivo para formar cloruro de sodio.

El átomo de litio, al perder un electrón, queda con 2 electrones en lugar de 3 y como aún hay 3 protones en su núcleo, el átomo ya no es neutro, se convirtió en el ión sodio, Li+. El átomo de litio pierde su único electrón de valencia, se observa entonces un octeto completo y así esta configuración es semejante a la del gas noble neón.


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Los átomos de flúor tienen siete electrones de valencia por lo que tienden a ganar un electrón para formar iones fluoruros, de carga negativa, F-, completando su octeto y tomando una configuración similar a la del gas neón.

Representacion de la trasferencia de electrones Estrucrtura de Lewis del compuesto iónico

Como todos los halógenos, el cloro se encuentra como molécula diatómica (Cl2); entonces, la ecuación química que corresponde a la reacción entre el sodio metálico y el cloro gaseoso es la siguiente:

( ) ( ) ( )

El cloruro de sodio es un compuesto iónico, ya que está formado por el ión sodio, Na+, y el ión cloruro, Cl-, que tienen cargas opuestas, se atraen y esta fuerza de atracción se denomina enlace iónico.

Cuando el magnesio metálico reacciona con el bromo líquido, la transferencia de electrones entre el magnesio y el bromo con símbolos de puntos de Lewis se puede representar de la siguiente manera:

Representación de la trasferencia de electrones Estructura de Lewis del compuesto iónico


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Como todos los halógenos, el bromo se encuentra como molécula diatómica, Br2, entonces, la ecuación química que corresponde a la reacción entre el magnesio metálico y el bromo líquido es la siguiente:

( ) ( ) ( )

Generalizaciones

1) Los metales de los grupos 1, 2 y 3 tienden a ceder fácilmente sus electrones de valencia y formar cationes.

2) Los átomos de los no metales, grupos 15, 16 y 17, tienden ganar electrones y se convierten en iones con carga negativa o aniones.

3) Cuando se produce la transferencia de electrones, los iones que se forman son estables y con el octeto completo.

Propiedades de los compuestos iónicos

Las propiedades físicas y químicas de un compuesto iónico son muy diferentes de las de los elementos que lo forman. Como se aprecia en la figura, el NaCl, que es la sal de mesa, es una sustancia blanca cristalina mientras que el sodio es un metal suave, blando y brillante y el cloro es un gas venenoso amarillo-verdoso de olor irritante

En general los compuestos iónicos son sólidos cristalinos con una fuerte atracción entre los iones que los forman. Por esta razón, estos compuestos tienen elevados puntos de fusión, con frecuencia superiores a 300 °C. A temperatura ambiente todos son sólidos. Muchos compuestos iónicos son solubles en agua y cuando se disuelven se disocian, es decir se separan en sus iones individuales que se mantienen en solución.

Enlace covalente

En los enlaces covalentes, que se producen entre no metales, los electrones de valencia no se transfieren de un átomo a otro, sino que se comparten para adquirir la configuración electrónica del gas noble más cercano. El ejemplo más simple de enlace covalente es el del gas hidrógeno. Cuando dos átomos de hidrógeno están separados, punto 1, no se atraen mutuamente. A medida que los átomos se acercan, punto 2, la carga positiva del núcleo atrae al electrón del otro átomo. Esta atracción acerca a los átomos hasta que comparten un par de electrones de valencia y forman un enlace covalente, punto 3. En este enlace covalente, los electrones compartidos confieren a cada átomo de la molécula de H2 la configuración del gas noble helio, He, por lo tanto, los átomos unidos formando la molécula de H2 son más estables, poseen menor energía, que dos átomos de H individuales. En el punto 4, lo átomos están tan cercanos que predominan las fuerzas de repulsión entre los núcleos.


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Representación de la Molécula de Hidrogeno

De la misma forma, los átomos de cloro pueden compartir un par de electrones para formar una molécula diatómica que tiene un enlace covalente, en donde cada átomo de cloro adquiere la configuración del gas noble argón

Representación de la Molécula de Cloro

Estas moléculas formadas por átomos iguales, tiene enlaces covalentes no polares, lo que implica que los pares de electrones se comparten en forma equitativa entre los dos átomos. Si consideramos el átomo de nitrógeno, que tiene cinco electrones de valencia, cuando se forma la molécula diatómica, cada átomo para completar su octeto y ser más estable debe formar dos enlaces covalentes adicionales, siendo esta representación la siguiente:

Representación de la Molécula de Nitrógeno


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Si se comparten tres pares de electrones, como en este caso, se forma un triple enlace y de la misma manera cuando se comparten dos pares de electrones entre átomos, el enlace se denomina doble enlace. Un solo par de electrones compartidos forman un enlace simple.

Electrones compartidos entre átomos de diferentes elementos

En el período 2 de la tabla periódica el número de electrones que un átomo comparte y el número de enlaces covalentes que forma, por lo general es igual al número de electrones necesarios para adquirir la configuración del gas noble. Por ejemplo, el carbono tiene 4 electrones de valencia y necesita adquirir 4 electrones más para formar su octeto; por lo tanto, forma 4 enlaces covalentes al compartir sus 4 electrones de valencia. El metano, que es un componente del gas natural, es un compuesto formado por carbono e hidrogeno. Para lograr su octeto, cada carbono comparte 4 electrones y cada hidrogeno comparte 1 electrón. Así, en la molécula de metano, un átomo de carbono forma cuatro enlaces covalentes simples con 4 átomos de hidrógeno.

En la siguiente tabla se observan varios ejemplos de moléculas simples. Se muestran las representaciones de Lewis de las moléculas de metano (CH4), amoníaco (NH3) y agua (H2O) usando solamente símbolos punto electrón, usando enlaces y punto electrón y además se muestran los modelos moleculares de dichas moléculas.


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Enlace covalente polar

Ya vimos que en un enlace iónico los electrones se transfieren de un átomo a otro. En un enlace covalente no polar, la distribución electrónica está equilibrada entre los átomos que se unen, de manera tal que los electrones se comparten de forma equitativa. En cambio, en un enlace covalente polar, los electrones se comparten de forma desigual entre átomos de elementos distintos.

Para poder interpretar de forma más sencilla este tipo de uniones, debemos conocer lo que significa el término electronegatividad.

Electronegatividad

La electronegatividad es una medida de la fuerza con la que un átomo atrae un par de electrones de un enlace. Cuanto mayor sea la diferencia de electronegatividad entre átomos implicados en un enlace más polar será éste. Pauling definió a la electronegatividad como la capacidad de un átomo, en una molécula, para atraer electrones hacia sí.

Sus valores, basados en datos termoquímicos, han sido determinados en una escala arbitraria, denominada escala de Pauling, cuyo valor máximo es 4 que es el valor asignado al flúor, el elemento más electronegativo. El elemento menos electronegativo, el cesio, tiene una electronegatividad de 0,7.

Los átomos de los elementos más electronegativos presentan mayor atracción por los electrones y están agrupados en la esquina superior derecha de la tabla periódica. En general los no metales tienen altos valores de electronegatividad en comparación con los metales, porque los no metales tienen mayor atracción por los electrones. La tendencia general en la tabla periódica es que la electronegatividad aumenta al ir de izquierda a derecha a través del período y de abajo hacia arriba en el grupo. Los compuestos formados por elementos con electronegatividades muy diferentes tienden a formar enlaces con un marcado carácter iónico.

