quimica 2012

CURSO PRE-FACULTATIVO 2012

CARRERAS DE

MEDICINA, ENFERMERIA, NUTRICION, FISIOTERAPIA,

LABORATORIO CLINICO, RADIOLOGIA,

FONOAUDIOLOGIA,

TERAPIA OCUPACIONAL

REVISORES Dra. Maria del Carmen Sandi Serrudo

Dr. Diego Armando Sanchez Villca

QUIMICA 2012

CURSO PRE-FACULTATIVO 2012 QUIMICA

FACULTAD DE MEDICINA, ENFERMERIA, NUTRICION Y TECNOLOGIA MDICA 2

NDICE NDICE .................................................................................................................................................. 2

INTRODUCCIN A LA QUMICA ........................................................................................................... 7

1.1 INTRODUCCIN.- ..................................................................................................................... 7

1.2 ORGENES DE LA QUMICA.- .................................................................................................... 7

1.3 ORGENES DE LA QUMICA MODERNA.- ................................................................................. 8

1.4 LA QUMICA EN EL SIGLO XVII .............................................................................................. 11

1.5 LA QUMICA EN EL SIGLO XVIII ............................................................................................. 11

1.6 LA QUMICA EN EL SIGLO XIX ................................................................................................ 12

1.7 LA QUMICA EN EL SIGLO XX ................................................................................................. 12

1.8 AVANCES EN BIOQUMICA Y BIOLOGA MOLECULAR ........................................................... 12

1.9 . IMPORTANCIA DE LA QUMICA.- ......................................................................................... 13

1.10 PREMIOS NOBEL DE QUMICA Y MEDICINA.- ........................................................................ 14

1.11 AUTOEVALUACIN ................................................................................................................ 14

2. LA MATERIA, EL TOMO Y SUS PROPIEDADES ............................................................................. 15

2.1 FENMENO. ............................................................................................................................ 15

2.2 ESTADOS DE AGREGACIN DE LA MATERIA. ......................................................................... 15

2.3 CARACTERSTICAS DE LOS ESTADOS DE AGREGACION DE LA MATERIA ................................. 15

2.3.1. CAMBIOS DE LOS ESTADOS DE AGREGACIN DE LA MATERIA. .......................................... 16

2.4 SUSTANCIA. ............................................................................................................................. 17

2.5 MEZCLA. .................................................................................................................................. 18

2.6 COMBINACIN. ....................................................................................................................... 18

2.7 PROPIEDADES ESPECFICAS DE LA MATERIA. .......................................................................... 18

2.8 TEORA ATMICA.- .................................................................................................................. 19

2.9 MODELOS ATMICOS: ............................................................................................................ 20

2.10 ESTRUCTURA DEL TOMO. ................................................................................................... 21

2.11 PESO TOMO GRAMO .......................................................................................................... 23

2.12 TEORA ATMICA MODERNA. ............................................................................................... 24

2.13 TABLA PERIDICA. ................................................................................................................. 26

2.14 TABLA PERIDICA ACTUAL. ................................................................................................... 26

2.15 PROPIEDADES PERlODlCAS:................................................................................................... 27

2.16 PREGUNTAS PARA RESPONDER ............................................................................................ 28



2.17. PROBLEMAS RESUELTOS ...................................................................................................... 29

2.18. EJERCICIOS PLANTEADOS ..................................................................................................... 30

3. ENLACES QUMICOS ...................................................................................................................... 31

3.1 INTRODUCCIN.- ................................................................................................................... 31

3.2 DEFINICIN.- ......................................................................................................................... 31

3.3 TIPOS DE ENLACES QUMICOS.- ............................................................................................ 31

3.4 ENLACE METLICO.- .............................................................................................................. 33

3.5 FUERZAS INTERMOLECULARES.- ........................................................................................... 34

3.6 OTRAS INTERACCIONES.- ....................................................................................................... 35

3.7 EJERCICIOS.- .......................................................................................................................... 36

3.8 RESPUESTAS.- ........................................................................................................................ 36

4. REACCIONES QUMICAS ............................................................................................................ 38

4.1 DEFINICIN: .......................................................................................................................... 38

4.2. REPRESENTACIN DE UNA REACCIN QUMICA .................................................................. 38

4.3. TIPOS DE REACCIONES QUMICAS:........................................................................................ 39

4.4. ESTEQUIOMETRIA: ................................................................................................................ 45

4.5. CLCULOS CON VOLUMEN ................................................................................................... 47

4.6. EJERCICIOS RESUELTOS ........................................................................................................ 48

4.7. EJERCICIOS PROPUESTOS: ................................................................................................... 49

5. NOMENCLATURA Y NOTACIN EN QUMICA INORGNICA ......................................................... 52

5.1. DEFINICIONES ....................................................................................................................... 52

5.2 ELEMENTO ............................................................................................................................. 52

5.2.3 Clasificacin de los elementos ........................................................................................... 54

5.3 VALENCIA ............................................................................................................................... 54

5.4 COMPUESTO INICO ............................................................................................................... 54

5.5 COMPUESTOS MOLECULARES ............................................................................................... 56

5.6. FORMULA QUMICA ............................................................................................................. 57

5.7 SISTEMATIZACIN DE LA NOMENCLATURA .......................................................................... 58

5.8 CLASIFICACIN DE LOS COMPUESTOS INORGNICOS ........................................................... 58

5.8.1 XIDOS METLICOS BSICOS. .......................................................................................... 58

5.8.2 XIDOS NO METLICOS, OXIDOS ACIDOS ANHDRIDOS .................................................. 60

5.8.3 HIDRUROS METLICOS ....................................................................................................... 62



5.8.4 HIDRUROS NO METLICOS O CIDOS HIDRCIDOS ........................................................... 62

5.8.5 HIDRXIDOS O BASES ......................................................................................................... 64

5.8.6 CIDOS OXOCIDOS ............................................................................................................ 65

5.8.7 CIDOS POLIHIDRATADOS O POLIACIDOS .......................................................................... 66

5.8.8 SALES .................................................................................................................................. 67

5.8.8.1 Sales haloideas neutras o hidrosales................................................................................ 67

5.8.8.2 Sales oxisales neutras ........................................................................................................ 68

5.8.8.3 SALES OXISALES ACIDAS .................................................................................................. 68

5.8.8.4 SALES OXISALES BSICAS .................................................................................................. 69

5.9 PREGUNTAS PLANTEADAS ....................................................................................................... 71

5.10. EJERCICIOS PROPUESTOS (miscelnea) ................................................................................ 72

6. SOLUCIONES .................................................................................................................................. 73

6.1. INTRODUCCIN ..................................................................................................................... 73

6.2. AGUA ..................................................................................................................................... 73

6.3. CONCEPTO DE DISOLUCIN .................................................................................................. 73

6.4. COMPONENTES DE UNA DISOLUCIN ................................................................................. 74

6.5. CARACTERSTICAS DE LAS DISOLUCIONES............................................................................. 74

6.6. CLASIFICACIN DE LAS DISOLUCIONES: ............................................................................... 76

6.7. CONCENTRACIN DE LAS DISOLUCIONES ............................................................................. 78

6.10. DILUCIN DE LAS SOLUCIONES ........................................................................................... 83

7. REACCIONES CIDO-BASE ............................................................................................................. 91

7.1. TEORAS ACIDO-BASE ............................................................................................................ 91

7.2. CARACTERSTICAS DE LOS CIDOS ........................................................................................ 92

7.3. CARACTERSTICAS DE LAS BASES ........................................................................................... 93

7.4. CONSTANTE DE DISOCIACIN DEL AGUA ............................................................................. 93

7.5. pH, CONCENTRACION DE H+ y OH-. ...................................................................................... 94

7.6. CONSTANTE DE DISOCIACIN DE UN CIDO ....................................................................... 95

7.7 SOLUCIONES AMORTIGUADORAS ......................................................................................... 97

7.8 pH Y SU IMPLICANCIA EN LA SALUD ...................................................................................... 97

7.9 EJERCICIOS RESUELTOS ........................................................................................................... 98

7.10 Ejercicios a resolver ............................................................................................................ 101

7.11 PREGUNTAS ........................................................................................................................ 101



8. QUMICA ORGNICA I: HIDROCARBUROS ................................................................................... 102

8.1 ALCANOS .............................................................................................................................. 102

8.2. ALQUENOS........................................................................................................................... 111

8.3 ALQUINOS ............................................................................................................................ 115

8.4. Problemas propuestos - alcanos .......................................................................................... 117

8.5 Problemas propuestos - alquenos ........................................................................................ 118

8.6 Problemas propuestos - alquinos ......................................................................................... 119

9. QUMICA ORGNICA II ................................................................................................................ 121

9.1 COMPUESTOS OXIGENADOS.- ............................................................................................... 121

9.2. ALCOHOLES.- ........................................................................................................................ 121

9.3. TERES. ................................................................................................................................. 123

9.4. ALDEHDOS Y CETONAS.- ...................................................................................................... 126

9.5. CIDOS CARBOXLICOS. ........................................................................................................ 129

9.6. STERES. ............................................................................................................................... 131

9.7. COMPUESTOS NITROGENADOS ........................................................................................... 134

9.8. AMINAS.- .............................................................................................................................. 134

9.9. AMIDAS.- .............................................................................................................................. 136

9.10. RESUMEN ........................................................................................................................... 137

