CUADERNILLO DE QUIMICA PARA LA CARRERA DE INGENIERIA EN SISTEMAS

Biol. Nelli Lozano Vinalay

Los Reyes, la Paz, 23 de marzo de 2010

PROGRAMA DE QUIMICA

Introduccin 1 Unidad II. Conceptos bsicos 2 1.Materia 2 1.2 Estado de agregacin de la materia 3 1.3 Cambios de estado de agregacin de la materia 5 1.4 Mezclas fases 8 Ejercicios de la unidad I 10 Unidad II. Teora cuntica y estructura atmica. 11 2. Antecedentes de la teora cuntica 11 2.1 Bases experimentales de la teora cuntica 12 2.2 Teora atmica de bohr 13 2.3 Mecnica cuntica 15 2.4 Los Nmeros cunticos 17 2.5 Configuraciones electrnicas 22 2.6 Principios de edificacin progresiva de (Afbau) 24 2.7 Configuraciones cunticas de algunos tomos 25 2.8 Configuracin de Kernel 26 Ejercicios de la unidad II 27 Unidad III. Los elementos qumicos clasificacin peridica. Propiedades atmicas e impacto econmico y ambienta.

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3.1. Antecedentes del surgimiento de la tabla peridica. 29 3.2. Clasificacin peridica 32 3.3 Breve descripcin de las propiedades y aplicaciones de algunos elementos de la Tabla Peridica

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3.4 Propiedades Peridicas de la tabla peridica. 34 3.5 Localizacin de los elementos 39 3.6 Elementos de importancia econmica y ambiental de algunos elementos.

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3.7 Qumica del Silicio 46 3.8 Qumica del Germanio. 47 3.9 Qumica del Galio. 48 Ejercicios de la unidad III 49 Unidad IV. Interpretara el comportamiento (propiedades fsicas y reactividad) de los compuestos qumicos.

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4.1 Concepto de enlace qumico 54 4.2 Regla del octeto. 54 4.3 Estructura de Lewis 55 4.4 Tipos de enlaces qumicos 56 4.5 Enlace Inico 56 4.6 Enlace covalente 58 4.7 Hibridacin de los orbitales: Teora de la hibridacin. formacin, 65

representacin y caractersticas de los orbitales hbridos: sp3, sp2, sp, d2sp3, dsp2, sd3, dsp3 4.8 Enlace metalico 69 4. 9 Propiedades de algunos conductores y aislantes. 72 4.10 Semiconductores y aislantes 75 4.11. Fuerzas intermolecualres. 77 Ejercicios de la unidad IV 82 Unidad V. Compuestos qumicos: Tipos nomenclatura, reacciones e impacto econmico y ambiental.

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5.1 La Nomenclatura Qumica. 85 5.2 Tipos de nomenclatura 86 5.3 Valencia estequiomtrica 87 5.4 Clasificacin de las combinaciones. 89 5.5 Criterios para nombrar a las combinaciones 89 5.6 Hdridos cidos o Hidrcidos. 89 5.7 Sales de Hidrcidos. 91 5.8 Combinaciones binarias oxigenadas 92 5.9 Combinaciones ternarias. 93 5.10 Reacciones qumica 96 5.11 Tipos de reacciones qumicas 97 Ejercicios de la unidad V 99 Unidad v. Estequimetra. 103 6.1 Conceptos Bsicos de estequiometria 103 6.2 Leyes Ponderales 104 6.3 Ley de la conservacin de la masa (o de Lavoisier) 104 6.4 Ley de las proporciones definidas (o de Proust). 105 6.5 Ley de las proporciones mltiples (o de Dalton). 105 6.6 Ley de las proporciones recprocas ( de Richter) 106 6.7 Balanceo por inspeccin (tanteo). 107 6.8 Balanceo de ecuaciones por el mtodo de xido-reduccin 109 6.9 Concepto de oxidacin y reduccin. 112 6.10 Clculos estequiometricos en reacciones qumicas 114 6.11 Reactivo limitante 117 Ejercicios de la unidad VI 120

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INTRODUCCIN La qumica es la ciencia que estudia las propiedades de los materiales y los

cambios que sufren stos. Uno de los atractivos de aprender qumica es ver

cmo los pr incipios qumicos operan a t odos los aspectos de nuestra v ida.

