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LA QUÍMICA
QUÍMICA
¿Qué estudia la química? La Química se conoce como la ciencia que analiza la composición, las propiedades y la estructura de los diferentes tipos de materia, así como los cambios que experimenta y la energía asociada a ellos. Los cambios químicos y la energía que producen son tan importantes que han encontrado aplicación en diversos campos profesionales como la ingeniería (aceros inoxidables, pinturas), la arquitectura (ladrillos, vidrios), en medicina (vacunas, sueros, antibióticos), en la agricultura (fertilizantes e insecticidas)
En general, se puede decir que la mayor parte de las actividades del género humano reciben apoyo de la química para desarrollarse.
En la actualidad se conocen varias ciencias (ramas de la química) que tienen una relación íntima entre ellas. Algunos ejemplos de estas ciencias son:
Química Inorgánica: estudio de los elementos químicos y sus compuestos, excepto el carbono (química de los minerales)
Química Orgánica: estudia los compuestos del carbono (derivados de seres vivos y del petróleo).
Química Analítica: tiene como fin la identificación (análisis cualitativo), separación y determinación cuantitativa (análisis cualitativo) de la composición de las diferentes substancias.
Fisicoquímica: estudia, fundamentalmente, la estructura de la materia, los cambios energéticos, las leyes, los principios y teorías que explican las transformaciones de una forma de materia a otra.
Bioquímica: estudia a las substancias que forman parte de los organismos vivos (metabolismos celulares).
Sin embargo, debido al desarrollo tan grande que ha tenido la química en los siglos XIX y XX, ha sido necesario ampliar el número de ramas, entre las que se encuentran: la electroquímica, la química nuclear, la petroquímica, la radioquímica, la nanotecnología, la biotecnología y otras más.
EL MÉTODO CIENTÍFICO
Consiste en ?jar la atención en un hecho o suceso de nuestro entorno.
E s l a b ú s q u e d a d e información en libros y o t r a s f u e n t e s p a r a encontrar una base que nos p e r m i t a p r o p o n e r explicaciones atinadas
S o n l a s p o s i b l e s explicaciones al fenómeno observado. La hipótesis es una suposición inteligente q u e e s n e c e s a r i o comprobar
Una ley cientí?ca es una generalización concisa, que resume los resultados de u n a a m p l i a g a m a d e o b s e r v a c i o n e s y experimentos
E n e s t e p a s o s e comprueban las hipótesis, con las que no veri?can se sacan otras hipótesis. Los e x p e r i m e n t o s n o s proporcionan datos que sometemos a un análisis. En realidad, la experimentación es una observación mas, pero debidamente
Es una explicación amplia acerca de un hecho o fenóm eno. Las teorías pueden ser rebatidas con el tiempo.
OBSERVACIÓN
RECOPILACION DE DATOS
PLANTEAMIENTO DE LEYES
HIPÓTESIS
EXPERIMENTO
TEOR AÍ
DESARROLLO DEL TEMA
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I. MATERIA
Es toda realidad objetiva que impresiona nuestros sen- tidos, tiene masa y ocupa un lugar en el espacio.
A. Masa
Es la medida de la inercia de un material, debido a la cantidad de materia que posee.
B. Energía
Es la otra forma de existencia en el universo. Se plantea la equivalencia siguiente:
m masa E mc^2 c Velocidad de la luz en el vacío. E energía equivalente
Ejemplo del método científico Imagina que te sientas en el sofá dispuesto a ver un rato la televisión y al apretar el mando a distancia, no se enciende la tele. Repites la operación tres veces y nada. Miras si el mando está bien, cambias las pilas y sigue sin encenderse la tv. Te acercas a la tv y pruebas directamente con sus mandos, pero siguen sin funcionar. Compruebas si está desconectada, pero está conectada y sin embargo no funciona. Buscas interruptores de la sala y no se encienden las luces. Compruebas en otras habitaciones y tampoco. Sospechas que el problema está en la caja de los plomos central. Vas inspeccionarla y había saltado. Reconectas y todo funciona...