9.11. PROBLEMAS PROPUESTOS ................................................................................................. 139

10. MACROMOLCULAS ................................................................................................................. 143

10.1 DEFINICIN.- ....................................................................................................................... 143

10.2 CLASIFICACIN DE LAS MACROMOLCULAS. ..................................................................... 143

10.3 PROTENAS .......................................................................................................................... 144

10.3.1. CLASIFICACIN DE LAS PROTENAS ................................................................................. 145

10.3.2. ESTRUCTURA DE LAS PROTENAS .................................................................................... 147

10.4. HIDRATOS DE CARBONO ................................................................................................... 148

10.4.1 CLASIFICACIN DE LOS HIDRATOS DE CARBONO. .......................................................... 148

10.5 LPIDOS ................................................................................................................................ 150

10.6 CIDOS NUCLEICOS ............................................................................................................ 153

10.7 OTROS POLMEROS ............................................................................................................. 154

10.8 PREGUNTAS ......................................................................................................................... 156

GLOSARIO ........................................................................................................................................ 157



BIBLIOGRAFA .................................................................................................................................. 166

REVISORES ....................................................................................................................................... 168



INTRODUCCIN A LA QUMICA

1.1 INTRODUCCIN.-

La qumica, ciencia dinmica y moderna no aparece completamente formada,

sufre un proceso evolutivo a travs del tiempo, proceso que no concluye, ya que

continua evolucionando, es as que en los albores de la humanidad, nuestros

ancestros sobrevivieron debido a los conocimientos adquiridos por el mtodo de

ensayo y error de las observaciones diarias en su continuo vivir.

La palabra qumica proviene del vocablo rabe kme ( ), que significa

tierra; y se define como: la ciencia que estudia la composicin, estructura y

propiedades de la materia as como los cambios que sta experimenta durante

las reacciones qumicas y su relacin con la energa.

La qumica ayuda al entendimiento de la naturaleza de los materiales, a fin de

que se aprovechen mejor los distintos elementos en la naturaleza, se fabriquen

compuestos avanzados, polmeros sintticos y se creen muchos materiales

nuevos.

La actual influencia del vertiginoso desarrollo de la ciencia ha llevado consigo

consecuencias favorables y desfavorables para la civilizacin moderna. Los

beneficios del reciente desarrollo de la investigacin mdica, la terapia del cncer,

los trasplantes quirrgicos, la incorporacin de nuevas tcnicas moleculares para

el diagnstico (ELISA, VDRL) y el desarrollo de nuevas drogas, estn al alcance

de mucha gente. En contraste con ello, la gente conoce tambin los problemas de

la contaminacin qumica del aire, del agua y del suelo; los problemas mdicos y

genticos del abuso de las drogas y el peligro potencial de los aditivos y

conservantes.

1.2 ORGENES DE LA QUMICA.-

Los primeros procesos qumicos conocidos fueron realizados por los artesanos de

Mesopotmica, Egipto y China. Al principio trabajaban con metales como el oro o

el cobre que se encontraban en estado puro en la naturaleza, pero rpidamente

aprendieron a fundir menas (principalmente xidos metlicos y los sulfuros)

calentndolas con madera o carbn de lea para obtener metales. En esas

culturas se inici una tecnologa qumica primitiva.



Pilares de la Qumica Moderna

Posteriormente Tales de Mileto (600 a.C.) junto a otros filsofos griegos

empezaron a hacer especulaciones lgicas sobre el mundo fsico, en lugar de

confiar en los mitos para explicar los fenmenos. El mismo Tales pensaba que

toda la materia proceda del agua, que poda solidificarse en tierra o evaporarse

en aire. Sus sucesores ampliaron esta teora en la idea de que el mundo estaba

compuesto por cuatro elementos: tierra, agua, aire y fuego. Segn Demcrito (400

a.C.), esos elementos estaban compuestos por tomos, partculas diminutas

que se movan en el vaco; Aristteles (323 a.C.) en cambio crea que los

elementos formaban un medio continuo de materia y, por tanto, el vaco no poda

existir.

Aristteles fue el ms influyente de los filsofos griegos, y sus ideas dominaron la

filosofa natural durante casi dos milenios despus de su muerte. Crea que la

materia posea cuatro cualidades: calor, fro, humedad y sequedad. Cada uno de

los cuatro elementos estaba compuesto por pares de esas cualidades; por

ejemplo, el fuego era caliente y seco, el agua fra y hmeda, el aire caliente y

hmedo, y la tierra fra y seca.

1.3 ORGENES DE LA QUMICA MODERNA.-

El "nacimiento" de la Qumica moderna fue

posible gracias a la gran cantidad de saberes

empricos acumulados previamente

(construccin de aparatos, desarrollo de

tcnicas experimentales, estudio del

comportamiento qumico de sustancias, etc.).

Todo este conocimiento previo provena de las

contribuciones realizadas por la Alquimia, la

Metalurgia y la Medicina y la Farmacia, que

constituyen los tres pilares fundamentales de

la qumica moderna

El inters de los alquimistas se centraba en la transmutacin de los metales en

plata y oro y en encontrar el "elixir de la vida". Por su parte, los metalrgicos, a

diferencia de los alquimistas, eran personas incultas preocupadas

fundamentalmente por el desarrollo de las artes prcticas relacionadas con el

tratamiento de los metales y de sus minerales. Eran artesanos interesados en el

desarrollo de unas tcnicas, sin que ello supusiera la existencia de ningn marco

filosfico o conceptual que guiase su trabajo. Finalmente, el principal inters de los

mdicos y de los boticarios se centraba en el tratamiento de la enfermedad. Este



Laboratorio alqumico

objetivo otorgaba a la medicina una dimensin ms amplia que la simple

bsqueda de un elixir difcil de alcanzar.

La qumica tiene su origen en el pasado precientfico que incorpor tres

tradiciones o pilares relacionados entre s: la alquimia, la medicina y la metalurgia.

1.3.1. Alquimia

El estudio oculto de la naturaleza practicado en el siglo I.d.C. por los griegos que

habitaban en el norte de Egipto fue conocido despus con el nombre rabe de

alquimia.

Su prctica se dispers hasta el Cercano

Oriente y Europa, donde domin el

pensamiento occidental acerca de la materia

hasta el siglo XVI. Los alquimistas fueron

influenciados por la idea griega de que la

materia tiende naturalmente a la perfeccin

y buscaron transformar sustancias de poco

valor en sustancias preciosas. Lo que

comenz como una bsqueda mstica de

propiedades espirituales de la materia evolucion durante ms de mil aos hasta

convertirse en una obsesin por pociones que concedieran juventud eterna y

elxires que transmutaran metales ms corrientes, como el plomo, en metales

ms puros, como el oro, los alquimistas inventaron los mtodos qumicos de

destilacin, filtracin y extraccin, sobre todo, contribuyeron a difundir la

aceptacin de la observacin y la experimentacin.

El origen de la alquimia en Occidente se encuentra en Alejandra, dado su carcter

de encrucijada comercial y cultural. All se dieron cita las tradiciones griegas,

egipcias y orientales (chinas e hindes). El mximo representante de la cultura

helenstica que ha llegado a nosotros es Zsimo (siglo IV), quien afirmaba poseer

lo que llegara a ser el elixir o piedra filosofal y la "tintura" capaz de fabricar oro a

partir de la rectificacin (curacin) de los metales "viles" o "enfermos". Adems,

nos describi toda una serie de saberes prcticos en forma de procedimientos

(destilacin, sublimacin, disolucin, filtracin, calcinacin, etc.).

La mala imagen que la alquimia ha podido tener se debe, entre otros factores, a la

gran cantidad de charlatanes y tramposos que la nutrieron. Sin embargo, la falta

de un progreso significativo de la alquimia durante los siglos en los que floreci no

se debi tanto a los fraudes cometidos sino al marco terico que la sustentaba.



Teora Humoral de Hipcrates

Hasta que no se abandon la concepcin aristotlica de la materia no pudo

desarrollarse la qumica moderna

1.3.2. Medicina y la Farmacia

Los orgenes de la Qumica moderna

relacionados con la Medicina se conocen con

el nombre de iatroqumica. La teora de los

cuatro humores o humorismo, fue una teora

acerca del cuerpo humano adoptada por los

filsofos y fsicos de las antiguas civilizaciones

griega y romana. Desde Hipcrates, la teora

humoral fue el punto de vista ms comn del

funcionamiento del cuerpo humano entre los

fsicos (mdicos) europeos hasta la llegada

de la medicina moderna a mediados del siglo

XIX.

En esencia, esta teora mantiene que el cuerpo humano est lleno de cuatro

sustancias bsicas, llamadas humores (lquidos), cuyo equilibrio indica el estado

de salud de la persona. As, todas las enfermedades y discapacidades resultaran

de un exceso o un dficit de alguno de estos cuatro humores. Estos fueron

identificados como bilis negra, bilis, flema y sangre. Teofrasto y otros elaboraron

una relacin entre los humores y el carcter de las personas. As, aquellos

individuos con mucha sangre eran sociables, aquellos con mucha flema eran

calmados, aquellos con mucha bilis eran colricos, y aquellos con mucha bilis

negra eran melanclicos.

El mximo representante de esta tradicin iatroqumica es Paracelso (1493-1541),

fue un alquimista activo y un importante mdico de su tiempo; sus seguidores son

los que otorgan a la Qumica un papel importante en la preparacin de medicinas.