Cuando el hidrógeno y el cloro reaccionan para formar cloruro de hidrógeno, a ambos átomos les falta un electrón para adquirir la configuración del gas noble más cercano. Esto se logra compartiendo un par de electrones en un enlace covalente. Esto se puede representar mediante los símbolos de punto-electrón de la siguiente manera:

La reacción de formación del cloruro de hidrógeno a partir de hidrógeno y cloro se puede escribir como sigue (recuerda que el hidrógeno y el cloro se encuentran como moléculas diatómicas):

( ) ( ) ( )

El hidrógeno y el cloro comparten un par de electrones en la molécula de cloruro de hidrógeno, pero no lo hacen en forma equitativa porque el cloro ejerce mayor atracción por los electrones que el hidrógeno, pues es más electronegativo. Si te fijas en la tabla periódica, la electronegatividad del cloro es de 3,0 mientras que la del hidrógeno es de 2,1. El enlace entre estos dos átomos es covalente polar y a menudo se emplea la siguiente notación para designarlo:

La línea entre los átomos es el enlace covalente, los símbolos δ+ y δ- indican qué extremo es parcialmente positivo y cuál parcialmente negativo, en donde la flecha tiene dirección hacia el átomo más electronegativo indicando la polaridad del enlace. La polaridad influye sobre las propiedades de un compuesto, por ejemplo, el cloruro de hidrogeno es polar y se disuelve con facilidad en agua, que también es un compuesto polar, produciendo ácido clorhídrico.


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Las moléculas con más de dos átomos también pueden ser representadas utilizando los símbolos electrón-punto de Lewis. Ya sea que se trate de moléculas o iones poliatómicos, para poder escribirlas correctamente, es necesario tener en cuenta las reglas generales que se indican a continuación.

Enlace metálico

Estos son los enlaces de los átomos en un cristal metálico sólido. Este tipo de enlace es distinto a los iónicos o covalentes. Un sólido metálico se representa en forma tridimensional donde los iones metálicos positivos están fijos en la red cristalina y los electrones de valencia están débilmente unidos y se mueven con libertad por todo el cristal. Por esta razón, los metales son buenos conductores del calor y la electricidad.

Conductividad eléctrica y térmica. Esta propiedad se presenta tanto en estado líquido como en estado fundido y está relacionada con la capacidad que tienen las cargas de moverse libremente a lo largo de la red.

Puntos de fusión y de ebullición muy elevados. Esto se debe al alto nivel de organización de la red cristalina. En la siguiente tabla podemos ver valores de PF y PE de algunos metales.

Estos valores nos permiten entender por qué a temperatura ambiente la mayoría de los metales se encuentran en estado sólido y el mercurio en estado líquido.


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Ejercitación

1) ¿Cómo explica la regla del octeto la formación del ión sodio? ¿Y la del ión cloruro? 2) ¿Cuántos protones y electrones hay en los siguientes iones?

a) O2- b) K+ c) Br-

3) Para los elementos Na, C y S, representa los siguientes compuestos: Na2O; CO2 y H2S. ¿Qué tipo de enlace se establece en cada caso?

4) Indica qué tipo de enlace posee cada uno de los siguientes compuestos: a) BaS b) MgBr2 c) HBr d) CCl4

5) Indica cuáles son los iones que forman los siguientes compuestos iónicos: a) BaBr2 b) PbS2 c) CaCl2 d) Li2O e) KI

6) A partir de la siguiente tabla, contesta a las preguntas: a) ¿Cuál es el signo de la carga de los iones de los elementos metálicos? b) ¿Cuál es el signo de la carga de los iones de los elementos no metálicos? c) Agrupa los iones que tengan la misma carga.

Nombre Fórmula

ion sodio Na+

ion calcio Ca2+

ion cinc Zn2+

ion aluminio Al3+

ion hierro (II) Fe2+

ion cobre (II) Cu2+

ion cloruro Cl-

ion óxido O2-

ion sulfuro S2-

ion hidróxido OH-

ion sulfato SO42-

ion nitrato NO3-

ion carbonato CO32-

ion clorato ClO3-

7) Teniendo en cuenta las electronegatividades de los elementos explica por qué el cloro al

reaccionar con el sodio forma un compuesto iónico, mientras que si lo hace con el carbono forma un compuesto covalente.

8) Ordena a los átomos, en cada uno de los siguientes conjuntos, según su electronegatividad creciente: a) P, As, Sb b) Be, Li, B c) Rb, Sr, Ca, Ba

9) ¿Qué tipo de enlace se forma entre? a) elementos de los grupos 1 y 17


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b) átomos iguales Justifica tu respuesta y cita ejemplos

10) Indica cuál es la fórmula del compuesto iónico que se forma entre el oxígeno y cada uno de los siguientes metales: a) Calcio b) Cinc c) Aluminio

11) Para el elemento de Z = 12, responde: a) ¿Tiene tendencia a formar cationes o aniones? b) ¿Qué fórmula tiene la sustancia que forma con Br? c) ¿Qué tipo de unión hay en dicha sustancia?

12) El elemento O (oxígeno) pertenece al segundo período y al grupo 16 de la tabla periódica. El elemento X tiene número atómico 37. a) Escribe la configuración electrónica para cada elemento. b) ¿Qué tipo de unión existirá entre los átomos de una sustancia formada por O y X? ¿Por

qué?

13) ¿Cuáles de las siguientes sustancias pueden considerarse iónicas y cuáles covalentes? a) Fluoruro de estroncio, SrF2 b) Fosfina, PH3 c) Óxido de potasio, K2O d) Óxido hipocloroso, Cl2O e) Nitrógeno, N2 f) Bromuro de hidrógeno, HBr g) Dióxido de carbono, CO2

14) De los siguientes pares de elementos, indica cuáles pueden formar compuestos iónicos y cuáles compuestos covalentes a) K y Br b) Cl y O c) Cl y Mg d) H y S e) Li y S


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Capítulo 4:

Fórmulas Químicas. Nomenclatura.

Desde siempre el hombre necesitó poder asentar en forma escrita sus experiencias y descubrimientos. Así lo demuestran, por ejemplo, las tablillas sumerias halladas en Asia menor, que tienen una antigüedad de 4.500 años, y contienen las fórmulas que permiten la preparación de jabón crudo a partir de cenizas de maderas y aceite.

Más adelante los alquimistas, tratando de codificar sus conocimientos, para poder mantener sus privilegios, buscaron diferentes simbologías para expresar el uso de diferentes compuestos en sus preparados, habiendo hasta 35 nombres diferentes que identificaban al mercurio.

La química moderna vio la necesidad imperiosa de suprimir tantas simbologías distintas y misteriosas, como también la conveniencia de suprimir nombres asignados al azar, nombres vulgares que se remontan al origen del habla hispana y tienen raíces en el latín y el griego, con un gran aporte de árabe, tales como sal, yeso, cal, etc.

Era necesario elaborar nombres científicos que facilitaran la comunicación; establecer una nomenclatura de vigencia universal que no tuviera fronteras idiomáticas.

En las primeras nomenclaturas del siglo XIX se adoptaron criterios funcionales: el nombre hacía referencia a la función química de la sustancia y señalaba principalmente su comportamiento experimental. Fue Lavoisier, en 1787, quien elaboró el primer intento y propuso algunos nombres que aún perduran. Solo en 1814, Jöns Jacob Berzelius propone una simbología y un método de representación de compuestos que logra aceptación universal.