Desde las actividades cotidianas como el agua que bebemos, el prender la

estufa, el us o de l as pi las, has ta c uestiones m s trascendentes c omo el

desarrollo de frmacos para curar el cncer.

Por l o a ntes m encionado la qumica permite obt ener un ent endimiento

importante de nuestro mundo y su funcionamiento. Se t rata de una c iencia

prctica que ha t enido una i nfluencia enorme sobre la v ida del hombre, as

como su progreso y la causa de las sustancias contaminantes producidas en

los pr oceso d e pr oduccin. D e h echo, l a q umica es t en el c entro d e

muchas cuestiones que preocupan a casi todo el mundo; el mejoramiento de

la atencin mdica, la conservacin de l os recursos naturales, la proteccin

del medio am biente, l a s atisfaccin d e n uestras necesidades diarias e n

cuanto a alimentos, vestido y albergue que permitan tener una calidad vida.

Por l o tanto el pr ograma d e q umica para l a c arrera d e I ngeniera en

sistemas t iene por objetivo: adquirir l os c onocimientos bsicos s obre l a

estructura de l os c ompuestos q umicos de t ipo inorgnicos, as c omo s u

nomenclatura, pr opiedades f sicas, r eactividad e i mpactos ec onmico y

ambiental.

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UNIDAD I. CONCEPTOS BSICOS. Objetivo de aprendizaje Adquirir lo s conceptos bs icos d e q umica q ue p ermitan c omprender l as propiedades estructurales de compuestos y materiales, y su influencia en sus propiedades fsicas, qumicas, elctricas. As como su impacto econmico y ambiental y en el desarrollo de nuevos materiales. Objetivo: El alumno reconocer los elementos bsicos para comprender la qumica. 1. Materia La mayora de l as formas de materia con l as q ue c onvivimos n o s on sustancias puras qumicamente. Por ejemplo el aire que respiramos, el agua que bebemos y la ropa que nos ponemos, no son qumicamente puras, s in embargo las podemos descomponer en diferentes sustancias puras. Una s ustancia p ura es m ateria q ue c ontiene una c omposicin f sica y propiedades c aractersticas. P or ej emplo el ag ua y l a s al de m esa, l os principales componentes del agua de mar son sustancias puras. Podemos c lasificar l as s ustancias c omo el ementos o c ompuestos. L os elementos son s ustancias puras que n o s e pue den d escomponer en sustancias m s s imples, por medios fsicos o q umicos, c ada el emento se compone de un solo tipo de tomo. Los compuestos son s ustancias puras q ue es tn c ompuestas dos o m s elementos combinados qumicamente en una proporcin definida de masa, y por lo tanto contienen dos clases de tomos. La mayor parte de la materia consiste en mezclas de di ferentes sustancias. Las mezclas son combinaciones de dos o ms sustancias en l as que cada sustancia c onserva s u pr opia i dentidades q umicas y por l o tanto s us propiedades. M ientras que las sustancias puras t ienen composiciones f ijas, la composicin de las mezclas puede variar. Por ejemplo cuando se elabora un agua de frutas puede contener mucha o poca azcar. Las mezclas s e p ueden pr esentar de dos t ipos l as homogneas y heterogneas; las pr imeras s on una c ombinacin uniforme de d os o m s sustancias (no s e di stinguen l as fases q ue las c omponen), por ej emplo u n caf el cual est conformado por agua, caf, azcar y leche. La heterognea es aquella en donde se distinguen las fases que la conforman, por ejemplo a agua y arena De ac uerdo con l o a ntes mencionado t odo l o q ue n os r odea es materia l a cual se c lasifica de conforme es t es tructurada y a sus ca ractersticas que