Este proceso sigue una estrategia que desarrollamos muchas veces de manera inconsciente en la vida cotidiana y que se asemeja mucho al método científico
- Observación : detectas el problema de que no funciona la TV
- Hipótesis
a) Primera hipótesis: quizás no he apretado bien los botones del mando o no he apuntado bien a la TV. b) Segunda hipótesis: no funcionan las pilas del mando. c) Tercera hipótesis: el problema está en los mandos del televisor o en la conexión. d) Cuarta hipótesis: la caja de plomos no funciona
3. Experimentación: Se comprueba cada una de las hipótesis 4. Teoría: Se ha quemado el plomo de la caja de fusibles La diferencia de este ejemplo con el método científico es que este es más sistemático y explicito que en nuestra vida cotidiana y esto es necesario para que no se pierda información importante en el análisis que se hace.
C. Estados de agregación física de la materia
Se tienen las siguientes características
D. Plasma
Es el estado de la materia más abundante del univer- so, existe a temperaturas mayores de 10^4 °C formado por una mezcla de cationes y electrones, se encuen- tra en una estrella viva (sol), supernova, pulsar.
E. Condensado de Bose - Einstein
Es el quinto estado de la materia a una temperatura muy baja en la cual los sólidos adoptan su mejor cristalización y la impureza tiende a ser nula, en él la sustancia estará en su estado más puro.
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B. Cuerpo
Forma limitada y geométricamente definida de ma- teria, formada por la unión de sustancias.
Ejemplo:
Cuerpos Botón de plástico Vaso de vidrio Clavo de fierro
C. Sustancia
Es la unión de elementos de igual o diferente natu- raleza, se representan por un símbolo o fórmula, hay 2 clases:
- Sustancia simple Formada por una sola clase de elemento.
Ejemplo:
Sustancia simple Fórmula Oxígeno O 2 Ozono O 3 Cloro (^) C 2 Azufre rómbico S 8 Azufre monoclínico S
- Sustancias alotrópicas Son sustancias simples de un mismo elemento, en el mismo estado físico, pero con diferente fórmula o estructura cristalina.
Ejemplos: O2(g) y O3(g) S8(s) y S(s) P4(s) y P(s)
D. Elemento
Conjunto de átomos con igual número de protones, se reconocen por su símbolo. Ejemplo: oxígeno: O; hidrógeno: H
V. FENÓMENO
Acontecimiento que provoca cambios en la estructura de la materia.
A. Fenómeno físico
Cambia sólo la estructura física (externa) de la ma- teria.
Ejemplo:
- Disolver azúcar en agua.
- Hervir el agua para que pase de líquido a vapor.
B. Fenómeno químico
Cambia la identidad química de la materia, convierte a una sustancia en otra. Ejemplo:
- Quemar papel.
- Encostramiento de la sangre.
- Digestión de los alimentos.
- Cocer un huevo.
C. Fenómeno nuclear
Cambia la identidad nuclear de la materia, o sea cambia la naturaleza de los elementos que consti- tuyen la materia inicial, con gran desprendimiento de energía.
Ejemplo:
- Lo que ocurre en la bomba atómica 235 1 144 89 1 92 U +^0 n^ 56 Ba +^36 Kr + 3 n + energía 0
Un átomo de uranio al chocar con un neutrón, su núcleo se rompe en 2 núcleos más pequeños: Bario y Kriptón y 3 neutrones, liberándose una gran cantidad de energía.
- Lo que ocurre en las entrañas del Sol (el hidró- geno se convierte en Helio). 2 3 4 1 H^ ^1 H^ ^2 He^ ^ Energía^ n
- Sustancia compuesta o compuesto químico: Formada por 2 ó más clases de elementos.
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DIVISIÓN DE UN CUERPO Se logra por diferentes medios cada vez más sofisticados hasta un límite de división, veamos:
I. UNIÓN DE SUSTANCIAS
A. Reacción química de sustancias
Es la unión de 2 ó más sustancias, en proporciones fijas y definidas, tal que las propiedades químicas de los productos son diferentes a las de los reac- tantes, se reconocen por una ecuación química.
- 2H 2 O 2 2H O 2 : Formación del agua.
- (^) 2SO 2 O 2 2SO 3 : Formación del anhídrido sul- fúrico.
- (^) H O 2 SO 3 H SO 2 4 : Formación del ácido sulfúrico.