En el año 1920, la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) toma conciencia del gran problema causado por el descubrimiento de nuevas especies químicas, respecto de la asignación de nombre a esas nuevas especies. En 1963 se aprobaron las reglas de nomenclatura de área inorgánica donde se pone de manifiesto una tendencia a:

Fijar el nombre de correspondencia con la fórmula química. El nombre informa sobre la composición química, y en la medida posible sobre la estructura del compuesto.

Se ordena la escritura de fórmulas con la menor cantidad de símbolos y signos adicionales.

Antes de introducirnos de lleno en el tema veremos algunos conceptos previos que serán útiles para comprender mejor el tema que nos ocupa.

Las reglas indicadas aquí, son las recomendadas por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC), como así también las correspondientes a la nomenclatura clásica, que aún hoy permanece bastante arraigada en el lenguaje químico. (Aunque la IUPAC desaconseja su uso).

Fórmula Química: una fórmula química, expresa las proporciones de los átomos que constituyen la sustancia.

Los átomos, en las sustancias, se unen formando lo que se denomina unidad de sustancia, que es un conjunto de átomos que se unen entre sí. Las unidades de sustancia, se representan con la fórmula química y pueden ser:

Moléculas monoatómicas He, Ar, Ne, Xe

Moléculas poliatómicas H2, Cl2, NH3, H2SO4

Enrejados de átomos enlazados fuertemente grafito, diamante


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Cationes y aniones NaCl, KNO3

Cationes y electrones Cu, Al, etc.

Los compuestos moleculares están formados por moléculas y una molécula está formada por un número determinado de átomos unidos por enlaces covalentes.

Los compuestos iónicos están formados por cationes y aniones unidos por atracción electrostática (fuerzas de atracción entre cargas eléctricas de distinto signo).

Por ejemplo: H2O, compuesto molecular, la fórmula indica que la molécula de agua está formada por 2 átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. Sabiendo que el NaCl es un compuesto iónico, la fórmula indica que este compuesto está formado por el catión sodio (Na+) y el anión cloruro (Cl-).

Atomicidad: Número de átomos que hay en una fórmula química de una sustancia química.

a) Los metales y gases inertes poseen fórmulas químicas monoatómicas. Ej: Li, Rn, Mg, etc.

b) Los siguientes no metales: H, O, N, F, Cl, Br, I, poseen fórmulas químicas biatómicas y forman moléculas biatómicas. Cl2, O2, H2, N2, Br2, F2, I2.

Coeficiente: número que indica la cantidad de unidades de sustancia

Como se Resuelve

Dado: 2 Fe(OH)3, indica:

a) La atomicidad para cada elemento b) El coeficiente que indica la cantidad de unidades de sustancia. c) Indicar el número total de átomos

Resolución

a) En la sustancia química Fe(OH)3 se presentan las siguientes cantidades de átomos: i) Fe: 1 (uno) ii) O: 3 (tres) iii) H: 3 (tres)

b) El coeficiente que indica la cantidad de unidades de sustancia es 2 (dos) c) El número total de átomos

i) En una unidad de sustancia: 1 átomo de Fe + 3 átomos de O + 3 átomos de H, total: 7 átomos.

ii) En dos unidades de sustancia: 2 x 7= 14 átomos


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Desafío 1

Indica en cada fórmula química: La atomicidad para cada elemento El coeficiente que indica la cantidad de unidades de sustancia.

Indicar en cada caso, el número total de átomos

a) 5 NaCl

b) 1 MgBr2

c) 8 SF6

d) 2 FeI3

e) 3 CS2

f) 2 Fe(OH)3

g) 4 NH3

h) 5 Na2CO3

i) 3 K2MnO4

j) 2 LiHCO3

k) 7 Ca3(PO4)2

l) 5 C6H12O6

m) 2 KMg3AlSi3O10(OH)2

n) 3 (BaH2O)2Mn5O10

o) 5 KAl(SO4)2 .12 H2O

Números o Estados de Oxidación

El número o Estado de Oxidación está relacionado con el número de electrones que un átomo pierde, gana o utiliza para unirse a otros en un enlace químico. Es muy útil para escribir formulas químicas.

Los Estados de oxidación poseen un valor y un signo, pero solamente en los compuestos iónicos ese signo indica transferencia completa de electrones, en los compuestos moleculares sólo indica los electrones que se comparten y el signo, depende de la electronegatividad de los átomos en el enlace.

La IUPAC establece que los números de oxidación se escriben en números romanos, precedidos del signo positivo o negativo que corresponda; asimismo indica que las cargas de una especie química se escriben en números arábigos seguidos del signo positivo o negativo que corresponda (Red Book, IUPAC, 2005)

Algunas reglas para asignar números de oxidación

1) El número de oxidación de un átomo en su forma elemental siempre es cero. Ejemplo: Cl2, Cu, S.

2) El número de oxidación de cualquier ion monoatómico es igual a su carga. Ejemplo: K+ tiene un número de oxidación de +1, S2- tiene un estado de oxidación de -2 etc. Los iones de metales del grupo 1 siempre tienen carga 1+, por lo que siempre tienen un número de oxidación de +1 en sus compuestos. De manera análoga, los metales del grupo 2 siempre son +2 en sus compuestos, y el aluminio (grupo 3) siempre es +3 en sus compuestos.

3) El número de oxidación del oxígeno, normalmente es -2, en compuestos tanto iónicos como moleculares. La principal excepción son los compuestos llamados peróxidos, que contienen el ion O2

2-, donde cada átomo de oxígeno tiene un número de oxidación de –1,

4) El número de oxidación del hidrógeno es +1 cuando se combina con no metales (hidruros no metálicos), y -1 cuando se combina con metales (hidruros metálicos).


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5) El número de oxidación del flúor es -1 en todos sus compuestos. Los demás halógenos tienen un número de oxidación de -1 en la mayor parte de sus compuestos binarios, pero cuando se combinan con oxígeno tienen estados de oxidación positivos.

6) La suma de los números de oxidación de todos los átomos de un compuesto neutro es cero. Por ejemplo, la suma de los números de oxidación de un

ácido es igual a cero: [ ( ) ( ) ( ) ]

7) La suma de los números de oxidación en un ion poliatómico es igual a la carga del ion. Ejemplo: en el ion hidronio, H3O+, el número de oxidación de cada hidrógeno es +I y el del oxígeno es -II. La suma de los números de oxidación es +1, [ ( ) ( ) ] que es igual a la carga neta del ion.

8) Cuando es necesario determinar el estado de oxidación de un determinado átomo en una especie química, debemos tener en cuenta varias cosas:

a) Presencia en la especie química de átomos de los cuales se puede reconocer fácilmente su estado de oxidación (teniendo en cuenta los incisos anteriores).

b) La cantidad de átomos de cada elemento presentes en la especie química.

c) Planteo de una igualdad donde aparezca como incógnita el estado de oxidación del átomo que nos interesa.

Cómo se Resuelve

¿cuál es el estado de oxidación del cromo en H2CrO4?

Sabemos que el H tiene estado de oxidación +l.

Sabemos que el O tiene estado de oxidación –II. Sabemos que la especie química posee 2 hidrógenos y 4 oxígenos. Sabemos que es una especie eléctricamente neutra.