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presenta, l a c ual p uede existir en c ualquiera de l os tres es tados fsicos: slidos, lquidos y gaseosos. 1.2. Estados de agregacin de la materia En fsica y q umica se o bserva q ue, para c ualquier c uerpo o ag regado material considerado, modificando las condiciones de temperatura, presin o volumen s e pu eden obtener di stintos es tados, denominados es tados d e agregacin de l a m ateria, c on c aractersticas pec uliares. Segn l a t eora cintica: La m ateria es discontinua: es t formada po r peq ueas par tculas ent re l as cuales hay grandes espacios, estas partculas estn en continuo movimiento. La velocidad (por lo tanto, la energa c intica) de l as par tculas aumenta a l aumentar la temperatura, lo permite la presencia de los estados que tienen la materia. Estado slido Manteniendo c onstante l a presin, a baja t emperatura l os c uerpos s e presentan en forma s lida t al q ue l os t omos s e encuentran ent relazados formando g eneralmente es tructuras c ristalinas, l o q ue c onfiere al c uerpo l a capacidad de soportar fuerzas s in d eformacin a parente; s on por tanto agregados generalmente rgidos, duros y resistentes. Tambin sealaremos que los slidos presentan propiedades especficas:

Elasticidad: U n s lido r ecupera s u forma original c uando es deformado. Un elstico o u n resorte son objetos en los que podemos observar esta propiedad. Estira un elstico y observa lo que sucede.

Fragilidad: U n s lido pue de r omperse en m uchos p edazos (quebradizo). E n m s de un a oc asin h abrs q uebrado un v aso de vidrio o un obj eto de greda. Estos hechos representan la fragilidad de un slido.

Dureza: Un slido es duro cuando no puede ser rayado por otro ms blando. El di amante de una j oya v aliosa o el utilizado p ara c ortar vidrios presenta dicha propiedad

Las partculas se encuentran muy prximas y en posiciones fijas. La movilidad es escasa: las partculas slo pueden vibrar. Tienen forma propia. No se pueden comprimir, su volumen es constante, aunque se dilatan

ligeramente al calentarlos. Sabras explicar por qu? La di latacin s e pr oduce porque al a plicar c alor l as par tculas

adquieren una mayor movilidad y se separan, provocando un aumento del v olumen. E n l a contraccin oc urre l o c ontrario, es dec ir, las partculas se enfran, por lo que t ienen menor agitacin, unindose o aproximndose las unas a l as otras, lo que provoca una disminucin del volumen.

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Fig.1.1 Estado slido

Estado lquido Incrementando l a t emperatura el s lido se v a des componiendo h asta desaparecer l a es tructura c ristalina al canzndose el es tado l quido, c uya caracterstica pr incipal es l a c apacidad de fluir y adapt arse a la f orma de l recipiente que lo contiene. En este caso, an existe una cierta ligazn entre los tomos del cuerpo, aunque de mucha menor intensidad que en el caso de los slidos. Las partculas se encuentran prximas, pero sus posiciones no son fijas. La m ovilidad es m ayor: l as par tculas p ueden vibrar y desplazarse unas respecto a otras pero sin perder el contacto. Como c onsecuencia de es to, l os l quidos: Se adaptan a l a forma del recipiente que los contiene. No se pueden comprimir, su volumen es constante, aunque al calentarlos se dilatan algo ms que los slidos.

Fig. 1.2 Estado lquido

Estado gaseoso Incrementando an ms la temperatura se alcanza el es tado gaseoso. Los tomos o m olculas del gas se encuentran virtualmente libres de modo que son capaces d e oc upar t odo el es pacio del r ecipiente q ue l o c ontiene, aunque con mayor propiedad debera decirse que se distribuye o reparte por todo el espacio disponible. Las partculas se encuentran muy separadas y sus posiciones no son fijas. La movilidad es muy grande: las partculas pueden vibrar y trasladarse unas respecto a otras.

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Como consecuencia de esto, los gases: se adaptan a la forma y al volumen del recipiente que los contiene. Se pueden comprimir, su volumen no es constante. Al calentarlos se dilatan ms que los slidos y los lquidos.