B. Mezcla de sustancias
Es la unión de 2 ó más sustancias en proporciones variables, tal que las propiedades químicas de éstas permanecen inalterables hasta el final del proceso; no presentan ecuación química; puede ser de 2 clases:
1. Mezcla homogénea o solución Aquella donde un componente (soluto) se ha disuelto completamente en otro (solvente), tal que no pueden ser diferenciados ni con la ayuda del ultramicroscopio, presentan una sola fase.
Ejemplo:
- Soluto : NaC
- Solvente : H O 2
- Constituyentes son los elementos: Sodio, Cloro, Hidrógeno y Oxígeno.
el agua salada es una solución monofásica, binaria y tetraelemental.
2. Mezcla heterogénea Aquella donde un componente (Fase Dispersa: F.D.) no se puede disolver en otro (Medio Dis- persante: M.D.) a lo más se dispersará en dicho medio, por lo que pueden ser observadas a sim- ple vista, o con ayuda del microscopio (Mezcla heterogénea fina).
Ejemplo:
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DECANTACIÓN
Consiste en separar componentes que contienen diferentes fases (por ejemplo, 2 líquidos que no se mezclan, sólido y líquido, etc.) siempre y cuando exista una diferencia significativa entre las densidades de las fases. La Separación se efectúa vertiendo la fase superior (menos densa) o la inferior (más densa). En el caso de separar dos líquidos inmiscibles, se usa para esto la pera de decantación
embudo de decantación
aceite
agua
tubo estrecho de goteo
DESTILACIÓN
Consiste en separar dos liquidos miscibles basándose en las diferencias en los puntos de ebullición de los líquidos. Cabe recordar que un compuesto de punto de ebullición bajo se considera «volátil» en relación con los otros componentes de puntos de ebullición mayor y por lo tanto tendrá una presión de vapor alta.
CROMATOGRAFIA
La cromatografía engloba a un conjunto de técnicas de análisis basadas en la separación de los componentes de una mezcla y su posterior detección.
Las técnicas cromatográficas son muy variadas, pero en todas ellas hay una fase móvil que consiste en un fluido (gas o líquido) que arrastra a la muestra a través de una fase estacionaria que se trata de un sólido o un líquido fijado en un sólido. Los componentes de la mezcla interaccionan de distinta forma con la fase estacionaria y con la fase móvil. De este modo, los componentes atraviesan la fase estacionaria a distintas velocidades y se van separando. Por ejemplo, para separar los componentes de una mezcla desconocida «M» que suponemos está formada por dos sustancias «A» y «B», se coloca una gota de esta muestra sobre el papel a lo largo de la línea tal como muestra la figura
Papel filtro o fase estacionaria
M
Se sumerge la parte inferior de este papel en una solución o fase móvil, esta atraerá a uno o a los dos componentes de la muestra al ir ascendiendo mojando el papel pero a diferentes velocidades de arrastre, quedando separada la mezcla. Después que se ha realizado la cromatografía de papel, observamos lo siguiente: Componente A Componente B
Fase móvil que va ascendiendo mojando papel CRISTALIZACIÓN Este método se utiliza para separar una mezcla de sólidos que sean solubles en el mismo disolvente pero con diferente grado de solubilidad en el disolvente. Una vez que la mezcla esté disuelta, puede calentarse para evaporar parte de disolvente y así concentrar la disolución. La eliminación continua del solvente provocara que la solución se sature para el sólido menos soluble, precipitando o cristalizando este compuesto, con lo cual se logra su separación del líquido.
Solución saturada de NaCl en proceso de evaporación del solvente
La parte oscura representa el NaCl sólido que va precipitando
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Problema 1
Señale la alternativa que presenta la
secuencia correcta, después de deter- minar si las proposiciones son verda- deras (V) o falsas (F):
I. El aire es una sustancia.
II. El grafito y el diamante son formas
alotrópicas del mismo elemento.
III. Una solución es un sistema homo-
géneo. UNI 2010-II
A) VVV B) VVF
C) VFV D) FVV
E) FFV
Resolución:
Análisis de los datos
I. Falso (F)
El aire es una mezcla homogénea.
II. Verdadero (V)
El carbono en forma natural pre- senta dos átomos que son el dia- mante (cúbico) y el grafito (hexa- gonal).
