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Tema 1
Conceptos Básicos
Composición del átomo El átomo está formado por núcleo y corteza. En el núcleo se encuentran los protones (h+, cargados positivamente) y los neutrones (sin carga eléctrica), y en la corteza, los electrones (e- cargados negativamente) ocupando los orbitales atómicos. Un átomo, de un elemento dado, por ejemplo el Helio (He), se caracteriza por el número de h+ en el núcleo. En el caso del He el número de h+^ es 2. Al número de h+^ en el núcleo, para átomos de un elemento dado, se le conoce como número atómico (es su “huella dactilar”) h+^ y e-^ poseen la misma carga eléctrica, pero de signo opuesto. En átomos neutros, el número de h+^ y e-^ es el mismo. De un átomo podemos extraer o introducir e-^ (h+^ no, ya que entonces el átomo pasaría a ser un elemento distinto. Habría que romper el núcleo, y esto implica reacciones nucleares que no entran en el contenido de este tema). Cuando extraemos e-, el número de h+^ es mayor que el de e-, y entonces el átomo deja de ser neutro para convertirse en un ion positivo o catión. Si extraemos 1 e-, la carga del catión será +1, si extraemos 2, será +2 etc… Si por el contrario, en lugar de extraer un e-, lo introducimos, entonces el número de e-^ es mayor que el de h+, y el átomo pierde también su neutralidad para convertirse en un ion negativo o anión. Si introducimos 1 e-, la carga del anión será -1, si introducimos 2, será -2 etc. Los neutrones por su parte, como ya hemos dicho, se encuentran en el núcleo, y no tienen carga eléctrica. Su función es estabilizar el núcleo, pues en éste se encuentran los h+, que al tener carga del mismo signo se repelen entre sí. Su número, para átomos de un mismo elemento, es variable, dando lugar a los denominados isótopos. 2 átomos cualesquiera son isótopos entre sí, o de un mismo elemento, cuando tienen el mismo número de h+^ pero diferente número de neutrones. A la suma del número de h+^ y el número de neutrones de un átomo se le conoce como número másico:
Ejemplo: Isótopos del Hidrógeno: Hidrógeno, Deuterio y Tritio Bloque de preguntas 1: ¿Cuántos protones tiene el Hidrógeno?¿Y el Deuterio?¿Cuál es el número atómico del Tritio?¿Cual es el número másico del Hidrógeno?¿Y del Deuterio? ¿Cuántos electrones hay en el átomo de Hidrógeno?¿Y en en el de Deuterio y Tritio? Bloque de preguntas 2: ¿Qué elemento de la tabla periódica tiene 3 protones en el núcleo? ¿Cuántos electrones tiene dicho elemento? Si le quito un electrón, ¿en qué se convierte? ¿Y si le quito un protón? ¿Y si le añado un electrón? ¿Y si le añado un protón? Masa atómica y molecular Los átomos tienen unas dimensiones muy reducidas. Si cogemos un átomo, por ejemplo de Carbono (C), y lo pesamos, su peso en g es del orden de 1x10-24^ g. Así, para poder trabajar más cómodamente con el peso de los átomos, se ha definido una unidad de masa distinta del gramo, denominada unidad de masa atómica (uma) ¿Cuál es la equivalencia entre el gr y uma? Para que nos hagamos una idea. De alguna forma se cogió un átomo del isótopo de carbono 12 (un átomo de carbono con 6 neutrones), se peso en gr, y el resultado se dividió entre 12. Pues bien, el resultado de esta división es una uma (unidad de masa atómica), que en gramos será una cifra muuuuuy pequeña. El átomo del isótopo de carbono 12 pesa 12 uma. Más adelante calcularemos su masa (o su peso, que es decir lo mismo) en gramos