Paracelso anuncia remedios milagrosos como la sal de mercurio con la que trata

con xito la sfilis y diagnostica el origen externo de ciertas enfermedades, como la

"enfermedad de los mineros", la silicosis.

1.3.3. La metalurgia

Los egipcios (3500 a.C.) ya eran capaces de obtener cobre y plomo mediante la

aplicacin del fuego a una mezcla del mineral correspondiente y carbn. Hacia el

ao 1500 a C los hititas descubrieron que mediante calentamiento de una mezcla

de hierro y carbn se produca una nueva sustancia ms resistente que el propio



R. Boyle

Antoine Lavoisier

hierro, el acero, durante miles de aos, la gente fue desarrollando destrezas

tecnolgicas para producir cambios en la materia como dando nacimiento a la

alfarera, el teido pero especialmente la metalurgia. Durante la Edad media y el

Renacimiento floreci dicha tecnologa y se escribieron varios tratados importantes

sobre metalurgia y geologa. Se publicaron y actualizaron regularmente libros

que describan como purificar, ensayar y acuar oro y plata, y como usar

balanzas, hornos y crisoles.

1.4 LA QUMICA EN EL SIGLO XVII

Robert Boyle (1626-1691) dio un gran impulso a la qumica

gracias a la importancia que dio a la metodologa cientfica

y a la forma de comunicar una investigacin a otros

cientficos, mostr una gran consistencia en el

planteamiento de los experimentos de laboratorio, junto a

su asistente Robert Hooke (1.635-1.703) se trat de dar

una explicacin racional al proceso de combustin.

Son los qumicos alemanes J. J. Becher (1635-1734) y G.

E. Stahl (1660-1734) que dan una teora explicativa y

globalizadora de todas las observaciones sobre los procesos de combustin,

denominndola Teora del Flogisto; dicha teora supona que las sustancias

combustibles contienen un "principio inflamable" denominado flogisto (del griego,

llama) y la combustin es concebida como el proceso de liberacin a la atmsfera

del flogisto contenido en la sustancia, dando lugar a un residuo (denominado

ceniza o cal, en el caso de los metales), esta idea se mantuvo sin cambios durante

los siguientes 100 aos.

1.5 LA QUMICA EN EL SIGLO XVIII

Un joven qumico francs Antoine Lavoisier (1743-

1794), demostr la naturaleza real de la combustin

a travs de una serie de mediciones cuidadosas que

enfatizaban la importancia de la masa. Lavoisier

calent la cal de mercurio (xido mercrico)

descomponindolo en mercurio y un gas (oxgeno),

cuyas masas combinadas igualaban la masa inicial

de la cal, el experimento contrario calentar el

mercurio con el gas, reformo la cal de mercurio y otra

vez la masa total permaneci constante, esta

demostracin daba fin a la Teora del Flogisto y daba inicio a la qumica moderna,



John Dalton

la nueva teora descansaba sobre medidas cuantitativas reproducibles, de ah que

se propone que la ciencia qumica empez con Lavoisier padre de la qumica.

1.6 LA QUMICA EN EL SIGLO XIX

En 1804 el ingls John Dalton (1766-1844) formul su

hiptesis atmica, fundamentada en la identificacin

de los elementos qumicos como distintos tipos de

partculas indestructibles y con caractersticas propias

(volumen y masa). En 1811 Amadeo Avogadro (1778-

1856) y en 1814 A. M. Ampre (1775-1836)

enunciaron la hiptesis segn la cual: "en condiciones

iguales de temperatura y presin, volmenes iguales

de gases distintos contienen el mismo nmero de

molculas". Con dicha hiptesis se consolid el

concepto moderno de molcula, dando origen a la

teora atmico-molecular, que explica de forma clara y sencilla todas las leyes

experimentales e introduce el concepto de nmero de Avogadro (NA, actualmente

denominado constante de Avogadro).

1.7 LA QUMICA EN EL SIGLO XX

En 1909, Robert Andrews Millikan mide la carga de electrones individuales con

una precisin sin precedentes a travs del experimento de la gota de aceite, con el

cual confirma que todos los electrones tienen la misma carga y la misma masa.

En 1913, Niels Bohr introduce conceptos de la mecnica cuntica a la estructura

atmica, proponiendo lo que hoy en da se conoce como el modelo atmico de

Bohr, donde los electrones slo existen en orbitales estrictamente definidos.

En el resto del siglo XX existieron diversos avances de la qumica en sus

diferentes ramas: Qumica inorgnica, Qumica orgnica, Bioqumica, Qumica

Fsica, Qumica Industrial, Qumica Analtica y mltiples subdisciplinas.

1.8 AVANCES EN BIOQUMICA Y BIOLOGA MOLECULAR

Los avances actuales en el rea de bioqumica y biologa molecular se centran en

descubrimientos celulares, moleculares y de fisiologa, adems de avances en

nanotecnologa. Es a partir de la presentacin del genoma humano que fue

finalizado en abril del 2003, que logr identificar y cartografiar los



aproximadamente 20.000-25.000 genes del genoma humano desde un punto de

vista fsico y funcional.

El 9 de enero del 2012 los investigadores de California, lograron descubrir la

estructura molecular de centrosomas en gusanos planos, lo que permitira

identificar y esclarecer sus mltiples funciones durante la divisin celular. Ese

mismo da, cientficos de la Universidad de Washington descubrieron una enzima

clave responsable de la generacin de la membrana celular en el Plasmodium

falciparum, principal responsable de la malaria, dicha protena es ideal como

blanco de ataque porque no se presenta en la raza humana.

El 26 de Enero, cientficos de la Universidad de Baylor, propusieron un nuevo

modelo de membrana celular para explicar la fusin de la mismo, el 12 de Febrero,

cientficos de la Universidad de Nottingham informan sobre siete protenas en

lquido espinal que serviran como marcadores de la Enfermedad de Alzheimer en

sus estadios iniciales, el 20 de Febrero, cientficos de Instituto de Ingeniera

Biolgica en la Universidad de Harvard, a travs de la tcnica de DNA Origami,

lograron con el uso de nanorobots modificar instrucciones especficas en clulas in

vitro a travs de reconocimiento especfico de membrana. Actualmente se

investiga la aplicacin de estos descubrimientos y la creacin de Bioimpresoras

para la creacin de todo tipo de tejidos y rganos.

1.9 . IMPORTANCIA DE LA QUMICA.-

La qumica ha desempeado un papel importantsimo en el desarrollo de nuestra

cultura y el bienestar material alcanzado en la poca actual. La Medicina le debe a

la qumica el descubrimiento de antibiticos, vitaminas, hormonas y otros

medicamentos para prolongar nuestras vidas mediante la proteccin de la salud.

El conocimiento de la estructura atmica, tiene fundamental importancia para

comprender los temas de qumica general, orgnica, bioqumica, biologa

molecular, ingeniera gentica y actualmente la protemica, metabolmica y

genmica. El conocimiento del comportamiento de los compuestos orgnicos

ayuda a comprender el papel de los catalizadores en las reacciones, la fuente de

energa en los combustibles para cohetes, la fuente de energa para bateras, e

incluso el comportamiento de los compuestos bioqumicos complejos tales como la

hemoglobina, clorofila, cobalamina. El estudio de la qumica orgnica facilita la

comprensin de los plsticos, las fibras sintticas, los carburantes, las drogas y la

composicin de alimentos y de los componentes celulares. La bioqumica moderna

da las bases para comprender los ensayos destinados a develar los

misterios de las reacciones celulares, la importancia del RNA, DNA y ATP



junto al progreso y control de las reacciones metablicas en los tejidos del

cuerpo.

Actualmente las herramientas de la biologa molecular ayudan a descifrar los

mecanismos moleculares en procesos patolgicos como la diabetes y el cncer.

Las industrias estn estudiando mtodos que utilizan la ingeniera gentica para

producir microorganismos con propsitos industriales y los qumicos que

buscan nuevos frmacos estn utilizando la biotecnologa para eliminar mezclas

estereoqumicas difciles de separar. Y finalmente la informtica est ayudando a

crear nuevas alternativas para el desciframiento qumico de mecanismos

moleculares y de actividad biolgica de nuevas molculas.

1.10 PREMIOS NOBEL DE QUMICA Y MEDICINA.-

El Premio Nobel de Qumica es entregado anualmente por la Academia Sueca a

cientficos que sobresalen por sus contribuciones en el campo de la qumica. Es

uno de los cinco premios Nobel establecidos en el testamento de Alfred Nobel, en

1895, y que entregan a personajes notables cuyas investigaciones generan

impacto en la qumica, la fsica, la literatura, la paz y la fisiologa o medicina.

EN EL 2011 Daniel Shechtman fue premiado con el Premio Nbel de Qumica por

el descubrimiento de los cuasicristales, y por otro lado fuern Bruce A. Beutler,

Jules A. Hoffmann, por sus descubrimientos sobre la activacin del sistema

inmunitario innato y Ralph M. Steinman por el descubrimiento de las clulas

dendrticas y su papel en el sistema inmunitario adaptativo de los mamferos los

reconocidos por el Premio Nobel de Medicina.