III. Verdadero (V) Toda solución es un sistema ho- mogéneo, es decir, monofásico.
Respuesta: D) FVV Problema 2 Las sustancias poseen propiedades y su- fren cambios físicos y químicos. Al res- pecto, marque la alternativa correcta. UNI 2011-I A) La temperatura de un sólido es una propiedad extensiva. B) El volumen de un líquido es una propiedad intensiva. C) Al freír un huevo, en aceite calien- te, ocurre un cambio químico. D) La erosión de las rocas es un fenó- meno químico. E) La disolución de la sal de cocina en agua es un cambio químico.
Resolución: Ubicación de incógnita Veracidad de las proposiciones
A) Falso:
La temperatura es una propiedad intensiva de la materia por que no depende de la cantidad de materia.
B) Falso: El volumen es una propiedad ex- tensiva de la materia por que de- pende de la cantidad de materia.
C) Verdadero: Al freir un huevo existe un cambio químico.
D) Falso: La erosión es el deterioro de la su- perficie por fricción del viento y las lluvias, siendo asi un cambio físico.
E) Falso: La dilución es un cambio físico.
Respuesta: C) Al freír un huevo, en aceite caliente, ocurre un cambio químico.
problemas resueltos
ESTRUCTURA ATÓMICA ACTUAL
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En 1990 los físicos norteamericanos Fridman, Kendal y el canadiense Taylor establecieron que los "Quarks" son las mínimas expresiones de materia hasta ahora en- contrados.
A. Un protón
B. Un neutrón
C. Partículas subatómicas
En la actualidad se conocen la existencia de más de 232 partículas subatómicas, de las cuales men- cionaremos algunas.
1. Fotón No tiene Quark (masa en reposo es cero). 2. Leptones Son partículas de masa muy pequeña, estas son: Electrón (e–) Neutrino ( 0 , (^) t , (^) u ) - t TAUÓN - u MUÓN 3. Hadrones Son partículas constituidas por Quarks, se agru- pan en: - Mesones , son partículas de masa ligera y están constituidas por un Quark y un anti- quark (q (^) q ) así tenemos:
PIÓN (^ +^ ;^ ^ ;^ °)
MESON KAÓN (K)
- Bariones , son partículas pesadas y están constituídas por tres Quarks, así tenemos: Protón (p+) Alfa ( ) Neutrón (n) Sigma ( ) Lambda ( ) Omega ( )
C. Representación de un núclido
E
A z E
A z
x± E
A z
x±
E
A z
x+
Catión
E
A z
x– Átomo neutro Ión
- E = Símbolo químico del átomo del elemento químico.
- X = carga iónica del átomo.
D. Especies atómicas
Se llaman así al conjunto de núclidos que poseen igual número de nucleones positivos o neutros, de- pendiendo ello de su naturaleza.
Especies Ejemplo
Isótopos (Hílidos)
Isóbaro
Isótonos
Z
A
n
Cl
35
17 Cl
37 17
Cd
114
48 In
114 49
K
39
19 Ca
40 20
Físicas Químicas
Algunas Físicas Químicas
Físicas Químicas (^)
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ESTRUCTURA ATÓMICA ACTUAL
1. Isótopos del hidrógeno
Catión
Problema 1 El número de masa de un elemento es 238 y su número atómico es 92. El número de protones que existe en el núcleo de este elemento es:
UNI 70 UNI 2010-I A) 238 B) 92 C) 146 D) 330 E) Faltan datos
Resolución: Definición: El número atómico (Z) nos indica la cantidad de protones que existe en el núcleo del átomo.
Z 92 # p 92
Respuesta: B) 92
Problema 2 De las siguientes configuraciones electrónicas indique la incorrecta: UNI 84 UNI 2010-I A) F– (Z = 9) 1s^2 2s^2 2p^6 B) C^ ^ (Z^ 17)1s 2s 2p 3s 3p 3p 3p^2 2 6 2 2 x 2 y 1 z C) Ca (Z = 20) 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 D) Ar (Z = 18) 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 E) Br(Z 35)1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d^2 2 6 2 6 2 10 4p 4p 4p^2 x^2 y^1 z
Resolución: El (^17) C 1 posee 18
17 1 2 2 6 2 6 2 2 6 2 2 2 2 x y z
C 1s 2s 2p 3s 3p 1s 2s 2p 3s 3p 3p 3p
^
Respuesta: B) C^ –^ (Z^ 17)1s 2s 2p 3s 3p 3p 3p^2 2 6 2 2 x^2 y^1
Problema 3 El cloro natural tiene número atómico 17 y su masa atómica 35,5. ¿Cuántos protones tiene en su núcleo?