Entonces al hacer la cuenta: ( ) ( )

Desafío 2

Dadas las siguientes fórmulas químicas, asigna a cada elemento el estado de oxidación que le corresponde, teniendo en cuenta las reglas para asignar números de oxidación.

1) AlI3 2) Cu2O 3) PbCl4 4) Ba(NO2)2 5) K2S 6) KH2PO4 7) Cu(NO3)2 8) SiC 9) P4O10 10) SiCl4

11) H2SO4 12) H2S2O7 13) HMnO4 14) H2SiO3 15) H4SiO4 16) Mn2O3 17) Cl2O7 18) Cl2O5 19) Cl2O3 20) Mn2O7

21) As2Se3 22) BP 23) Si2H6 24) B2H6 25) PbH4 26) BaH2 27) (NH4)2SO4 28) K2Cr2O7 29) Cu3(PO4)2

Clasificación de los compuestos químicos:


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A fin de facilitar su estudio, clasificaremos los compuestos químicos de acuerdo al número de elementos constituyentes en: Binarios Ternarios Cuaternarios De cinco o más elementos I. Compuestos Binarios

Son los compuestos formados por átomos de dos elementos diferentes. Pertenecen a

este grupo los siguientes compuestos químicos: 1. Hidruros

a) Hidruros metálicos: Elemento Hidrógeno y un elemento Metálico b) Hidruros no-metálicos: Elemento Hidrógeno y un elemento No-metálico

i) Hidrácidos

2. Óxidos a) Óxidos Básicos: Elemento Oxígeno y un elemento Metálico b) Óxidos Ácidos: Elemento Oxígeno y un elemento No-metálico c) Peróxidos: Elemento Oxígeno y un elemento Metálico

3. Compuestos Binarios Entre Metales Y No-Metales (Sales De Hidrácidos)

Metal y un elemento No-metálico

4. Compuestos Binarios Entre No-Metales No metal y un elemento No-metálico

1. Hidruros a) Hidruros Metálicos

Están constituidos por el Hidrógeno y un Metal, generalmente

pertenecientes a los grupos 1 y 2 (IA o IIA), y son compuestos sólidos. El hidrógeno posee, en estos compuestos, estado de oxidación (-1), siendo el átomo más electronegativo del compuesto.

Nomenclatura: se nombran como “hidruro de” y el nombre del metal correspondiente. Ejemplo: LiH Hidruro de litio


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¿Cómo se escribe una fórmula química?

Primero: es necesario identificar los elementos que constituyen la especie química, y reconocer su símbolo químico.

Segundo: es necesario identificar si la especie química posee carga eléctrica (positiva ó negativa) o es una especie química sin carga eléctrica.

Tercero: es necesario establecer cuál de los dos elementos posee la mayor Electronegatividad, dado que ese elemento, es el que se debe escribir a la derecha de la fórmula química.

La electronegatividad es una propiedad de los elementos, que se puede definir como una medida de la fuerza de atracción que ejerce un átomo sobre los electrones de otro átomo que forman parte de un enlace. El valor de electronegatividad, que se puede simbolizar con EN o con la letra griega chi: , se obtiene de la Tabla Periódica de los

Elementos.

Cuarto: escribir el elemento menos electronegativo a la izquierda del anterior.

Quinto: determinar la atomicidad para cada elemento de tal forma que:

La sumatoria de los números de oxidación sea igual a cero si la especie química carece de carga eléctrica.

La sumatoria de los números de oxidación sea igual a la carga eléctrica, si la especie química es un catión o un anión.

Para que quede claro:

Estado de oxidación del aluminio: +3

Estado de oxidación de hidrógeno: -1 (porque está combinado con un metal)

Estado de oxidación de la fórmula química: (+3) + 3.(-1) = 0

Desafío 3 Formule, a partir de los siguientes metales, los hidruros correspondientes y nómbrelos:

a) Na (+1) b) Ca (+2)

c) Sr (+2) d) Ba (+2)

b) Hidruros No-Metálicos


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Son los compuestos formados por ciertos no-metales y el Hidrógeno, actuando éste con estado de oxidación (+I). Los no-metales que forman hidruros son: S, Te, Se, F, Cl, I, Br y todos ellos actúan con estado de oxidación negativo, los hidruros de estos elementos son todos gaseosos.

Nomenclatura: Según la IUPAC, se denominan con el nombre del no-metal terminado en “uro”, seguido de la palabra genérica “de hidrógeno”

Ejemplo:

Compuesto Nomenclatura Moderna

HF(g) Fluoruro de hidrógeno

HCl(g) Cloruro de hidrógeno

H2S(g) Sulfuro de hidrógeno

Existen excepciones, constituidas por compuestos binarios en los que el hidrógeno actúa con estado de oxidación positivo, y que poseen nombres propios, entre ellos: el agua (H2O) y el amoníaco (NH3).

Desafío 4 Escriba, a partir de los siguientes elementos no-metales, la fórmula del hidruro correspondiente y nómbrelos: a) F b) I c) Br

i) Hidrácidos Cuando se disuelven en agua los hidruros provenientes de los no-metales

F, Cl, Br, I y S, se forman los hidrácidos correspondientes por reacción de estos con el agua. El agua actúa como medio en el que se disuelve el hidruro, pero sin incorporarla en su

fórmula. Las moléculas de agua se acercan al hidruro y logran separar sus componentes en forma de iones, por ello a esos iones se los escribe con el subíndice (ac), así aparecen los protones (cationes Hidrógeno) y los iones halogenuros. Este proceso se denomina disociación. Nomenclatura: para nombrarlos se cambia la terminación “-uro” por “-hídrico” y se antepone la palabra ácido.


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Ejemplo: Simplificado

Compuesto Disociación Nomenclatura Moderna

HF(ac) H+1(ac) + F-1 (ac) Ácido fluorhídrico

HCl (ac) H+1(ac) + Cl-1 (ac) Ácido clorhídrico

H2S (ac) 2 H+1(ac) + S-2 (ac) Ácido sulfhídrico

2) Óxidos

Entre las nomenclaturas que se aceptan, se verán las dos más usadas:

A) La nomenclatura por atomicidad

Para nombrar compuestos se utilizan prefijos que indican la atomicidad, número de átomos de cada clase, de los elementos que forman el compuesto en cuestión.

Según la cantidad de elementos se utilizan los prefijos: mono (uno), di (dos), tri (tres), tetra (cuatro), penta (cinco), hexa (seis), hepta (siete), octa (ocho), enea (nueve), deca (diez) y así sucesivamente.

Ejemplo: FeCl3 Tricloruro de hierro

B) La nomenclatura tradicional

Se utilizan prefijos y sufijos para especificar el número de oxidación del átomo central Según el elemento tenga uno o más estados de oxidación posibles, los criterios que se adoptan son los siguientes:

Para elementos con un único estado de oxidación: no se agregan sufijos, o se agregará el sufijo ico.

Para elementos con dos estados de oxidación: para el menor estado se agregará el sufijo oso, mientras que para el mayor el sufijo ico.

Para elementos con tres estados de oxidación: para el menor estado se agregará el prefijo hipo seguido del sufijo oso, para el estado de oxidación intermedio se utilizará el sufijo oso, mientras que para el mayor se agregará el sufijo ico.