1.11 AUTOEVALUACIN 1. Cite los pilarse de la qumica moderna. 2. Qu es la iatroqumica.? 3. Qu elemento resulto ser el flogisto realmente en el experimento de

LAVOISIER? 4. Qu mtodos de la alquimia se utilizaron bastante en la qumica moderna? 5. Cul fue la investigacin ganadora del premio Nobel de Medicina en el 2011?



2. LA MATERIA, EL TOMO Y SUS PROPIEDADES

En este captulo, se realizar una revisin de las caractersticas fsico-qumicas de

la materia para comprender su naturaleza discontinua, as como los principios de

la teora cintica corpuscular, haciendo uso de los niveles de representacin

macro, submicro y simblico, que a su vez le permitan adquirir una mayor

significacin de la relacin del ser humano con esta ciencia.

Para comenzar, la materia es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio y

posee masa propia, esto incluye todo aquello que puede ser percibido fcilmente

por nuestros sentidos y que presenta extensin, masa, energa, peso, inercia; y

tambin aquello que no se puede tocar (aire).

2.1 FENMENO. Es toda transformacin que sufre la materia, esta transformacin se describe

como la diferencia encontrada al observar un objeto en 2 condiciones diferentes.

a) FENMENO FSICO: Es transformacin es de forma transitoria (pasajera), es

decir, temporal que slo dura mientras acte la energa que la provoque. Ej.

Vaporizacin, congelacin, dilatacin.

b) FENMENO QUMICO: Es la transformacin que sufre la materia en su

naturaleza interna, dando origen a otra sustancia de propiedades qumicas

distintas. Eje. Combustin, digestin, fermentacin, cualquier reaccin qumica.

2.2 ESTADOS DE AGREGACIN DE LA MATERIA. Es la forma en que nuestros sentidos perciben a la materia , y estn determinados

por las fuerzas moleculares de cohesin y repulsin, los principales estados de

agregacin de la materia son: slido, lquido, gaseoso y coloidal.

2.3 CARACTERSTICAS DE LOS ESTADOS DE AGREGACION DE LA

MATERIA

Son:

Solido:

Volumen: Propio.

Forma: Definida, Fija.

Relacin de distancia intermolecular: Pequea, muy unidas por la fuerza de cohesin.

La fuerza de atraccin: Alta, es mayor que la fuerza de repulsin. Liquido:



Volumen: Propio. Forma: Del recipiente que lo contiene. Relacin de distancia intermolecular: Mediana, pierde rigidez, las molculas

se transportan libres pero cerca. La fuerza de atraccin: Intermedia, es igual que la fuerza de repulsin.

Gaseoso:

Volumen: Indefinido, adopta el volumen del recipiente que lo contiene. Forma: Indefinido, adopta la forma del recipiente que lo contiene. Relacin de distancia intermolecular: Grande, separadas La fuerza de atraccin: Baja, es menor que la fuerza de repulsin.

Coloidal:

A diferencia de los anteriores estados, los cuerpos coloidales, son

conocidos tambin como geles, no son slidos ni lquidos, son un punto intermedio

entre ambos, son cuerpos gelatinosos de gran viscosidad. Sus molculas se

llaman micelas y el movimiento browniano las caracteriza. Este movimiento es

desordenado en forma de zigzag.

2.3.1. CAMBIOS DE LOS ESTADOS DE AGREGACIN DE LA MATERIA.

Son fenmenos fsicos, estos son:

a) FUSIN: es el paso de un cuerpo lquido al slido por accin del calor. El punto

de fusin es la temperatura a la cual se produce este fenmeno. Eje.: Li 180C, Na

97,5 Ca 850C.

b) VAPORIZACIN: es el paso de un cuerpo lquido al estado gaseoso por accin

del calor, se distinguen: Evaporizacin: es una vaporizacin lenta que se produce

cuando las molculas escapan slo de la superficie libre del lquido, ocurre cuando

la presin del vapor es igual a la presin atmosfrica; Ebullicin: es violenta y

ruidosa, se produce en toda la masa del lquido, el punto de ebullicin es la

temperatura fija y constante que favorece este cambio, se considera que el punto



de ebullicin es normal cuando la temperatura a la cual su presin de vapor es

igual a una atmsfera de presin; y, Volatilizacin: es una vaporizacin violenta

ej:Eter Bencina.

c) SUBLIMACION: es el paso de un cuerpo del estado slido al estado gaseoso

sin pasar por el estado lquido. Eje.: sublimacin del alcanfor, naftalina y yodo.

d) CONDENSACION O LICUACION: es el paso de un cuerpo del estado gaseoso

al estado lquido por disminucin de la temperatura y fuerte presin, as se obtiene

aire lquido, oxgeno lquido e hidrgeno. A diferencia la condensacin es el paso

de un vapor a lquido.

e) SOLIDIFICACION: es el paso de un cuerpo del estado lquido al slido, por

disminucin de la temperatura. Eje.: cubitos de hielo.

f) DEPOSICIN (SUBLIMACIN INVERSA): es el paso de un cuerpo gaseoso al

estado slido, esto se debe a presiones superiores y temperaturas inferiores a las

que se produce dicha transicin, es evidente en la formacin de la nieve y la

escarcha.

2.4 SUSTANCIA. Es una porcin de materia que puede estar constituida por un solo tipo de

partculas tiene composicin fija y propiedades que la distinguen, tambin se

denominan sustancia pura, existe 2 tipos de sustancia: elemento y compuesto.

a) ELEMENTO: Tambin denominada sustancia elemental, es la sustancia ms

simple que no se pueden descomponer y tampoco obtener otra ms sencilla. Ejm.

Sodio, Potasio, Azufre.

b) COMPUESTO: Es la sustancia que por procesos adecuados se puede

descomponer en dos a ms elementos que son sus componentes. Eje. Agua,

cido sulfrico, cido ntrico, etc.

INICIO FIN FENOMENO

Solido Liquido: Fusin

Liquido a Gas: Vaporizacin*

Solido a Gas: Sublimacin

Gas a Liquido: Condensacin o licuacin

Liquido a Slido: Solidificacin

Gas a Slido: Deposicin (Sublimacin Inversa)



2.5 MEZCLA.

Es un sistema material constituido por la agregacin de dos o ms sustancias en

la que no existe accin qumica alguna, los constituyentes conservan sus

propiedades caractersticas, se renen en proporciones arbitrarias y pueden

separase por simples mtodos fsicos o mecnicos. Ejm. una de taza de T, agua

mas alcohol.

a) MEZCLA HOMOGNEA: Si sus componentes no pueden individualizarse a

simple vista.

b) MEZCLA HETEROGNEA: Si sus componentes pueden individualizarse

simple vista.

2.6 COMBINACIN.

Fenmeno por el cual 2 o ms sustancias diferentes intervienen en una

transformacin intima (reaccin qumica), la proporcin de masas es constante, en

un combinacin las propiedades de las sustancias originales desaparecen y se

observan propiedades en productos que ninguna de ellas posea.

2.7 PROPIEDADES ESPECFICAS DE LA MATERIA.

Son aquellas propiedades que nos permiten identificar o diferenciar a una

sustancia de otra.

2.7.1 POR SU NATURALEZA.

a) PROPIEDADES FSICAS: Las propiedades fsicas son aquellas que se

pueden medir o determinar sin que se modifique la composicin qumica de la

sustancia, por ejemplo: el olor, el color, estado fsico, punto de ebullicin, punto de

fusin, densidad, solubilidad, ductilidad, maleabilidad, tenacidad, conductibilidad,

magnetismo, estado de agregacin entre otras.

Por ejemplo, el agua posee las siguientes propiedades fsicas:

Un punto de ebullicin de 100C a nivel del mar

Una densidad de 1g/cm3 a la temperatura de 4C

Un punto de fusin de 0C al nivel del mar



b) PROPIEDADES QUMICAS. Las propiedades qumicas son aquellas que solo

pueden determinarse cuando cambia la composicin de la sustancia. Es la

capacidad o facilidad que tiene un cuerpo de ser transformado en otro,

alterndose y recibiendo por tanto otra caracterstica. Algunos ejemplos de

propiedades qumicas son la reactividad de una sustancia con otras, la

combustibilidad, la oxidacin y la reduccin, entre otras.

Por ejemplo, una propiedad qumica de los gases nobles es que no reaccionan en

condiciones normales, slo cuando se vara la presin y la temperatura.

Por ejemplo, cada vez que se cuece un huevo ocurre un cambio qumico, cuando

se somete a temperaturas cercanas a 100 C la yema y la clara experimentan

cambios que no solo modifican su aspecto fsico, sino tambin su composicin

qumica, despus al comerse el huevo se modifica de nuevo por efecto de

sustancias del cuerpo humano como las enzimas, la digestin es otro ejemplo de

un cambio qumico, otras propiedades qumicas son la corrosividad, fermentacin,

inflamabilidad, la radiactividad.

2.7.2 POR SU DEPENDENCIA CON LA CANTIDAD DE MATERIA.

a) INTENSIVAS: Son aquellas propiedades que no de penden de la cantidad de

materia. Ejm.: color, dureza, densidad, etc.

b) EXTENSIVAS: Son aquellas propiedades que se modifican con la cantidad de

materia. Ejm.: masa, volumen, concentracin, etc.