UNI 84 UNI 2010-I A) 7 B) 17 C) 18, D) 23 E) 35,
Resolución: Definición: El número atómico (Z) nos indica la cantidad de protones. Z = #p+ = 17 #p = 17
Respuesta: B) 17
problemas resueltos
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NÚMEROS CUÁNTICOS
B. Número cuántico secundario azimutal o de mo-
mento angular (l)
Indica la forma del orbital; para el electrón nos indica el subnivel donde se encuentra. 0, 1, 2, ....(n 1) = 0 (^) s = 1 p = 2 d = 3 f
C. Número cuántico magnético (ml)
Indica la orientación que tiene el orbital en el espacio.
m (^) ;........; 0;........
D. Número cuántico espin o giro (m s )
Indica la rotación del electrón alrededor de su eje magnético.
m s = +1 / 2 m s= -^1 / 2
Ejemplo: Los N.C. del último electrón del subnivel 6d^7.
n 6 2 m 1 ms ^1
Principio de exclusión de Pauli En un mismo átomo jamás pueden existir 2 e con los 4 N.C. iguales por lo menos se diferencian en su espín.
Ejemplo:
4 Be^ 1S 2S (^2 2) 2S Observemos
NÚMEROS CUÁNTICOS
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III. CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA
Escribir la configuración electrónica de un átomo consiste en indicar cómo se distribuyen sus electrones entre los diferentes orbitales en las capas principales y las subcapas. Muchas de las propiedades físicas y químicas de los elementos pueden relacionarse con las configuraciones electrónicas. Esta distribución se realiza apoyándonos en tres reglas: energía de los orbitales (Principio de Construcción), principio de exclusión de Pauli y regla de Hund.
1. Principio de construcción progresiva o
aufbau
Aufbau es una palabra en alemán que significa «construcción progresiva»; utilizaremos este principio para asignar las configuraciones electrónicas a los elementos es decir el orden energético creciente como se colocan los electrones en el átomo. Entonces para distribuir a los electrones alrededor del núcleo en un áto mo multielectrónico, considerando para esto la energía relativa creciente ( ER = n + ), los electrones van ocupando los orbitales de forma que se minimice la energía del átomo. El orden exacto de llenado de los orbitales se estableció en forma experimental, principalmente mediante estudios espectroscópicos y magnéticos, y es el orden que debemos seguir al asignar las configuraciones electrónicas a los elementos. En un determinado átomo los electrones van ocupando, y llenando, los orbitales de menor energía; cuando se da esta circunstancia el átomo se encuentra en su estado fundamental o basal. Si el átomo recibe energía, alguno de sus electrones más externos pueden saltar a orbitales de mayor energía, pasando el átomo a un estado excitado. Los electrones que se sitúan en la capa electrónica del número cuántico principal más alto, los más exteriores, se denominan electrones de valencia.
2. Regla de Moller o regla del serrucho
Es el método utilizado para hacer una configuración electrónica. Consiste en ordenar a los electrones de un sistema atómico de acuerdo al principio de formación de AUFBAU (construcción) es decir de menor a mayor energía. Se debe observar que en este ordenamiento energético hay electrones que se encuentran mas cerca al núcleo pero que tienen mayor energía que electrones mas alejados del núcleo, por lo tanto la configuración electrónica no indica en muchos casos el alejamiento del electrón respecto del núcleo.