Estado Gaseoso Volumen molar Un mol de cualquier gas, en condiciones normales de presión (1 atm) y temperatura (0ºC = 273K) ocupa siempre un volumen de 22,4 L. A este volumen se le denomina volumen molar, y según la definición de mol, contiene 6,023x10^23 moléculas Ejercicio: Calcular el número de moles de metano, en condiciones normales de presión y temperatura que hay en 1m^3 (recordar que 1 dm^3 = 1L) Ecuación de estado de los gases ideales: PV = nRT Donde P es la presión en atmósferas, V el volumen en litros, n es el número de moles, T, es la temperatura absoluta (K) y R es la constante de los gases ideales cuyo valor es 0.082 atm·L/ K·mol Ejercicio: Calcula el número de moles de metano contenidos en un volumen de 2L, si la temperatura es de 25ºC y la presión es de 2 atm. ¿Qué presión ejercerá dicho número de moles si reducimos el volumen a la mitad? Y si, en cambio, aumentamos la presión a 3 atm ¿cuál será el volumen? Fracción molar de un gas en una mezcla de gases (fmolar) En una mezcla de gases, la fracción molar de un gas (fmolar) es la relación existente entre los moles de dicho gas, y los moles totales contenidos en la mezcla Ejercicio: Calcula la fracción molar del CO 2 en una mezcla que, medida en condiciones normales de presión y temperatura, contiene 2 moles de CO 2 y 3 moles de CO Presión parcial de un gas en una mezcla de gases La presión parcial de un gas en una mezcla de gases, es la presión que ejercería dicho gas si ocupase teóricamente él sólo todo el volumen que ocupa la mezcla. Se calcula multiplicando su fracción molar por la presión total que ejerce la mezcla de gases: Pparcial=fmolar·Ptotal Ejercicio: Un recipiente de 10 L contiene una mezcla de CO 2 y CO (cuyas fracciones molares son 0,22 y 0,78 respectivamente), ejerciendo la mezcla una presión de 2 atm a la temperatura de 27ºC. Calcula la presión parcial ejercida por cada gas en el recipiente
Estado líquido. Disoluciones Las disoluciones son mezclas homogéneas de dos o más sustancias. Las disoluciones homogéneas son aquellas que presentan las mismas propiedades en todos sus puntos. (Por el contrario, en las disoluciones heterogéneas las propiedades pueden variar de un punto a otro). Solo vamos a considerar disoluciones de dos componentes (binarias). Al componente que se encuentra en mayor proporción se le denomina disolvente, y al que se encuentra en menor proporción se le denomina soluto. Cuando uno de los componentes es el agua, se toma como disolvente. La concentración de una disolución es la cantidad de soluto disuelta en una cierta cantidad de disolvente o de disolución. Se puede expresar de formas diferentes, entre otras, como: Tanto por ciento en peso (%): Indica el número de gramos de soluto contenidos en 100 g de disolución Molaridad (M): Indica el número de moles de soluto disuelto en cada litro de disolución Molalidad (m): Indica el número de moles de soluto disuelto en cada kilogramo de disolvente Fracción molar (fmolar): La fracción molar de soluto o de disolvente, indica la relación entre el número de moles de soluto o disolvente y el número total de moles en la disolución. Evidentemente, la suma de la fracción molar de soluto y la de disolvente es uno Ejercicio: Disolvemos 10 gr de NaCl en 1 litro de agua (densidad = 1gr/cm^3 ). Considerando, que la densidad de la disolución resultante es 1.01 gr/cm^3 , determina: Tanto por ciento en peso, molaridad y molalidad de la disolución, así como la fracción molar del soluto y del disolvente.
Reacciones químicas Ajustar Reacciones Químicas Ejercicio: Ajusta la siguiente reacción química: NaCl + H 2 SO 4 → Na 2 SO 4 + HCl a b c d NaCl + H 2 SO 4 → Na 2 SO 4 + HCl Na; a = 2c Cl; a = d H; 2b = d S; b = c O; 4b = 4c Si a=2 → c=1, d=2, b= 2NaCl + H 2 SO 4 → Na 2 SO 4 + 2HCl Pregunta Por cada mol de NaCl, ¿cuántos moles de HCl obtenemos? ¿Y de Na 2 SO 4?
Cuestiones: 1, 2, 4, 5, 6, 8, 9, 10 ,11 y 15 Problemas: 1, 2, 3, 5, 8, 12, 13, 15, 16, 17, 18, 20, 21, 22, 25, 27, 29, 32, 35 y 37