Para elementos con cuatro estados de oxidación: para el menor estado se agregará el prefijo hipo seguido del sufijo oso, para el siguiente se utilizará el sufijo oso, para el que sigue luego se agregará el sufijo ico, mientras que para el mayor se agregará el prefijo per seguido del sufijo ico.

Ejemplo: FeCl3 Cloruro férrico

a) Óxidos Básicos

Son los compuestos formados por un elemento metálico y el oxígeno, que es el elemento más electronegativo, y actúa con estado de oxidación (-2), y el metal con estado de oxidación positivo.

HCl(g) + H2O HCl(ac)

Cloruro de Hidrógeno Ácido Clorhídrico

HCl(g) + H2O H3O1+

(ac) + Cl 1-(ac)

Catión Hidronio Anión Cloruro

HCl(g) + H2O H3O1+

(ac) + Cl 1-(ac)

Catión Hidronio Anión Cloruro


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Nomenclatura:

a) Atomicidad: en este caso se indica directamente el número de átomos, de cada elemento, que posee el compuesto mediante prefijos griegos.

b) Tradicional: se los nombra como “óxidos de” y el nombre del metal. Si éste posee dos estados de oxidación, se le agrega la terminación “oso” o “ico”, según actúe con su o menor o mayor estado de oxidación respectivamente. Ejemplo

Compuesto N. Tradicional N. Atomicidad

FeO Oxido ferroso Monóxido de hierro

Fe2O3 Oxido férrico Trióxido de dihierro

Como se resuelve Escriba la formula química del óxido de Calcio Resolución 1) Elementos que forman parte de la fórmula; Calcio y Oxígeno 2) Símbolos químicos: Ca y O 3) Estados de oxidación: +2 para el Calcio y -2 para el Oxígeno 4) Posición en la fórmula: CaO 5) Atomicidad:

a) para que la fórmula química resulte bien escrita es necesario que el número de oxidación (estado de oxidación) de la fórmula resulte igual a cero, porque es una especie sin carga neta.

b) (Estado de Oxidación del Calcio con su signo x Estado de Oxidación del Oxígeno Sin su signo) + (Estado de Oxidación del Oxígeno con su signo x Estado de Oxidación del calcio Sin su signo)

c) (+2) x 2 + (-2) x 2= +4 – 4= 0 d) Por lo tanto, con solo colocar un átomo de calcio y un átomo de Oxígeno

queda correctamente escrita la fórmula del Oxido de calcio 6) Respuesta: la fórmula del óxido de calcio es CaO

Desafío 5 Nombre los siguientes óxidos básicos:

a) Cu2O b) MgO c) Al2O3 d) SnO

Desafío 6


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Dado el nombre de los siguientes compuestos, escriba las fórmulas correspondientes: a) Oxido mercurioso b) Oxido de cinc c) Oxido plúmbico d) Monóxido de cobalto

b) Óxidos Ácidos Son los compuestos formados por un elemento no-metal y el

oxígeno. El oxígeno posee estado de oxidación (-2) y el no-metal tiene, en estos compuestos, estado de oxidación positivo.

Ejemplo


SO2 Oxido sulfuroso Dióxido de azufre

SO3 Oxido sulfúrico Trióxido de azufre

Hay elementos que poseen más de dos estados de oxidación positivos, característica que se presenta en muy pocos casos, siendo típica de los halógenos, que poseen hasta cuatro diferentes: (+1), (+3), (+5), (+7). En estos casos, la nomenclatura clásica aplica los sufijos “oso” e “ico” a los estados intermedios (+3) y (+5) y los estados extremos se indican agregando un prefijo para cada caso: “hipo” cuando se trata del mínimo (+1) y “per” cuando actúan con el máximo (+7).

Oxoácidos Oxosales

3 Números de

Oxidación

4 Números de

Oxidación

Hipo….oso Hipo….ito Menor

2 Números de

Oxidación

….oso ….ito

1 Número de Oxidación

….ico ….ato

Per….ico Per….ato Mayor

óxidos del Cloro

Nro. de oxidación Fórmula N. Tradicional

+1 Cl2O Óxido hipocloroso

+3 Cl2O3 Óxido cloroso

+5 Cl2O5 Óxido clórico

+7 Cl2O7 Óxido perclórico


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Desafío 7 a) Nombre por atomicidad los siguientes óxidos ácidos:

i) CO ii) CO2 iii) N2O5 iv) P2O3 v) N2O vi) NO b) Nombre de acuerdo a la nomenclatura por atomicidad los cuatro óxidos del

cloro. Desafío 8 Dado el nombre de los siguientes compuestos, escriba la fórmula correspondiente: a) Oxido fosfórico; b) Trióxido de diarsénico; c) Óxido nítrico; d) Óxido Iódico

c) Peróxidos Cuando el oxígeno posee estado de oxidación (-1) forma peróxidos, que se

caracterizan por la presencia del grupo peróxido (O2-2), generalmente con los metales alcalinos

y alcalinotérreos (grupos I y II de la Tabla Periódica), con el hidrógeno y con algunos otros metales. Como ejemplos podemos citar al H2O2 denominado comúnmente agua oxigenada y al K2O2 peróxido de potasio que se utiliza en las máscaras de oxígeno portátiles.

Nomenclatura: en el sistema tradicional se sustituye el nombre óxido por peróxido y se agrega luego el nombre del metal, siguiendo las reglas generales de nomenclatura. En la nomenclatura por atomicidad se nombran los compuestos con las mismas reglas generales que se usan para los óxidos.

Ejemplo


H2O2 Agua Oxigenada Dióxido de dihidrógeno

CaO2 Peróxido de calcio Dióxido de Calcio

PtO4 Peróxido de platino Tetraóxido de platino

Desafío 9 1) Nombra los siguientes compuestos

a) BaO2 b) Al2O6 c) H2O2

d) Li2O2 e) HgO2 f) Pb2O4

g) CuO2 h) Rb2O2

Compuestos Binarios entre Metal Oxígeno Metal - Oxígeno

Na2O2 ZnO2 Ejemplos Z2(O2) j

Peróxido

Li2O2

Número de Oxidación

El Metal: Número de Oxidación Positivo (+j)

El Oxígeno: Número de Oxidación Negativo (-1)

El Anión Peróxido: Carga (2-)


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2) Para cada uno de los compuestos del inciso 1) indica cual es el estado de oxidación del elemento que acompaña al ión peróxido.

3) Formula los siguientes compuestos: a) Peróxido de cadmio b) Peróxido de cromo c) Peróxido de potasio d) Peróxido de estaño e) Peróxido de hierro f) Peróxido de cobre

g) Peróxido de plata h) Peróxido de oro i) Peróxido de cinc j) Peróxido de cesio k) Peróxido de niquel l) Peróxido de estroncio

3) Sales De Hidrácidos

Las sales de hidrácidos son compuestos formados por un no-metal y un metal, obtenidos al sustituir el hidrógeno de un hidrácido por un metal.

Carga del Ion

Hidrácido Hidróxido No-metal Metal Sal de hidrácido

HF (aq) Ca(OH)2 F (1-) Ca (2+) CaF2

HCl (aq) Fe(OH)2 Cl (1-) Fe (2+) FeCl2

HI (aq) Fe(OH)3 I (1-) Fe (3+) FeI3

Nomenclatura: la nomenclatura sigue las normas correspondientes a los hidrácidos, es decir, agregando el sufijo “uro” a la raíz del no-metal, o sea, se nombra el no-metal con terminación uro, seguido del nombre del metal.