Nivel 1 2 3 4 5 6 7 ... K L M N O P ... S U B N I V E L
N° de e– por nivel (préctico)
2 8 18 32 32 18 8
Q 92 92 92 92 92 92 92
p^6 p^6 p^6 p^6 p^6 p^6 d^10 d^10 d^10 d^10
f^14
f^14
MÉTODO PRÁCTICO
El orden creciente de energía de los subniveles se puede hacer considerando la primera letra de las siguientes palabras:
s i s o p a s o p a s e d a p ensión s e d a p ensión s e f ue d e p aseo s e f ue d e p aseo
Observar que:
Subnivel nivel donde comienza s 1 p 2 d 3 f 4
Entonces, se coloca los niveles para cada subnivel de izquierda a derecha de forma correlativa
1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p
Ejemplos
Hacer la configuracion de un element cuyo Z=15:
Primero se coloca los subniveles siguiendo la nemotecnia: s s p s p s d p
Luego se colocan los niveles: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p
Finalmente se colocan los electrones en cada subnivel hasta completar los 15 que indica el Z, los subniveles que sobran se eliminan.
Z=15: 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^3
Otros ejemplos:
Z= 26: 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^6
Z= 37: 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^10 4p^6 5s^1
Configuración de Lewis Al efectuar la configuración electrónica de Lewis se debe elegir el gas noble cuyo número atómico sea menor pero más cercano al número atómico del átomo del cual se va a efectuar su configuración electrónica
NÚMEROS CUÁNTICOS
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Inestable estable
ns^2 (n – 1)d^4
pasa 1 e–
ns^1 (n – 1)d^5
ns2(n – 1)d^9
pasa 1 e–
ns^1 (n – 1)d^10
Ejemplo:
Inestable estable
24 Cr: [Ar] 4s^2 3d^4 [Ar] 4s^1 3d^5
47 Ag: [Kr] 4s (^2) 3d (^9) [Kr] 4s (^1) 3d 10
Hay algunos elementos pueden terminar en d^4 o d^9 :
41 Nb: [Kr] 5s (^1) 4d 4
74 W: [Xe] 6s (^2) 4f (^14) 5d 4 78 Pt: [Xe] 6s^1 4f^14 5d^9
Observación: Para los iones no se aplica estas anomalías Ejemplo: hacer la configuración del 24 Cr2+: Primero hacemos la configuración del átomo neutro: [Ar] 4s^2 3d^4 Luego estabilizamos: 24 Cr: [Ar] 4s^1 3d^5 Finalmente sacamos los electrones del máximo nivel: 24 Cr2+: [Ar] 4s^0 3d^4
- Hay otras anomalías como: Según el principio Realmente es: de construcción a) 44 Ru: [Kr] 5s^2 4d^6 [Kr] 5s^1 4d^7 b) 45 Rh: [Kr] 5s^2 4d^7 [Kr] 5s^1 4d^8 c) 46 Pd: [Kr] 5s^2 4d^8 [Kr] 4d^10
- Hay algunos elementos que primero colocan 1 electrón el subnivel «d» de un nivel antes de colocar electrones en el subnivel «f» del anterior nivel. Según el principio Realmente es: de construcción [Xe] 6s^2 5d^1 57 La: [Xe] 6s^2 4f^1 [Xe] 6s^2 4f^1 5d^1 58 Ce: [Xe] 6s^2 4f^2
Problema 1
¿Qué puede afirmarse acerca del es- tado fundamental o basal del ión V 3+?
UNI 2011-I A) Hay 1 electrón no apareado por lo que el ión es paramagnético.
B) Hay 3 electrones no apareados por lo que el ión es diamagnético.
C) Hay 2 electrones ni apareados por lo que el ión es paramagnético.
D) Hay 5 electrones apareados por lo que el ión es diamagnético.
E) Hay 5 electrones no apareados por lo que el ión es paramagnético.
Resolución: Análisis de los datos o gráficos Se tiene el ión (^) 23 V 3+^ el cual se esta- blece su C.E. en su estado basal.
Operación del problema
23 V :^ ^ Ar 4s 3d^2
Conclusión y respuesta Especie paramagnética De las alternativas la clave C es la que cumple.
Respuesta: C) Hay 2 electrones ni apareados por lo que el ión es paramagnético
Problema 2 ¿Cuáles de las siguientes especies quí- micas son paramagnéticas? I. 40 Zr 4 II. 37 Rb III. 32 Ge 4 UNI 2011-II A) I y III B) II y III C) Solo I D) Solo II E) Solo III
Resolución: Ubicación de incógnita Paramagnetismo y diamagnetismo
Análisis de los datos o gráficos Las especies paramagnéticas tienen electrones desapareados y las diamag- néticas no tienen electrones desapa- reados, entonces de lo que se pide hay que determinar que especies tie- nen electrones desapareados.