2.8 TEORA ATMICA.-

Las diferentes teoras atmicas en el tiempo han tratado fundamentalmente de

explicar y dar a conocer la constitucin interna de la materia. Los griegos con

Leucipo y Democrito 700 aos A.C. indicaron que la materia estaba formada por

partculas diminutas e indivisibles llamadas tomos (sin divisin), aunque esta

idea no fue aceptada en su tiempo, la experimentacin e investigaciones

posteriores apoyaron el concepto del atomismo.

En 1808, el ingls John Dalton propone su teora atmica, basada en los

siguientes postulados:

1. La materia est constituida de pequeas partculas denominadas tomos.

2. Los tomos de un elemento dado son idnticos en masa, tamao y

propiedades qumicas.

3. Los tomos de un elemento son diferentes a los tomos de otro elemento.



4. Los tomos son esfricos, compactos, indivisibles e indestructibles.

5. En una reaccin qumica los tomos se separan, se combinan o se

reordenan. Nunca supone la creacin o destruccin de los mismos. Un error

de Dalton, ya que el tomo si se puede destruir (Bomba atmica).

6. Los tomos de elementos diferentes se unen en relaciones numricas

simples para formar tomos compuestos (trmino que us para referirse a

los que hoy denominamos molcula).

2.9 MODELOS ATMICOS:

a) MODELO ATMICO DE THOMPSON.

Para este autor el tomo era una esfera en cuyo interior se

hallaban partculas positivas y negativas en completo equilibrio. No

pudo precisar el lugar exacto donde se hallaba dichas partculas,

simplemente deca que las partculas se hallaban como las pasas

en un budn.

b) MODELO ATOMICO DE RUTHERFORD.

Rutherford, descubri el ncleo atmico al bombardear una

laminilla de oro con partculas de rayos alfa (2He4). Observ que

muchos de esos rayos sufran desviacin, algunos pasaban lejos

del ncleo, otros cerca con pequea desviacin y otros rebotaban

contra el ncleo. Por lo que consider que el tomo presentaba

una parte central positiva llamada ncleo; alrededor giran los

electrones formando rbitas circulares. Adems plante que todo tomo es

elctricamente neutro.

c) MODELO ATMICO DE BOHR.

En 1913, el cientfico dans Niels Bohr basado en los descubrimientos de

Rutherford y en la teora cuntica de Max Planck, dio respuesta a las supuestas

fallas del modelo de Rutherford al proponer lo siguiente:

1. Que en efecto, el tomo tiene un ncleo central diminuto cargado

positivamente.

2. Que los electrones no pueden estar distribuidos al azar, sino que giran

alrededor del ncleo ocupando niveles discretos de energa (rbitas

circulares).



3. Los electrones pueden alcanzar niveles de energa ms altos por la

absorcin de cantidades fijas de energa (paquetes o cuantos de energa).

4. Los electrones que caen a niveles ms bajos de energa, emiten cantidades

fijas de energa (fotones o cuantos de luz).

Con base en estos postulados y a los estudios de los fenmenos espectrales,

Bohr logro proponer un modelo planetario para el tomo de hidrogeno.

2.10 ESTRUCTURA DEL TOMO. EI tomo es la clula de un elemento y presenta una estructura interna que

bsicamente est constituida por el ncleo que es la parte central del tomo,

representa alrededor del 99,9% de la masa del tomo donde se encuentran los

protones y neutrones, los electrones giran alrededor del ncleo.

2.10.1 NUMERO ATMICO (Z).

Es el nmero de protones en el ncleo del tomo de un elemento, si el tomo es

neutro el nmero de protones (P+) es igual al nmero de electrones (e-).

PARTICULA SIMBOLO MASA (g) CARGA (c)

Protn P+ 1,67262 X 10 -24 +1,6022 x 10 -

19

Neutrn N 1,67493 x 10-24 0

Electrn e- 9,10939 x 10 -28 -1,6022 x 10 -19



Z = Nmero de protones = P+ P+ = e-

2.10.2 NUMERO DE MASA (A).

Es el nmero total de neutrones y protones presentes en el ncleo de un tomo de

un elemento.

A = Z + N

2.10.3 CARGA.

Es la diferencia entre el nmero de protones y electrones.

Carga=C= Z e- 2.10.4 REPRESENTACION DE UN ELEMENTO.

2.10.5 ISOTOPOS.

Son tomos que pertenecen a un mismo elemento, tienen el mismo nmero

atmico pero diferente nmero de masa.

Los istopos se han utilizado ampliamente en medicina para el diagnostico y

tratamiento de enfermedades. Son utilizados para obtener imgenes especficas

del cuerpo humano, la eleccin del radioistopo y la manera de administrarlo

depende del tejido y la facilidad para ser absorbido por el tejido enfermo. Los

beneficios de llevar a cabo un estudio con istopos para diagnosticar una

enfermedad superan cualquier preocupacin por los posibles efectos secundarios.

Ejemplos de algunos istopos utilizados para diagnstico mdico: 99Tc, 201Tl, 123I, 67Ga, 18F.

Entre otros tenernos los istopos del hidrgeno que son tres: protio, deuterio y

tritio

Adems de los istopos del carbono, que acorde a su istopo vara su vida media:



b) ISOBAROS.

Son tomos de diferentes elementos, tiene igual nmero de masa pero diferente

numero atmico.

60 Co 60 Ni

27 28

c) ISTONOS.

Son tomos que tienen diferente nmero atmico, diferente nmero de masa pero

igual nmero de neutrones.

39 K 40 Ca

19 20

2.10.8 PESO ATMICO.

Segn la IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry), eel peso

atmico o masa atmica relativa de un elemento de una fuente especificada es la

razn de la masa media por tomo del elemento a 1/12 de la masa de un tomo

de Carbono 12.

La unidad empleada se representa con el smbolo u o uma, por lo tanto el peso

atmico del carbono es igual a 12u. Ejm. Na = 23 u; S = 32 uma.

2.11 PESO TOMO GRAMO EI peso tomo gramo es el peso atmico de un elemento expresado en gramos, o

tambin es el peso en tomos (6,02214129 x 10 23mol -1 tomos), de un elemento.

Este valor es tambin conocido como Nmero de Avogadro (NA)

1 At-g(E) = P.A.g ( E )

Es decir:

6,022x10 23 de E = 1 mol de tomos de E



Ejemplo: 1 At-gNa = 23 gramos

1 At-g S = 32 gramos.

Es decir: que 1 At-gNa = 23g 6,022x1023 tomos de Na

1 At-gS = 32g 6,022x1023 tomos de S

Pero si se desea saber cunto pesa un tomo de Na, se debe emplear la regla de

tres simple

6,022 x 10 23 tomos Na ------------ 23 g de Na

1 tomo Na ------------ X g de Na

X = 3,82 x 10 -23 tomos

Realice el clculo de 1 tomo de S.

2.12 TEORA ATMICA MODERNA.

La Teora Atmica moderna es tambin conocida como Teora Cuntica, fue

iniciada con las investigaciones de Planck (1900) , por medio de ecuaciones

matemticas, pero estuvo inconcluso y con varios errores, posteriormente otros

hicieron lo mismo pero Erwin Schrodinger (1926) propuso una ecuacin diferencial

con derivadas parciales Llamado ecuacin de onda y luego Mecnica cuntica

donde utiliz nmeros cunticos.

Por lo tanto la Teora Atmica Moiderna o Cuntica son las leyes que van a

determinar la posible posicin del electrn , as como el conocimiento de los

nmeros cunticos y la forma en que va a estar estructurado el electrn.

Considerando que un nmero cuntico es un parmetro que caracteriza el

movimiento de los electrones en las inmediaciones del ncleo, a travs del

principio de Aufbau de construccin, estos nmeros cunticos son los siguientes:

a) NUMERO CUNTICO PRINCIPAL(n).

Indica el nivel energtico principal del electrn, toma valores

enteros y positivos:

n = 1 2 3 4 5 6 7

n = K L M N O P Q



b) NMERO CUNTICO SECUNDARIO O AZIMUTAL(l) .

Determina el subnivel energtico y la forma de la nube

electrnica. Sus valores van de 0 a (n-1):

L = s p d f

L = 0 1 2 3

Forma = Esfrica Lobular Trebol Compleja

No. e- max. 2 6 10 14

Dnde :

s = sharp; p = principal; d = difuse; f = fundamental

c) NUMERO CUNTICO MAGNTICO (m).

Nos indica la orientacin de la nube electrnica en un eje

cartesiano tridimensional, los valores que puede tomar el

numero cuntico magntico (m) son de -l,0 y +l.

d) NUMERO CUNTICO DE SPIN (s).

Describe el sentido del giro del

electrn sobre su propio eje en

rotacin y la orientacin del campo

magntico que este produce, puede

tomar solo 2 valores:

s = + o s = -

Segn el principio de exclusin de Pauli, en un tomo no

pueden existir dos electrones con los cuatro nmeros cunticos iguales, as que

en cada orbital slo podrn colocarse dos electrones (correspondientes a los

valores de s +1/2 y -1/2) y en cada capa podrn situarse 2n2 electrones (dos en

cada orbital).

Adems se puede determinar la capacidad mxima de electrones que pueden

existir en cada nivel de energa y en cada subnivel y a partir de esto determinar la



configuracin electrnica de un elemento, sta permite identificar el nmero

atmico de un elemento, el grupo y el periodo al que corresponde en la tabla

peridica de elementos.

2.13 TABLA PERIDICA. Conforme se descubran nuevos elementos surge la necesidad de clasificarlos u

ordenarlos, se hicieron varios intentos por ordenar los elementos de acuerdo a

algn tipo de criterio sistemtico.