Ejemplo

Compuesto N. Clásica N. Atomicidad

CaF2 Fluoruro de calcio Difluoruro de calcio

FeCl2 Cloruro ferroso Dicloruro de hierro

FeCl3 Cloruro férrico Tricloruro de hierro

Desafío 10 1) Nombre las siguientes sales de hidrácido:

a) PbS b) PbS2 c) KBr d) NaCl 2) Escriba la fórmula de las siguientes sales de hidrácido:

a) Cloruro de cuproso b) Sulfuro ferroso

c) Bromuro de calcio d) Cloruro de mercúrico


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4) Compuestos Binarios Entre No Metales (Sales Volátiles)

Son compuestos formados por dos no-metales, obtenidos al sustituir el hidrógeno de un hidrácido por un no-metal.

Nomenclatura: la nomenclatura sigue las normas correspondientes a los hidrácidos, es decir, agregando el sufijo “uro” a la raíz del no-metal más electronegativo seguido por “de… “y el nombre del segundo no-metal.

Ejemplo

Compuesto Nomenclatura Atomicidad

BrCl Cloruro de bromo

IBr5 Pentabromuro de iodo

SeCl4 Tretracloruro de selenio

Desafío 11 1) Nombre los siguientes compuestos: a) CS2 b) IBr3 c) PBr5 d) BrCl 2) Escriba la fórmula de los siguientes compuestos:

a) Trifloruro de iodo b) Tetranitruro de trisilicio

c) Sulfuro de boro d) Cloruro de fósforo (III)

II. Compuestos Ternarios

Los compuestos ternarios son aquellos formados por tres elementos. Pertenecen a este grupo los siguientes compuestos químicos:

1. Hidróxidos 2. Oxoácidos 3. Oxosales

1. Hidróxidos

Son los compuestos cuya porción negativa está constituida por el ión OH- denominado ión hidroxilo, que se combina con un catión metálico.

Se obtienen, entre otros métodos, por combinación de los óxidos básicos con el agua.

Oxido Básico + H2O Hidróxido

Na2O + H2O 2 Na(OH) Hidróxido de sodio

Formulación: teniendo en cuenta la carga del ión hidroxilo (1-) y el hecho de que el compuesto debe ser neutro, el catión metálico aparecerá en la fórmula unido a tantos grupos hidroxilos como estado de oxidación posea.


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Nomenclatura: se los denomina “hidróxido de” y el nombre del metal. Cuando es necesario aclarar el estado de oxidación del metal, la nomenclatura clásica utiliza, como hemos visto, los sufijos “oso” e “ico”, en tanto que la nomenclatura moderna hace uso de los numerales de Stock y de la atomicidad.

Ejemplo

Compuesto N. Clásica N. Atomicidad

Fe(OH)2 Hidróxido ferroso Dihidróxido de hierro

Fe(OH)3 Hidróxido férrico Trihidróxido de hierro

Mg(OH)2 Hidróxido de magnesio Dihidróxido de magnesio

Desafío 12

1) Nombre los siguientes hidróxidos: a) NaOH; b) Ba(OH)2; c) Co(OH)2; d) Al(OH)3 2) Dado el nombre de los siguientes hidróxidos escriba la fórmula correspondiente.

a) Hidróxido cúprico b) Hidróxido de plomo

c) Hidróxido estannoso d) Hidróxido crómico

Disociación del hidróxido

Cuando un hidróxido se disuelve en agua las unidades de sustancia del hidróxido, son rodeadas por las moléculas de agua y resultan separadas en sus componentes, el catión metálico y anión hidroxilo.

( ) ( )( )

ac acNa OH Na OH

2

2 ( ) ( )( ) 2

ac acCa OH Ca OH

Desafío 13 Dados los siguientes hidróxidos escriba la ecuación de disociación y nombre los iones formados, a) Hidróxido cuproso; b) Tetrahidróxido de platino; c) Hidróxido de mercurio; d) Trihidróxido de hierro.

2. Oxoácidos (Ácidos Oxigenados)

Son compuestos formados por un elemento no metálico (aunque a veces puede

tratarse de un metal de transición) en estado de oxidación positivo, combinado con el oxígeno y el hidrógeno.


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Pueden representarse por la fórmula general HxMOy, en la que M simboliza al

elemento central, con número de oxidación positivo.

Nomenclatura:

a) Atomicidad: se nombra el anión con terminación “ato” y luego nombra el hidrógeno.

b) Tradicional: a la palabra ácido le sigue el nombre del elemento central (o su raíz latina) y el sufijo “oso” o “ico” para distinguir el estado de oxidación. También se utilizan los prefijos “hipo” y “per”, cuando el elemento central posee más de dos estados de oxidación, para indicar el estado de oxidación inferior y superior respectivamente.

Ejemplo

El cloro puede formar cuatro oxoácidos, según actúe con cada uno de sus estados de oxidación positivos:

E. de oxidación Fórmula Nombre Tradicional

+1 HClO Ácido hipocloroso

+3 HClO2 Ácido cloroso

+5 HClO3 Ácido clórico

+7 HClO4 Ácido perclórico

Desafío 14

1) Nombre los siguientes ácidos: a) HNO2; b) HNO3; c) HBrO; d) HIO3 2) Nombre de acuerdo a la nomenclatura moderna, atomicidad y numeral de Stock, los cuatro ácidos del cloro.

Formulación Para obtener la fórmula de un oxoácido debe considerar el elemento central y su

estado de oxidación, datos que surgen del nombre del ácido, una vez determinado el estado de oxidación (que será positivo en todos los oxoácidos) se debe neutralizar en exceso “sus cargas

Acido N. Tradicional N. Atomicidad

H2SO3 Acido sulfuroso Trioxosulfato de dihidrógeno

H2SO4 Ácido sulfúrico Tetraoxosulfato de dihidrógeno


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positivas”, adicionándole tantos átomos de oxígeno como sean necesarios para que el balance arroje un primer resultado negativo, el cual será (-1) o (-2) según el caso, recordando que cada átomo de oxígeno provee dos cargas negativas. Luego se neutralizan las cargas negativas que quedaron en exceso con uno ó dos átomos de hidrógeno, según corresponda.

Ejemplo: Escriba la fórmula del ácido carbónico. Del nombre deducimos que se trata de un ácido del carbono en su máximo estado de oxidación: (+4). Por lo explicado más arriba partimos del C (+4) y le asociamos átomos de oxígeno obteniendo sucesivamente: CO (carga +2); CO2 (carga 0); CO3 (carga -2) fueron necesarios tres átomos de oxígeno para alcanzar el estado negativo, luego neutralizamos esas dos cargas negativas agregando dos átomos de hidrógeno, logrando así la fórmula correcta del ácido: H2CO3.

Desafío 15 Escriba la fórmula de los siguientes ácidos: 1) Ácido periódico, 2) Ácido brómico; 3) Acido Sulfúrico.

Casos Especiales

Los óxidos ácidos de algunos elementos, presentan la particularidad de poder combinarse con más de una molécula de agua. Los elementos cuyos óxidos presentan esta característica son el Fósforo (P), el Arsénico (As), el Antimonio (Sb), el Boro (B) y el Silicio (Si). P, As y Sb

Estos tres elementos tienen estado de oxidación (+3) y (+5) y forman oxoácidos similares. Veremos el caso del fósforo. Con el número de oxidación (+3), forma el óxido fosforoso, P2O3, y con número de oxidación (+5), forma el óxido fosfórico.