Operación del problema
I. ^
2 2 4 40 Zr : Kr 5s 4p^40 Zr^ : Kr Diamagnético
^
II. 37 Rb : Kr 5s^ ^1 Paramagnético III. ^
2 10 2 4 32 32 10
Ge : Ar 4s 3d 4p Ge : Ar 3d Diamagnético
^
Conclusiones y respuesta Solo el 37 Rb es paramagnético. Respuesta: D) Solo II
Problema 3 La configuración electrónica del 58 Ce^3 es: UNI 2011-II A) [Xe] 5s^2 B) [Xe] 6s^1 C) [Xe] 5d^1 D) [Xe] 4f^1 E) [Xe] 5p^1
problemas resueltos
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NÚMEROS CUÁNTICOS
Resolución: Ubicación de incógnita Del tema de configuración electrónica
Análisis de los datos o gráficos
58 Ce : Xe 6s^ ^ ^2 4f^1 5d^1
Operación del problema Luego al perder 3es, estos salen del último nivel, entonces queda:
58 Ce^3 : Xe 4f^ ^ ^1
Conclusión y respuesta En esta configuración del Ce se debe colocar primero un electrón en el
subnivel "d" y luego se va completan- do el subnivel "f"; la respuesta es:
Método práctico
Respuesta: D) [Xe] 4f^1
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TABLA PERIÓDICA
V. LA CURVA DE JULIUS LOTHAR MEYER (1869)
En su libro "Modernas Teorías de la Química" el alemán Meyer (1830-1895) se basó en el estudio de los llamados volúmenes atómicos (volumen ocupado por un mol de átomos en una muestra sólida y líquida). Al componer estos con los pesos atómicos obtuvo la ahora famosa curva de Lothar Meyer:
A. Curva de Lothar Meyer
El volumen átomo de las ordenas se ha calculado dividiendo el peso atómico entre la densidad de una muestra sólida o líquida del elemento median- te el empleo de valores modernos.
B. Avances del gráfico
- Los volúmenes atómicos máximos se alcanzan para los metales alcalinos.
- Entre el Li y Na, así como entre Na y K, existen seis elementos, como indicó la Ley de Octavas de Newlands. Sin embargo entre Rb y Cs hay más de seis elementos, lo que explica la falla en el trabajo de Newlands.
- Los sólidos con bajo punto de fusión, así como los elementos gaseosos (en condiciones ambientales) se encuentran en las partes ascendentes de su curva o en los máximos de esta. 4. Los elementos difíciles de fundir se presentan en los mínimos o en los parciales descendentes. 5. La curva también muestra la periodicidad de otras propiedades como volumen molar, punto de ebullición, fragilidad, etcétera.
VI.TABLA PERIÓDICA DE DIMITRI IVANO-
VICH MENDELEIEV (1872)
Al igual que Meyer, el Ruso Mendeleiev (1834–1907) or- denó a los 63 elementos descubiertos secuencial-mente de acuerdo al orden creciente de su peso atómico. Su "Tabla corta" está dividida en ocho columnas o gru- pos, tal que el orden de cada grupo indica la máxima valencia del elemento, para formar óxidos o hidruros. Así mismo su tabla está conformado por 12 filas o se- ries formando parte a su vez de 7 periodos; de la si- guiente manera.
Clasificación periódica de los elementos (Según D.I. Mendeleiev)
TABLA PERIÓDICA
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A. Ventajas de su tabla corta
- En su tabla dejó espacios vacíos para los elementos que todavía no se descubrían (44, 68, 72, etcétera) prediciendo con exactitud apreciable, las propiedades y químicas de los mismos.
- A dichos elementos no descubrimientos los bautizó con un nombre.
Ejemplo:
donde: Eka: primero o después de Dvi: segundo
- Los elementos de un mismo grupo coinciden en sus propiedades químicas, como en la valencia para formar óxidos o hidruros.
B. Desventajas de su tabla corta
- El hidrógeno no tiene posición definida.