En 1869, el qumico ruso Dimitri Mendeleiev propuso que las propiedades tanto

fsicas como qumicas de los elementos variaban peridicamente al aumentar la

masa atmica.

2.14 TABLA PERIDICA ACTUAL. Moseley, en forma experimental estableci el tamao de la carga positiva de un

ncleo y que cada elemento difiere de otro por el nmero de protones, que se

establece que los nmeros atmicos son la clave para las relaciones peridicas de

los elementos. La ley peridica moderna indica que "las propiedades de los

elementos depende su nmero atmico y se repiten sistemticamente al

ordenarlos en funcin creciente de esta propiedad".

La tabla peridica actual est organizada en forma creciente del nmero atmico y

est organizada de la siguiente manera y es un modelo modificado del propuesto

por Alfred Werner.

Presenta 7 filas horizontales a las que se denomina periodos, los elementos de un

mismo periodo tienen igual mximo nivel en su configuracin electrnica. Presenta

columnas verticales o grupos, los elementos de un mismo grupo tienen igual

nmero de electrones valencia, la tabla peridica presenta 18 grupos que tambin

se pueden dividir en grupo A y grupo B.

De acuerdo a la clase de elementos la tabla peridica se divide en:

Los metales que se caracterizan por que conducen calor y la electricidad,

tienden a perder electrones (electropositivos), son slidos a temperatura

ambiente excepto el mercurio que es lquido.

Los no metales son considerados malos conductores de calor y de la

electricidad, ganan electrones, es decir son electronegativos, son

generalmente gases o lquidos, el bromo es lquido.



Los metaloides son aquellos que presentan tanto propiedades metlicas

como no metlicas.

Los gases nobles, son tomos estables y no se combinan con ningn otro

elemento, son monoatmicos, su estabilidad se debe a que tienen 8

electrones valencia excepto el helio.

Considerando sus propiedades electrnicas en la Tabla Peridica de Elementos

tambin coincide con la distribucin de su nmero cuntico azimutal.

2.15 PROPIEDADES PERlODlCAS:



a) ESTRUCTURA ELECTRNICA: Es la distribucin de los electrones en los

orbitales del tomo.

b) RADIO ATMICO: Es la mitad de la distancia entre 2 tomos idnticos.

c) ELECTRONEGATIVIDAD: Es la medida de la tendencia de un tomo a atraer

hacia si los electrones compartidos. Los elementos ms electronegativos son los

que ejercen mayor atraccin sobre los electrones. EI flor es el elemento ms

electronegativo y el cesio el menos electronegativo.

d) VALENCIA INICA: Son aquellos electrones que presenta un tomo en su

nivel de energa ms alto denominado capa de valencia.

11Na = 1 S2 2S2 2p6 3S1 En el nivel ms alto de energa tiene 1 electrn

e) POTENCIAL DE IONIZACIN (EI): Es la cantidad mnima de energa necesaria

para extraer un electrn de un tomo gaseoso en su estado basal.

f) AFINIDAD ELECTRNICA (AE): Es la cantidad de energa que se desprende

cuando el tomo gana un electrn para formar un ion con carga (-).

Entre otros estn: Carcter metlico, radio inico, densidad, carcter oxidante,

carcter reductor, punto de fusin entre otros.

2.16 PREGUNTAS PARA RESPONDER

1. Describa las caractersticas fsicas y qumicas del tomo.

2. Escriba los estados de agregacin de la materia.

3. Cul es la caracterstica del estado coloidal?

4. Cul es el valor del Nmero de Avogadro?

5. Explique en qu consisten los Postulados de Jhon Dalton

6. Dibuje el tomo del Potasio e indique los valores de Z, A, N y e-

7. Mencione 5 propiedades qumica de los elementos

8. Cules son los nmeros cunticos?

9. En qu consiste el principio de exclusin de Pauling?

10. Qu es la configuracin electrnica de los elementos qumicos?



2.17. PROBLEMAS RESUELTOS 1. Si un anillo de oro pesa 8 gramos (PA=196,97uma) . Calcule cuntos tomos

de oro posee?

6,022 x 10 23 tomos (Au) -------------- 196,97 g (Au)

X --------------- 8 g (Au)

X= 2,446 x 10 22 tomos de Au.

2. Si tiene una muestra de 500g de calcio (PA = 40u), calcule cuntos tomos

gramo de calcio presenta?

1 At-g de Ca ---------------------- 40 g Ca

X ----------------------- 500 g Ca

X = 12,5 At-g de Ca.

3. Calcule el peso de un tomo de Oxgeno O=16 uma.

6,022 x 10 23 tomos (O) --------------- 16 g (O)

1 tomo (O) ---------------- X

X= 2,66 x 10-23 g (O)

4. Indique el nmero de protones, neutrones y electrones del Rubidio (Z=37u;

PA=85,5u)

A = Z+N N= A Z

N= 85,5 37 N= 48,5

RESPUESTA: El nmero de protones es 37, el nmero de neutrones es 48,5 y de

electrones es 37u.

5. Si contamos con los siguientes datos del Cd, Z=48u; N=64,41. Calcule nmero

de electrones y peso atmico.

A= Z+N A= 48+64,41 A= 112,41u

RESPUESTA: El peso atmico de Cd es 112,41u y el nmero de electrones es de

48u.



2.18. EJERCICIOS PLANTEADOS 1. Utilizando su Tabla Peridica de elementos, indique el nmero de protones,

neutrones y electrones del K, Ca, Cl, Na y C.

2. Calcular el peso de 1At-g de Cu.

3. Calcular los tomos de Co presentes en 300 g de Co.

4. Calcular los gramos de Pb existentes en 20000 mg de Fe.

5. Calcule el Peso atmico del F, considerando que Z=9u y N=10u.

6. Calcule Z, del magnesio, considerando que PA= 24,3uma y N=12,3u

7. Calcule N de la plata, considerando que PA=107,87 uma; Z=47u

8. Calcule e- del Selenio considerando que PA=78,96 uma; Z=34u

9. Si en el fsforo e-=15u y PA=30,97u. Calcule Z y N.

10. Si en el hierro N=29,84u; y PA=55,84u. Calcule Z y e-



Enlace qumico electrovalente

3. ENLACES QUMICOS 3.1 INTRODUCCIN.- Desde el siglo XII se realizaron los primeros planteamientos sobre la

naturaliza de los enlaces qumicos, pero en el siglo XIX Berzelius sostuvo que la

fuerza que mantena unidos los tomos, en una sustancia inorgnica o en un

radical orgnico, era de naturaleza elctrica, debido a la doble estructura

elctrica del tomo. Considerando que cada molcula deba contener una parte

positiva y otra negativa, para que exista atraccin entre ellos, esta teora fue

demostrable en sustancias inorgnicas simples no as en sustancias orgnicas.

Pero ya para el ao 1931 Linus Pauling en The Nature of the Chemical Bond,

describi propiamente y tal como se conoce hasta nuestros das los enlaces

qumicos.

3.2 DEFINICIN.- Es la fuerza entre los tomos que los mantiene unidos en las molculas. Cuando

dos o ms tomos se acercan lo suficiente, puede producirse una fuerza de

atraccin entre los electrones de los tomos individuales y el ncleo de otro u

otros tomos. Si esta fuerza es lo suficientemente grande para mantener unidos

los tomos, se dice que se ha formado un enlace qumico. Todos los enlaces

qumicos resultan de la atraccin simultnea de uno o ms electrones por ms de

un ncleo.

3.3 TIPOS DE ENLACES QUMICOS.-

3.3.1. Enlace electrovalente o inico.- Enlace inico o electrocovalente: Cuando uno o ms electrones son transferidos desde la capa ms externa o de valencia de un elemento hacia la capa del otro, formndose un catin (transfiere) y un anin (recibe). El enlace inico resulta de la atraccin de iones de cargas opuestas con mucha diferencia de electronegatividad. Los metales de los grupos 1 (o IA) y 11 (o IB) de la tabla peridica tienden a perder un electrn para formar iones con una carga positiva; los de los grupos 2 (o IIA) y 12 (o IIB) tienden a perder dos electrones



S

para formar iones con dos cargas positivas, y de la misma forma los de los grupos 3 (o IIIB) y 13 (o IIIA) tienden a formar iones con tres cargas positivas. Por la misma razn, los halgenos, grupo 17 (o VIIA), tienden a ganar un electrn para formar iones con una carga negativa, y los elementos del grupo 16 (o VIA) a formar iones con dos cargas negativas. Sin embargo, conforme aumenta la carga neta de un ion, ste tiene menos estabilidad, as que las cargas aparentemente mayores seran minimizadas compartiendo los electrones covalentemente. El enlace inico cuenta con propiedades caractersticas:

o o Puntos de fusin elevados. o Puntos de ebullicin elevados. o Solubles en agua. o Conducen la electricidad fundidos o en disolucin. o No conducen la electricidad en estado slido.