Cada uno de estos óxidos es capaz de reaccionar con una, dos o tres moléculas de

agua, produciendo el “meta”, “piro” y “orto” oxoácido correspondiente. Si derivan del P2O3 llevarán la terminación “oso” y si derivan del P2O5 terminarán en “ico”. P2O3 + H2O HPO2 Ácido metafosforoso Dioxofosfato de hidrógeno

P2O3 + 2 H2O H4P2O5 Ácido pirofosforoso Pentaoxodifosfato de tetrahidrógeno

P2O3 + 3 H2O H3PO3 Ácido ortofosforoso trioxofosfato de trihidrógeno

P2O5 + H2O HPO3 Ácido metafosfórico ________________________________

P2O5 + 2 H2O H4P2O7 Ácido pirofosfórico ________________________________

P2O5 + 3 H2O H3PO4 Ácido ortofosfórico ________________________________

De estos seis ácidos, los más comunes son el ortofosforoso y el ortofosfórico, por lo

tanto, por razones prácticas se los denomina directamente ácido fosforoso y ácido fosfórico respectivamente. Boro

El B solo actúa con un estado de oxidación (+3) y cuando se combina con el oxígeno da un óxido de fórmula B2O3, trióxido de diboro. Este óxido se combina con el agua según las siguientes reacciones: B2O3 + H2O HBO2 Ácido metabórico ________________________________

B2O3 + 3H2O H3BO3 Ácido ortobórico ________________________________

Silicio


Taller Q

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El Si posee estado de oxidación (+4), y al combinarse con el oxígeno forma el SiO2, dióxido de silicio, y cuando éste se combina con el agua forma los siguientes ácidos: SiO2 + H2O H2SiO3 Ácido metasilícico ________________________________

SiO2 + 2 H2O H4SiO4 Ácido ortosilícico ________________________________

Casos De Los Metales De Transición Cromo

Cuando el Cr actúa en su estado de oxidación (+VI), y se comporta como un no-metal, se combina con el oxígeno formando el óxido crómico u óxido de cromo (VI), CrO3. Cuando este óxido se combina con el agua, origina el ácido crómico:

CrO3 + H2O H2CrO4 Ácido crómico

El ácido crómico es inestable y se descompone perdiendo una molécula de agua, dando origen al ácido dicrómico:

2 H2CrO4 H2Cr2O7 + H2O Ácido dicrómico

Manganeso El Mn, en sus estados de oxidación (+VI) y (+VII), se comporta como un no-metal,

formando óxidos ácidos, el anhídrido mangánico y el óxido permangánico respectivamente, los cuales al reaccionar con el agua forman los ácidos correspondientes.

MnO3 + H2O H2MnO4 Ácido mangánico

Mn2O7 + H2O HMnO4 Ácido permangánico

Disociación de Ácidos

Cuando un oxoácido se disuelve en agua las unidades de sustancia del mismo, son rodeadas por las moléculas de agua y resultan separadas en sus componentes, el catión hidrógeno (protón) y anión formado por un no-metal y oxígeno.

2

2 4 ( ) 4 ( )2

ac acH SO H SO

3

3 4 ( ) 4 ( )3

ac acH PO H PO

Desafío 16 Dados los siguientes oxoácidos escriba la ecuación de disociación y nombre los iones formados: a) Tetraoxosulfato de dihidrógeno; b) Ácido perbrómico; c) Ácido metafosforoso; d) Trioxosilicato de dihidrógeno


Taller Q

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3. Oxosales

La sustitución de iones hidrógeno (que pueden denominarse, indistintamente como protones o hidrogeniones) de un oxoácido, por un ión metálico, produce una sal, también llamada oxosal porque contiene oxígeno. En otras palabras, la separación de uno o más cationes hidrógeno de las moléculas de los ácidos (propiedad ésta que caracteriza a los ácidos), genera un anión que, junto a un catión (en esta oportunidad consideramos solo los cationes metálicos), produce una sal.

En la nomenclatura clásica, el nombre del anión deriva del ácido correspondiente, modificándose la terminación “oso” por “ito” y la terminación “ico” por “ato”. Formulación de la oxosal: al escribir la fórmula de una sal se debe considerar la compensación de cargas de modo que resulte una unidad fórmula neutra. Nomenclatura: tanto la nomenclatura clásica como el numeral de Stock, nombran primero el anión y luego el catión. Ejemplo: escriba la fórmula y el nombre de la sal que resulta de la unión de los siguientes aniones y cationes:

Ejemplo

Anión Catión Sal N. Clásica N. Moderna Stock

SO42- Pb2+ PbSO4 Sulfato plumboso TetraoxoSulfato de plomo

SO32- Na+ Na2SO3 Sulfito de sodio TrioxoSulfato de sodio

NO3- Ca2+ Ca(NO3)2 Nitrato de calcio Di-trioxoNitrato de calcio

Desafío 17 Formule y nombre la sal obtenida a partir de los iones que se presentan en el siguiente cuadro


Taller Q

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Anión Catión Sal N. Tradicional N. Atomicidad

SO4 2- Fe 3+

ClO4 - Mg2+

PO4 3- Ca2+

CO3 2- Na+

Una de las formas de obtener sales, es por reacción química entre ácidos e hidróxidos.

El ácido puede ser un hidrácido (compuesto binario), en cuyo caso se produce una sal de hidrácido (compuesto binario) o puede ser un oxoácido, en cuyo caso se forma una oxosal (compuesto ternario). Ejemplo:

HCl(ac) + KOH KCl + H2O

Acido Clorhídrico Hidróxido de Potasio Cloruro de Potasio

H2SO4 + Ca(OH)2 CaSO4 + 2H2O

Acido sulfúrico hidróxido de Calcio Sulfato de calcio

Para escribir la fórmula de la sal, debe considerarse el anión y el catión, que se originan del ácido y del hidróxido respectivamente, de modo de escribir correctamente la fórmula química.

Desafío 18 Nombre las siguientes sales: a) Zn(NO3)2; b) Ba3(PO4)2; c) Ca(IO4)2; d) Cu(BrO3)2; e) Fe(NO2)2; f) NiSO3

Escriba la fórmula de los siguientes compuestos: a) Hipoiodito de sodio; b) Perclorato crómico; c) Nitrito cuproso; d) Bromato de potasio; e) Carbonato de litio III. Compuestos Cuaternarios

Los compuestos cuaternarios son aquellos formados por cuatro elementos diferentes. Entre ellos veremos:

1. Hidrógenosales 2. Hidroxosales 1. Hidrógenosales

Cuando los ácidos pierden hidrogeniones se convierten en aniones. La pérdida de los hidrogeniones puede ser parcial, quedando uno o más de los hidrogeniones formando parte del anión. Cuando estos aniones, que conservan uno o más hidrogeniones, forman sales, éstas se denominan hidrógeno sales. Nomenclatura: la nomenclatura adoptada por la IUPAC, agrega la palabra “hidrógeno”, antepuesta al nombre de la sal. Como el número de hidrógenos presentes puede ser variable, se debe indicar su cantidad utilizando un prefijo. Ejemplo:

Anión Catión Sal Nombre

HSO4 - K+ KHSO4 Hidrógeno sulfato de potasio

HCO3- Na+ NaHCO3 Hidrógeno carbonato de sodio

H2PO4- Fe 3+ Fe(H2PO4)3 Tris-Dihidrógeno tetraoxofosfato de hierro


Taller Q

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HAsO3= Cr 3+ Cr2(HAsO3)3 Tris-Hidrógeno trioxoarseniato de dicromo

También existen hidrógeno sales que provienen de un hidrácido, pero las mismas son compuestos ternarios ya que carecen de oxígeno.