- No hay una clara forma de separar a los metales y no metales. 3. Su principal error fue ordenar a los elementos en orden creciente a sus pesos atómicos; en dicha clasificación hay algunos elementos con el Te y Co, que poseen peso atómico, mayor que el que sucede.
VII.TABLA PERIÓDICA ACTUAL O MODERNA
En 1914 el inglés Henry Moseley descubre el número atómico de cada elemento con su experimento del espectro de rayos X postulando la siguiente ley periódica. Las propiedades físicas y químicas de los elementos son función periódica de su número atómico. Años más tarde Werner crea una tabla periódica larga al agrupar a los elementos en orden creciente y sucesivo y al número atómico, la que es considerada hasta hoy como la Tabla Periódica Moderna (TPM). La TPM está formada por 18 columnas agrupadas en dos grandes familias A y B donde cada familia consta de 8 grupos. El orden de cada grupo (en la familia A y B) nos indica la cantidad de electrones de la última capa (e de valencia). La TPM está formada por 7 filas o 7 periodos, el orden de cada periodo nos indica la última capa o números de capas del elemento. En la parte inferior de la TPM colocado en forma perpen- dicular al grupo 3B se encuentran los lantánidos y actínidos, llamados también tierras raras, en dicho blo- que empiezan los elementos derivados del Uranio (Transuránidos).
Representaciones (grupo principal)
Código de colores de los elementos a temperatura y presión normales. Gas Líquido Sólido No aparecen en la naturaleza
3 IIIB
4 IVB
5 VB
6 VIB
7 VIIB
(^8 ) IB
12 IIB
13 IIIA
14 IVA
1 IA
2 IIA
1 H 1, 3 Li 6, 11 Na 22, 19 K 39, 37 Rb 85, 55 Cs 132, 87 Fr 223
Be 9,
4
12 Mg 24, 20 Ca 40, 38 Sr 87, 56 Ba 137, 88 Ra 226,
21 Sc 44, 39 Y 88, 57 La 138, 89 Ac 227,
22 Ti 47, 40 Zr 91, 72 Hf 178, 104 Rf 261
23 V 50, 41 Nb 92, 73 Ta 180, 105 Db 262
24 Cr 51, 42 Mo 95, 74 W 183, 106 Sg 263
25 Mn 54, 43 Tc 98 75 Re 186,
26 Fe 55, 44 Ru 101, 76 Os 190, 108 Hs 265
107 Bh 262
9
27 Co 58, 45 Rh 102, 77 Ir 192, 109 Mt 266
VIIIB 10
28 Ni 58, 46 Pd 106, 78 Pt 195, 110 Uun 269
29 Cu 63, 47 Ag 107, 79 Au 196, 111 Uun 272
30 Zn 65, 48 Cd 112, 80 Hg 200, 112 Uub 277
5 B 10, 13 Al 26, 31 Ga 69, 49 In 114, 81 Tl 204,
6 C 12, 14 Si 28, 32 Ge 72, 50 Sn 118, 82 Pb 207,
114
15 VA 7 N 14, 15 P 30, 33 As
51 Sb 121, 83 Bi
16 VIA
17 VIIA
74,
208,
8 O 15, 16 S 32, 34 Se 78, 52 Te 127, 84 Po 209
9 F 18, 17 Cl 35, 35 Br 79, 53 I 126, 85 At 210
10 Ne 20, 18 Ar 39, 36 Kr 83, 54 Xe 131, 86 Rn 222
18 VIIIA
58 Ce 140,
59 Pr 140,
60 Nd 144,
61 Pm 145
62 Sm 150,
63 Eu 151,
64 Gd 157,
65 Tb 158, 97 Bk 247
66 Dy 162, 98 Cf 251
67 Ho 164, 99 Es 252
68 Er 167, 100 Fm 257
69 Tm 168, 101 Md 258
70 Yb 173, 102 No 259
71 Lu 174, 90 Th 232,
91 Pa 231,
92 U 238,
93 Np 237,
94 Pu 244
95 Am 243
96 Cm 247
103 Lr 262
1 2 3 4 5 6 7
Lantánidos (tierras raras)
Actínios
Metales de transición
Representativas
2 He 4,