Fig. 1.3. Estado gaseoso

Plasma Al plasma se le llama a veces "el cuarto estado de la materia", adems de los tres conocidos, slido, lquido y gas. Es un gas en el que los tomos se han roto, que est formado por electrones negativos y por iones positivos, tomos que han perdido electrones y han quedado con una carga elctrica positiva y que estn movindose libremente. 1.3.- Cambios de estado de la materia Cuando un cuerpo, por accin del calor o del fro pasa de un estado a otro, decimos q ue ha c ambiado de es tado. En el c aso d el ag ua: c uando h ace calor, el hielo se derrite y si calentamos agua lquida vemos que se evapora. El resto de las sustancias tambin puede cambiar de estado si se modifican las condiciones en que se encuentran. Adems de la temperatura, tambin la presin influye en el estado en que se encuentran las sustancias. Si se calienta un slido, l lega un m omento en que se transforma en lquido. Este pr oceso r ecibe el nom bre d e fusin. E l punto de fusin es l a temperatura q ue debe al canzar un a s ustancia s lida par a fundirse. C ada sustancia posee un punto de fusin caracterstico. Por ejemplo, el punto de fusin del agua pura es 0 C a la presin atmosfrica normal. Si c alentamos un l quido, s e transforma en g as. E ste pr oceso r ecibe el nombre de vaporizacin. Cuando la vaporizacin tiene lugar en toda la masa de l quido, f ormndose bur bujas d e v apor en s u i nterior, s e den omina ebullicin. Tambin l a t emperatura de ebullicin es c aracterstica d e c ada sustancia y s e deno mina punto de ebullicin. E l pu nto de e bullicin del agua es 100 C a la presin atmosfrica normal.

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Son las transformaciones en las que la materia pasa de un estado a otro.

Slido Lquido Gas

Hacia la derecha las trasformaciones implican un incremento de la energa cintica de las molculas (las molculas se mueven ms deprisa). Se d enominan c ambios pr ogresivos, p ara producir es tos c ambios hay q ue suministrar energa Hacia la izquierda las t rasformaciones implican un descenso de la energa cintica de las molculas (las molculas se mueven ms despacio). Se de nominan c ambios r egresivos, a l producirse es tos c ambios s e desprende energa. La energa que se absorbe o desprende, por unidad de masa, en los cambios de estado se denomina calor latente. Existen dos formas de vaporizacin: Se llama ebullicin cuando ocurre a una temperatura determinada y afecta a toda la masa del lquido. Se d enomina evaporacin cuando s lo a fecta a l a s uperficie; ocurre a cualquier temperatura. Curvas de calentamiento y enfriamiento Son g rficas q ue r epresentan l a variacin de temperatura con el tiempo al calentar o enfriar una sustancia. Estas c urvas r eflejan q ue mientras s e pr oduce u n cambio de e stado la temperatura no vara. Esto s e debe a q ue toda l a en erga s e des tina a pr ovocar el cambio d e estado. En l os c ambios de estado s e c onsume o d esprende mucha e nerga ( calor latente de cambio de estado), mucha ms de la que se emplea o desprende al calentar o enfriar la sustancia s in que se produzca un cambio de es tado (calor especfico). El calor especfico de una sustancia es la cantidad de energa que hay que suministrar a un gramo de esa sustancia para elevar un grado centgrado su temperatura. Efecto de la presin sobre las temperaturas de cambio de estado. Si la presin se mantiene constante, la temperatura de cambio de estado de una sustancia determinada es constante. Estas temperaturas de cambio de estado se conocen como punto de fusin, punto de congelacin, punto de ebullicin o punto de c ondensacin, segn cul sea el cambio de estado que se produce.

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Salvo c ontadas ex cepciones, e ntre l as c uales es t el c aso del ag ua, un aumento d e la presin implica una elevacin de la temperatura de fusin/congelacin y de ebullicin/condensacin. De i gual m anera, u n descenso de la presin implica u n descenso de la temperatura de cambio de estado. Eres capaz de ex plicar este efecto de la presin sobre la temperatura a la que s e produce u n c ambio de es tado a plicando l os pr incipios d e l a t eora cintica molecular? Al au mentar la pr esin l as par tculas t ienen m ayor di ficultad p ara adq uirir mayor m ovilidad y para di stanciarse un as de ot ras. A l di sminuir l a pr esin ocurre lo contrario.