3.3.2. Enlace covalente.-

En un enlace covalente, los dos tomos enlazados comparten electrones. Gilbert Lewis describi la formacin de un enlace qumico en el Hidrgeno como: Entonces el par de electrones compartidos se representa a menudo como una sola lnea. En el enlace covalente, cada electrn del par compartido es atrado por los ncleos de ambos tomos, esta atraccin mantiene unidos a los dos tomos en la molcula de H2 y es la responsable de la formacin de enlaces covalentes en otras molculas. En los enlaces covalentes entre tomos polielectrnicos slo participan los electrones de valencia. La formacin de estas molculas ilustra la regla del octeto, propuesta por Lewis que dice: Un tomo diferente del hidrgeno tiende a formar enlaces hasta que se rodea de ocho electrones de valencia, es decir, se forma un enlace covalente cuando no hay suficientes electrones para que cada tomo individualmente complete su octeto. Al compartir electrones en un enlace covalente, cada tomo completa su octeto. Para el hidrgeno, el requisito es que obtenga la configuracin electrnica del helio o un total de dos electrones. Para ello Lewis plante la simbologa conocida como la Estructura de Lewis, donde cada punto es un electrn y un par de electrones se simboliza por un par de puntos o una lnea.



S

S

S

Enlace metlico

En un simple enlace, dos tomos se unen por medio de un par de electrones. Ejemplo molcula de Fluor (F2) En muchos compuestos se forman enlaces mltiples, es decir, cuando dos tomos comparten dos o ms pares de electrones. Si dos tomos comparten dos pares de electrones, el enlace covalente se denomina doble enlace. Ejemplo Dixido de carbono (CO2) Un triple enlace surge cuando dos tomos comparten tres pares de electrones. Ejemplo la molcula de Nitrgeno (N2). Si los tomos del enlace covalente son de elementos diferentes, uno de ellos tiende a atraer a los electrones compartidos con ms fuerza, y los electrones pasan ms tiempo cerca de ese tomo; a este enlace se le conoce como covalente polar. Cuando los tomos unidos por un enlace covalente son iguales, ninguno de los tomos atrae a los electrones compartidos con ms fuerza que el otro; este fenmeno recibe el nombre de enlace covalente no polar o apolar. Para distinguir entre estos enlaces una propiedad til es la electronegatividad, que es la capacidad de un tomo para atraer hacia s los electrones de un enlace qumico. 3.4 ENLACE METLICO.- Los tomos de los metales (en estado slido) estn unidos por medio del enlace metlico. Todos y cada uno de los tomos del metal comparten, con todos los dems, los electrones de la capa de valencia (ltima capa), formando as una red tridimensional y compacta de cationes ordenados (cristal metlico) inmersa en una nube de electrones



Fuerzas intermoleculares

compartidos. Esta estructura tiene una gran estabilidad. El enlace metlico explica las propiedades que, en general, presentan los metales:

o Temperaturas de fusin elevadas, por lo que son slidos a temperatura ambiente (excepto el mercurio que es lquido).

o Buenos conductores del calor y la corriente elctrica, debido a la libertad de movimiento de los electrones por todo el metal.

o Dctiles (se pueden estirar para formar hilos) y maleables (se pueden trabajar para formar lminas finas).

o Son insolubles en agua. 3.5 FUERZAS INTERMOLECULARES.- Las fuerzas intermoleculares son fuerzas de atraccin entre las molculas. Las fuerzas intermoleculares suelen ser ms dbiles que las intramoleculares; por ello, se necesita menos energa para evaporar un lquido que para romper los enlaces de sus molculas. Para comprender las propiedades de la materia condensada es necesario entender los diferentes tipos de fuerzas intermoleculares que son: Las fuerzas dipolo dipolo, fuerzas dipolo- dipolo inducido, fuerzas in dipolo y las fuerzas de dispersin, todas estas integran lo que los qumicos denominan fuerzas de Van der Waals. El enlace de hidrgeno es un tipo de interaccin dipolo dipolo particularmente fuerte, dado que slo unos pocos elementos participan en la formacin del enlace de hidrgeno, ste se trata aparte.

3.5.1. Fuerzas dipolo dipolo.- Son las fuerzas de atraccin entre molculas polares, es decir, entre molculas que poseen momentos bipolares.

3.5.2. Fuerzas in dipolo.- Son las fuerzas que atraen entre s un in (ya sea un catin o un anin) y una molcula polar.

3.5.3. Fuerzas dipolo dipolo inducido.- Es la atraccin entre una molcula polar y el dipolo inducido.

3.5.4. FUERZAS DE DISPERSIN.- Son fuerzas de atraccin que se generan por los dipolos temporales inducidos en los tomos o molculas.



Enlace de hidrgeno

Interacciones Hidrofbicas

3.5.5. EL ENLACE DE HIDRGENO.-

Es un tipo especial de interaccin dipolo dipolo

entre el tomo de hidrgeno de un enlace polar,

como N --- H, O --- H o F --- H, y un tomo

electronegativo de O, N o F. El hidrgeno es el

nico tomo capaz de formar este tipo de enlace

porque al ser tan pequeo permite que los otros

tomos ms electronegativos de las molculas

vecinas puedan aproximarse lo suficiente a l

como para que la fuerza de atraccin sea

bastante intensa. De hecho slo los tomos

de F, O y N tienen la electronegatividad y

condiciones necesarias para intervenir en un

enlace de hidrgeno. La energa promedio de un

enlace de hidrgeno es mayor a 40 kJ/mol.

3.6 OTRAS INTERACCIONES.-

3.6.1. Interacciones hidrofbicas.- Estas interacciones han sido observadas en las

protenas, se producen entre molecular hidrofbicas

que presentan grupos fenlicos en su estructura. Este

tipo de interacciones son dbiles, carecen de

orientacin y son importantes en los fenmenos

biolgicos ya que son los responsables de mantener la

integridad de las biomolculas. Presentan una fuerza

de 1.5 Kcal/mol.

3.6.2. Interacciones electrostticas.-

Se presentan entre grupos con cargas opuestas, como se da en las protenas

entre los grupos terminales amino y carboxilo de sus aminocidos; en muchas

protenas, el balance de zonas polares y no polares obliga al polmero a adoptar

una estructura de tipo globular en la que extensas regiones de la protena se

encuentran escondidas del agua, en estas regiones los puentes salinos o

interacciones electrostticas son importantes para mantener la estabilidad en la

conformacin de la protena. Cualquier exposicin de las regiones interiores de la

protena permitir la solvatacin de los iones y la ruptura de los puentes salinos.

Presentan una fuerza de ms de 10 Kcal/mol.



I

Enlace covalente

I

3.7 EJERCICIOS.- 1. Grafique la estructura de Lewis del NF3. 2. Represente la reaccin Cl + Li Li Cl, detallando la distribucin electrnica y la naturaleza del enlace. 3. Represente la reaccin C + O2 C O2, por estructura de Lewis y la naturaleza del enlace. 4. Grafique la estructura de Lewis del NO -- 5. Indicar la naturaleza del enlace del Na2 S. 6. Indicar la naturaleza del enlace del Ca Cl2. 7. Indicar la naturaleza del enlace del CH3 Cl. 8. Indicar la naturaleza del enlace del NH4 NO3. 9. Represente la reaccin para obtener el Na Cl. 10. En relacin al enlace disulfuro, que tipo de enlace es. 3.8 RESPUESTAS.- 1. 2. Cl 3s23p5 + Li 2s1 Li + 1s2 + Cl - 3s23p5 ; Enlace inico. 4. . 5. 6. Enlace inico. 7. Enlace inico. 8. Enlace covalente.



I

9. 10.

I



I

4. REACCIONES QUMICAS 4.1 DEFINICIN: Una reaccin qumica (o cambio qumico) es todo proceso qumico en el que una o ms sustancias (reactivos) sufren transformaciones qumicas para convertirse en una o ms sustancias (productos). Reactivos Productos Esas sustancias pueden ser elementos o compuestos. Un ejemplo de reaccin qumica es la formacin del xido de hierro que se produce al reaccionar el oxgeno del aire con el hierro. 2 Fe + 3 O2 2 Fe2O3 En una reaccin qumica, los enlaces entre los tomos que forman los reactivos se rompen. Entonces, los tomos se reorganizan de otro modo, formando nuevos enlaces y dando lugar a una o ms sustancias diferentes a las iniciales como se puede ver en el siguiente esquema de representacin de la reaccin del cido clorhdrico con el nitrato de plata.

En una reaccin qumica se cumple la ley de conservacin de la masa: la suma

de las masas de los reactivos es igual a la suma de las masas de los productos.

Esto se debe a que durante la reaccin los tomos slo se reordenan en una

disposicin distinta.

4.2. REPRESENTACIN DE UNA REACCIN QUMICA Una reaccin qumica se representa mediante una ecuacin qumica: En el primer

miembro se encuentran las sustancias que reaccionan (reactivos), y en el segundo



miembro las sustancias que se forman (productos), separados por una flecha, si la

reaccin es irreversible o por dos (una en cada sentido), si la reaccin es

reversible.

Adems de las frmulas de las sustancias, deben estar los denominados

coeficientes estequiomtricos, los cuales indican la proporcin (moles) de las

sustancias que intervienen en la reaccin (ajuste). En algunos casos es necesario

especificar el estado de agregacin de la materia entre parntesis (slido, lquido o

gas). La frmula general ser del tipo:

a A + b B c C + d D

A y B son los reactivos, C y D los productos formados tras la reaccin. a, b, c y d son los coeficientes estequiomtricos. El nmero y tipo de tomos en ambos miembros deben ser iguales,

conforme al principio de conservacin de la masa; si esto es as, se dice que la

ecuacin est balanceada.