Ejemplo:

H2S(ac) H+ + HS-

Acido sulfhídrico Catión Hidrógeno (protón)

Anión Hidrógeno Sulfuro

HS- + K+ KHS

Anión Hidrógeno Sulfuro

Catión Potasio Hidrógeno sulfuro de potasio

Desafío 19 Nombre las siguientes hidrógenosales:

a) NaHSO3; b) LiH2AsO4; c) CaHPO4; d) Mg(HCO3)2.

Escriba la fórmula de las siguientes sales: a) Hidrógeno carbonato cobáltico y b) Hidrógeno sulfito de litio

2. Hidroxosales

Son las sales provenientes de la reacción entre un ácido (hidrácido u oxoácido) y una base, donde los hidroxilos de la base han sido parcialmente sustituidos por el anión del ácido. Nomenclatura: se indica el número de hidroxilos con un prefijo, según corresponda. Ejemplo:

Al(OH)3(ac) OH- + Al(OH)2+

Hidróxido de Aluminio

Anión Hidroxilo Catión DihidroxoAluminio

Al(OH)2+ + SO4

-2 [Al(OH)2]2 SO4

Catión DihidroxoAluminio

Anión Sulfato Sulfato(VI) de bis-dihidroxo Aluminio

Catión Anión Sal Nombre

Al(OH)2+ Cl- Al(OH)2Cl Dihidroxo cloruro de aluminio

Al(OH)2+ NO3

- Al(OH)2(NO3) Dihidroxo-dinitrato de aluminio

Desafío 20 Nombre o formule, según el caso, las siguientes sales básicas. a) Bi(OH)2Cl b) Hidroxosulfato (VI) de calcio c) Hidroxitrioxocarbonato (IV) de hierro (III) d) Sb(OH)2F

Existen otros tipos de compuestos que pueden tener más de cuatro tipos de átomos

diferentes, tanto de la química inorgánica como de la química orgánica, y que no serán tratados en esta oportunidad.

Hidratos


Taller Q

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Los hidratos son compuestos que tienen un número específico de moléculas de agua unidas a ellos. Ejemplo de ello es el Sulfato de Cobre (II) que en su estado normal tiene cinco moléculas de agua asociadas a él. Su nombre sistemático es sulfato de cobre (II) pentahidratado, y su fórmula se escribe:

CuSO4 · 5 H2O

Las moléculas de agua pueden ser eliminadas del compuesto por calentamiento, cuando esto sucede el compuesto resultante es CuSO4, que se le llama sulfato de cobre (II) anhidro, la palabra "anhidro" significa que el compuesto ya no tiene moléculas de agua unidas a él. A continuación, una breve lista de algunos hidratos:

LiCl · H2O Cloruro de Litio monohidratado

MgSO4 · 7 H2O Sulfato de Magnesio heptahidratado

BaCl2 · 2 H2O Cloruro de Bario dihidratado

Na2CO3 · 10 H2O Carbonato de Sodio decahidratado

Sr(NO3)2 · 4 H2O Nitrato de estroncio tetrahidratado

CaSO4 · 2 H2O Sulfato de Calcio dihidratado

Como se ve la forma de nombrar a los hidratos es muy sencilla, primero se nombra el compuesto normalmente (ejemplo: Sulfato de magnesio) y después se menciona el número de moléculas de agua con prefijo griego (mono, di, tri, tetra, penta, hexa...) más el termino hidratado.


Taller Q

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Estado de

Oxidación

Átomo

Central

Nomenclatura N° Átomos

Totales en la

Especie

Química Fórmula Tradicional Atomicidad

Combinaciones Binarias del Oxigeno: Óxidos

FeO

Fe2O3

Na2O

CdO

MoO2

NO2

SbO3

Hg2O

BeO

Mn2O3


Taller Q

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PtO2

SO3

I2O

CO2

Br2O7

K2O2

ZnO2

SO3

N2O5

P2O3

CO

Óxido hiposelenioso

Óxido Silício

Óxido Brómico

Óxido Mercuroso


Taller Q

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Óxido Niquélico

Óxido Cálcico

Óxido Auroso

Óxido Permangánico

Trióxido de dinitrógeno

Monóxido de teluro

Monóxido de níquel

Pentaóxido de difósforo

Heptaóxido de dicloro

Monóxido de dinitrógeno

Monóxido de magnesio

Dióxido de disodio

Dióxido de berilio

Combinaciones Binarias del Hidrógeno: Hidruros

NaH


Taller Q

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BeH2

CoH2

CuH

PbH4

H2S

NH3

HI

CH4

HBr

FrH

H2Se

Ácido fluorhídrico

Hidruro Niqueloso

Amoníaco

Hidruro de Litio


Taller Q

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Hidruro Mercúrico

Hidruro Telurhídrico

Hidruro Platinoso

Hidruro Magnésico

Hidruro Rubídico Trihidruro de Níquel

Trihidruro de Fósforo

Tetrahidruro de Silicio

Dihidruro de Estaño

Monohidruro de Potasio

Dihidruro de cobre

Tetrahidruro de Platino

Sales Binarias

NaI

PtS2

Cr2Te3


Taller Q

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Yoduro berílico

Carburo Cálcico

Sulfuro Cuproso

Monoteleruro de dipotasio

Trisulfuro de dicobalto

FeCl2 Tetracloruro de Carbono

Tricloruro de hierro

Fosfuro de Boro

Combinaciones Ternarias: Hidróxidos

LiOH

Ca(OH)2

Cu(OH)2

Pb(OH)4

FrOH

Au(OH)3


Taller Q

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Fe(OH)2

Hidróxido cádmico

Hidróxido férrico

Hidróxido mercúrico

Hidróxido cuproso

Di hidróxido de platino

Trihidróxido de cobalto

Tetrahidróxido de estaño

Hidróxido de potasio

Combinaciones Ternarias: Oxoácidos

HBrO

HIO2

HClO3

HMnO4

H2TeO3


Taller Q

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H2SeO2

H3PO2

Ácido hipocloroso

Ácido bromoso

Ácido crómico

Ácido periódico

Ácido sulfuroso

Ácido nitroso

Ácido arsénico

Ácido metasilícico

Oxoyodato de hidrógeno

Dioxoclorato de hidrógeno

Triooxosulfato de hidrógeno

Tetraoxoclorato de hidrógeno

Trioxocarbonato de hidrógeno


Taller Q

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Combinaciones Ternarias: Oxosales

Cu(NO3)2

NaBrO4

MgSO4

Pb(CO3)2

AlBO3

Fosfato magnésico

Sulfito ferroso

Yodato áurico

Tetraoxosulfato de litio

tris[dioxosulfato (II)] de dihierro

Trioxidocarbonato de disodio

tris[tetraoxosulfato (VI)] de dialuminio

Bis[tetraoxomanganato] de niquel

capítulo 1: la materiafaciasweb.uncoma.edu.ar/sites/default/files/ingreso 2019 cuadernillo...

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