Fig. 1.4 Cambios de estado de la materia

Los c ambios de estado des critos tambin se pr oducen s i se i ncrementa l a presin manteniendo constante la temperatura, as, por ejemplo, el hielo de las pi stas s e funde p or e fecto d e l a presin ej ercida p or el p eso de l os patinadores haciendo el agua lquida as obtenida de lubricante y permitiendo el suave deslizamiento de los patinadores. Para c ada el emento o c ompuesto q umico ex isten unas d eterminadas condiciones de presin y temperatura a las que se producen los cambios de estado, debiendo interpretarse, cuando se hace referencia nicamente a l a temperatura de cambio de es tado, que sta se refiere a l a presin de 1 a tm (la pr esin a tmosfrica). D e es te m odo, en c ondiciones normales ( presin

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atmosfrica y 20 C) hay compuestos tanto en estado slido como lquido y gaseoso. Fusin. Es el p aso de un s lido al estado l quido por m edio d el c alor. E l proceso i nverso es la solidificacin y se produce por el enfriamiento de un lquido. Las temperaturas a que se funde o solidifica un cuerpo se denominan punto de fusin y punto de solidificacin. Vaporizacin. Es el paso de un lquido al estado gaseoso. Si el cambio de estado s e produce e n l a s uperficie del l quido, el f enmeno se denomina evaporacin, pero s i participan todas las molculas de la masa l quida, se denomina ebullicin. Licuefaccin. Es el c ambio de es tado de g as a l quido y par a el lo e s necesario comprimir el gas y enfriarlo por debajo de su temperatura crtica. Sublimacin. Es el pasaje directo del estado slido al estado de vapor. Este cambio s e pr oduce con mayor v elocidad au mentando l a temperatura y disminuyendo l a pr esin. E l pas aje e n s entido op uesto, e s dec ir l a solidificacin de un vapor se obtiene por enfriamiento y compresin. Solidificacin. Es en el cambio de es tado de la materia de lquido a slido producido por una disminucin en la temperatura. Es el proceso inverso a la fusin. 1.4. Mezclas y fases Todo lo que existe en el universo est compuesto de Materia. La Materia se clasifica en Mezclas y Sustancias Puras. Las Mezclas son combinaciones de sustancias pur as en proporciones v ariables, m ientras q ue l as sustancias puras comprenden los compuestos y l os elementos. Los compuestos es tn formados por una combinacin de elementos en una proporcin definida. Si s e h ace r eaccionar S odio ( Na) c on Cloro ( Cl2) s e obt endr N a1Cl1 exclusivamente y no sustancias tales como Na0.5Cl2.3 o mezclas raras. Las Mezclas se c lasifican en Mezclas Homogneas (Soluciones) y Mezclas Heterogneas. En una Mezcla Heterognea pueden distinguirse con facilidad las di ferentes fases que f orman l a M ezcla, m ientras q ue e n u na M ezcla Homognea no hay distincin de fases. Las Mezclas se separan en sus componentes por procesos fsicos, mientras que l os C ompuestos s e s eparan en s us c onstituyentes por pr ocesos qumicos En una mezcla homognea no se distinguen diferencias entre sus partes, por ejemplo: El vino, la leche, el agua de mar son mezclas homogneas. A las m ezclas ho mogneas c uyo es tado final es l quido s e l es suele llamar disoluciones.

http://es.wikipedia.org/wiki/Cambio_de_estadohttp://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquidohttp://es.wikipedia.org/wiki/S%C3%B3lidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Fusi%C3%B3n_(cambio_de_estado)http://www.ur.mx/cursos/diya/quimica/jescobed/defcap1.htm#materiahttp://www.ur.mx/cursos/diya/quimica/jescobed/defcap1.htm#mezclahttp://www.ur.mx/cursos/diya/quimica/jescobed/defcap1.htm#compuestohttp://www.ur.mx/cursos/diya/quimica/jescobed/defcap1.htm#elementohttp://www.ur.mx/cursos/diya/quimica/jescobed/defcap1.htm#homohttp://www.ur.mx/cursos/diya/quimica/jescobed/defcap1.htm#heterohttp://www.ur.mx/cursos/diya/quimica/jescobed/defcap1.htm#heterohttp://www.ur.mx/cursos/diya/quimica/jescobed/defcap1.htm#fase

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Sin embargo, en una mezcla heterognea se distinguen claramente partes diferentes dado que estas poseen distinta naturaleza, es decir, no tienen las mismas pr opiedades caractersticas. S on ejemplos: l a t ierra, l a m ayora de las rocas, una mezcla de agua y aceite.