Ejemplos: H2CO3 CO2 + H2O (reaccin reversible)

2 H2(g) + O2(g) 2 H2O(l) (reaccin irreversible) En la ltima reaccin se expresa entre parntesis el estado de agregacin

de los reactivos y productos, comnmente se emplean (g) para gaseoso, (l) para

lquido, (s) para slido, etc.

4.3. TIPOS DE REACCIONES QUMICAS:

En funcin del tipo de transformacin, las reacciones qumicas se pueden

clasificar en las siguientes.

4.3.1. REACCIONES DE SNTESIS:

Reacciones en que se unen qumicamente dos o ms elementos o

compuestos para formar compuestos ms complejos A + B AB

Ejemplos: N2 + 3 H2 2 NH3

2 Ca + O2 2 CaO



2 Na + CI2 2 NaCI

4.3.2. REACCIONES DE DESCOMPOSICIN:

Cuando una sustancia compleja por accin de diferentes factores (calor Q) se

descompone en otras ms sencillas:

Ejemplos:

AB A + B

MgCO3 + Q MgO + CO2

Ca(OH)2 + Q CaO + H2O

2 KClO3 +Q 2 KCl + 3 O2

4.3.3. REACCIONES DE SUSTITUCIN: Donde un elemento de un compuesto es sustituido por otro que interviene en la

reaccin:

A + BC B + AC El elemento B del compuesto BC es sustituido por el elemento A. Ejemplos: Zn + 2HCl ZnCl2 + H2

Mg + H2SO4 MgSO4 + H2 Fe + CuSO4 Cu + FeSO4

4.3.4. REACCIONES DE DOBLE SUSTITUCIN:

Ocurre cuando reaccionan dos compuestos que intercambian elementos,

formndose dos nuevos compuestos:

AB + CD CB + AD

Ejemplos: NaCl + AgNO3 AgCl + NaNO3

H2SO3 + 2 NaOH Na2SO3 + 2 H2O

4.3.5. REACCIONES DE COMBUSTIN:



En estas reacciones, el oxgeno se combina con una sustancia combustible y

como resultado se desprende calor y/o luz. Combustin de hidrocarburos con O2

CH + O2 CO2 + H2O

Ejemplos:

2 C4H10 + 13O2 8 CO2 + 10 H2O C3H8 + 5 O2 3 CO2 + 4 H2O

4.3.6. REACCIONES DE NEUTRALIZACIN: Consiste en la neutralizacin de un cido o una base, mediante el empleo de una

base o un cido con la correspondiente generacin de agua.

cido + Base Sal + Agua

Ejemplos: HCl + NaOH NaCl + H2O

H2SO4 + Ca(OH)2 CaSO4 + 2 H2O

4.3.7. REACCIONES DE ACUERDO A SU ENERGA: En trminos de energa, en toda reaccin qumica hay emisin o absorcin de

energa que se manifiesta como luz y/o calor. Aqu aparece el concepto de

Entalpa, entendida como la energa que se libera o absorbe. La energa liberada

o absorbida se denomina calor de reaccin o entalpa (H) por consiguiente:

En una reaccin exotrmica la entalpa es negativa (H = -) En una reaccin

endotrmica la entalpa es positiva (H = +)

4.3.7.1 REACCIONES EXOTRMICAS:

Son aquellas que al producirse, desprenden o liberan calor representado por

una variacin de entalpa H.

A + BC AB + C + H

Ejemplos: 2 C4H10 + 13 O2 8 CO2 + 10 H2O + H

2 Al + 6 HCl 2 AlCl3 + 3 H2 + H

4.3.7.2 REACCIONES ENDOTRMICAS:



Son aquellas reacciones en las que es necesaria la absorcin de calor para que

puedan llevarse a cabo.

H + A + BC AB + C

Ejemplos: CaCO3 + H CaO + CO2

Cu + H2SO4 + H CuSO4 + H2

4.3.8. REACCIONES DE ACUERDO A SU REVERSIBILIDAD:

4.3.8.1 REACCIONES REVERSIBLES: Cuando los productos de una reaccin pueden volver a reaccionar entre s, para

generar los reactivos iniciales. Tambin se puede decir que la reaccin se produce

en ambos sentidos.

A + B AB Ejemplos: CO2 + H2O H2CO3

FeCI3 + 3 KSCN Fe(SCN)3 + 3 KCl

4.3.8.2 REACCIONES IRREVERSIBLES: Cuando los productos permanecen estables y no dan lugar a que se formen los

reactivos iniciales, de esta forma la reaccin contina en la direccin que muestra

la ecuacin.

A + B AB

Ejemplos: 2 K + HNO3 2 KNO3 + H2

AgNO3 + NaCI NaNO3 + AgCl Toda reaccin es ms o menos reversible; pero en muchos casos esta

reversibilidad es tan insignificante que se prefiere considerar prcticamente

irreversible.



I

4.3.9. REACCIN REDOX:

Las reacciones qumicas de xido-reduccin (reacciones redox) son aquellas en

las que se produce una transferencia de electrones, donde se presenta una

variacin de los estados de oxidacin de las sustancias.

Oxidacin: Es un cambio qumico, en el cual un tomo o grupo de tomos

pierde electrones. Ejemplo:

Al0 Al3+ +3 e- Reduccin: Es un cambio qumico, en el cual un tomo o grupo de tomos gana

electrones. Ejemplo:

Ag+ + 1e- Ag0 Cada salto equivale a un electrn. En una reaccin qumica REDOX, la oxidacin y la reduccin ocurren

simultneamente. El nmero de electrones ganado por un tomo o grupo de

tomos, es perdido por otro tomo o grupo de tomos. En estas reacciones NO

hay produccin ni consumo de electrones, slo hay transferencia.

Los elementos que ceden electrones se oxidan y se llaman agentes reductores. Los elementos que ganan electrones se reducen y se denominan agentes oxidantes. En la reaccin Fe0 Fe2+ + 2 e-, el Fe es la sustancia que pierde e-, se oxida,

por tanto es el agente reductor.

En la reaccin Cu2+ + 2 e- Cu0, el Cu2+ es la especie qumica que gana e-,

se reduce, por tanto es el agente oxidante.

Sumando ambas ecuaciones, denominadas tambin semireacciones, se

obtiene la reaccin de oxidacin - reduccin o redox:

Fe0 + Cu2+ Fe2+ + Cu0



Esquema del electrodo normal de hidrgeno

4.3.9.1 EL POTENCIAL REDOX (E0) Es un valor relativo que se obtiene comparando el potencial redox de un sistema

con el potencial del electrodo normal de hidrgeno al que se le asigna un valor de

E0 = 0,00 V (potencial normal) a pH = 0. En los sistemas biolgicos (pH = 7,0) el

potencial redox es de E0 = - 0,42 V

El electrodo normal de hidrgeno: Consiste en un alambre de platino sumergido en

una solucin 1 M de iones hidrgeno (H+), a 25 C, en la que se hace burbujear

gas hidrgeno (H2) a la presin de 1 atm.

Se indica en la siguiente forma: E0 H+ /H2 = 0. Un valor E

0 positivo y de alta

magnitud indica que se favorece las reacciones de oxidacin. En cambio, un

valor E0 negativo y de baja magnitud indica un ambiente altamente reductor.

Los potenciales Redox se encuentran tabulados y a continuacin se presentan algunos ejemplos de los potenciales Redox de algunos sistemas.

SISTEMA E0 (V)

Li+

+ 1 e-

Li - 3,045

Al3+

+ 3 e-

Al - 1,662

Fe2+

+ 2 e-

Fe - 0,44

Cu2+

+ 2 e-

Cu + 0,336 2- + - 3+

Cr2O7 + 14 H + 6 e 2 Cr + 7 H2O + 1,333

F2 + 2 e-

2 F- + 3,05



SISTEMAS BIOLOGICOS E0 (V)

acetato-

+ 3 H+

+ 3 e-

acetaldehdo + H2O - 0,581

cistina + 2 H+

+ 2 e-

2 cisteina - 0,340

NADP+

+ H+

+ 2 e-

NADPH - 0,320

fumarato-

+ 2 H+

+ 2 e-

succinato- + 0,031

citocromo c1 ( Fe3+

) + e-

citocromo c1 ( Fe2+

) + 0,220

citocromo a3 ( Fe3+

) + e-

citocromo a3 ( Fe2+

) + 0,385

4.3.10. REACCIONES METABLICAS

Cada clula desarrolla miles de reacciones qumicas que pueden ser exergnicas

(con liberacin de energa) o endergnicas (con consumo de energa), que en su

conjunto constituyen el metabolismo celular.

a) Las reacciones exergnicas o exotrmicas:

Son aquellas que liberan energa qumica y calrica al medio externo, por

ejemplo todas las reacciones rdox o de xido-reduccin que estn

involucradas en la respiracin celular aerobia (gluclisis, ciclo de krebs, cadena

oxidativa).

b) Las reacciones endergnicas o endotrmicas:

Son aquellas que necesitan incorporar energa qumica para sintetizar o

producir molculas orgnicas, no se produce liberacin de calor hacia el medio

externo, por ejemplo la fotosntesis oxignica, la sntesis de protenas, la sntesis

de lpidos.

4.4. ESTEQUIOMETRIA: Parte de la qumica que se encarga del estudi

quimica 2012

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