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EJERCICIOS DE LA UNIDAD I

1.- Define los siguientes conceptos: materia, elemento, compuesto. 2.- Explica que permite que se presente el estado de agregacin de la materia. 3.- Elabora un cuadro indicando las caractersticas de los estados de la materia. 4.- Define que es el punto de fusin y ebullicin 5.- Identifique c ada u na de l as s iguientes sustancias c omo, g as, l quido o slido a) Oxgeno b) Cloruro de sodio c) Mercurio d) Dixido de carbono 6.- Indique el es tado de l a materia p ara c ada un a de l as siguientes sustancias en condiciones de presin y temperatura. a) Helio b) Cobre c) alcohol isopropilico d) Bicarbonato de sodio 7.- Clasifique cada una de las siguientes como sustancias pura o mezcla; si es mezcla indique si es homognea o heterognea. a) Concreto b) Agua de mar c) Magnesio d) Gasolina. 8.-. Seala la afirmacin correcta. a) Los sistemas homogneos son mezclas homogneas. b) Los elementos se pueden descomponer en otras sustancias puras. c) Las disoluciones son mezclas de sustancias puras d) En una disolucin el soluto es el componente que se encuentra en mayor cantidad. 9. Seala la afirmacin correcta. a) Los constituyentes de una mezcla se encuentran siempre en la misma proporcin. b) En las sustancias puras la temperatura de cambio de estado se mantiene constante mientras que en las disoluciones no se mantiene constante. c) En las mezclas la temperatura de cambio de estado se mantiene constante mientras que en las sustancias puras no se mantiene constante. d) Los medios fsicos producen alteracin de las sustancias que queremos separar en una mezcla. e) En una mezcla, la densidad de la misma es igual a la densidad de cada uno de sus componentes.

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UNIDAD II. TEORIA CUNTICA Y ESTRUCTURA ATMICA. Objetivo: Relacionar las bases de la teora atmica moderna en su aplicacin para el conocimiento la estructura atmica, orbitales Atmicos, configuracin electrnica. 2. Antecedentes de la teora cuntica. Gran parte de lo que ahora conocemos sobre la estructura electrnica de los tomos pr ovienen d el anl isis de l a l uz em itida o absorbida por l as sustancias. P or t anto, par a c omprender l a es tructura el ectrnica, pr imero debemos aprender acerca de la luz. A mediados del siglo XVII el cientfico Isacc Newton hizo pasar un rayo de luz solar a travs de un prisma. Descubri que el prisma separaba la luz en una serie de c olores di ferentes que denomin espectro visible; en la dcada de 1850 Robert Bunsen calent muestras de diversos elementos, en cada caso, conforme un elemento se calentaba ms y ms y empezaba a brillar produca luz de su propio color caracterstico. Cuando la luz del elemento calentado se haca pasar a travs del prisma, se separaba en una serie de lneas brillantes y distintivas de diversos colores. El es pectro pr oducido por l a l uz s olar s e d enomina u n es pectro c ontinuo, debido a que un color se fusiona con el siguiente sin ningn vaco o colores faltantes. El espectro de Bunsen se denomina de lnea, debido a que es una serie de l nea br illante s eparadas p os ba ndas os curas. E stos es pectros resultaron d e g ran ut ilidad a l os c ientficos par a i dentificar el ementos e n muestras desconocidas. El anlisis de los espectros de lnea les ha permitido a los cientficos identificar los elementos que componen al sol, las estrellas y otros c uerpos ex traterrestres. E sta tcnica t ambin til en l aboratorios d e qumica para identificar los elementos presentes en muestras desconocidas. El espectro electromagntico se incluan ondas tanto visibles como invisibles, cada una asociada con una di ferente cantidad de energa. Por ejemplo, los rayos X s on ondas i nvisibles c on s uficiente energa par a at ravesar l a pi el pero no l os h uesos. Las microondas t ambin s on ondas i nvisibles, p ero tienen suficiente energa para calentar los alimentos. Como hemos observado que la luz es una forma de energa y que la energa puede convertirse de una forma a ot ra. Por ejemplo, una celda fotoelctrica convierte energa luminosa a energa elctrica. La energa tambin puede ser absorbida y despus remitida. En los experimentos de Bunsen se haca que cada elemento absorbiera energa en la forma de calor. Cuando el elemento se calentaba lo suficiente, emitan esta energa como luz. Los c ientficos t odava s e pr eguntaban p or q u l os el ementos e mitan espectros en l neas en v ez de es pectros c ontinuos, y s e pr eguntaban q u partcula subatmica causaba los espectros en lnea.

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Espectro de Luz Blanca

Fig. 2.1 Longitudes de onda de radiacin electromgnetica

En 1900, el fsico Max Plan sugiri que aunque la luz parece continua no lo es. Deca que l a radiacin el ectromagntica puede considerarse como una corriente de paquetes diminutos de energa l lamados cuantos, los paquetes ms pequeos de energa asociados con una forma particular de radiaciones electromagnticas, y cada u no c ontiene u na c antidad es pecfica y f ija d e energa y tiene su propia longitud de onda. Niels Bohr usaba el concepto de cuantos para explicar los espectros en lneas de los elementos. 2.1.- Bases experimentales de la teora cuntica. Teora cuntica, teora fsica basada en la utilizacin del concepto de unidad cuntica par a des cribir l as pr opiedades di nmicas d e l as par tculas subatmicas y las interacciones entre la materia y la radiacin. Las bases de la t eora fueron s entadas p or el fsico al emn M ax P lanck, q ue en 1900 postul q ue l a m ateria s lo pue de e mitir o abs orber en erga en peq ueas

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unidades di scretas l lamadas c uantos. O tra c ontribucin f undamental al desarrollo d e l a t eora fue el pr incipio d e incertidumbre, f ormulado por el fsico alemn Werner Heisenberg en 1927, y que af irma que no es pos ible especificar con exactitud simultneamente la posicin y el momento lineal de una partcula subatmica 2.2- Teora atmica de Bohr. Cmo pu eden encontrarse l os el ectrones en l os t omos de forma q ue absorban y emitan energa como cuantos? Para resolver esta pregunta, Bohr sugiri q ue l os el ectrones d eben h allarse en r bitas d e c ierto t amao, movindose a c ierta velocidad. Entonces, l os electrones deben tener c ierta energa. S i el el ectrn absorbe energa, se m over en u n rbital de mayor energa y ms alejada del ncleo. Si pierde energa, el electrn se mover en otra rbita ms cercana al ncleo. La teora cuntica indujo la idea de que los electrones en l as or bitas, t ienen un a c antidad de en erga ( se di ce q ue l os electrones s e encuentran en c iertos ni veles de e nerga). B ohr ap lico es tas ideas al tomo de hidrgeno y c alculo matemticamente c ual s era l a frecuencia de la radiacin emitida por el hidrgeno, desafortunadamente, esa teora no funciono tambin con elementos cuyos tomos son ms complejos que los del hidrgeno. Como resultado del trabajo terico y experimental, se ha l legado a desarrollar una r epresentacin de l a es tructura atmica, q ue explica en f orma satisfactoria los fenmenos qumicos. Ms que describir al electrn como si se encontrase en un orbital perfectamente definido, la nueva teora cuntica sugiere que existen en regiones que se conocen como capas. Cada c apa t iene l a c apacidad par a contener a m s de un el ectrn, au n cuando ex iste un lmite superior, d ependiendo de l a c apa q ue s es te considerando. A diferencia de la rbita, una capa tiene una ubicacin menos definida alrededor del ncleo. El fsico da ns Niels B ohr (Premio N obel d e F sica 1922) , p ostul q ue l os electrones giran a grandes velocidades alrededor del ncleo atmico. En ese caso, l os el ectrones s e di sponen en diversas r bitas c irculares, l as c uales determinan diferentes niveles de energa. Para Bohr, la razn por la cual los electrones que circulan en los tomos no satisfacen las leyes de la electrodinmica clsica, es porque obedecen a las leyes de l a mecnica cuntica. Sin duda, giran en torno del ncleo atmico, pero c irculan nicamente s obre r bitas tales q ue s us i mpulsos r esultan determinados por mltiplos enteros de la constante de Planck. Los electrones no r adian d urante t odo el t iempo en q ue d escriben s us r bitas; s olamente cuando el electrn salta de una rbita a otra, ms cercana del ncleo, lanza un c uanto de l uz, un fotn. E mitidos por l os t omos de g ases incandescentes, son los fotones los que engendran las rayas espectrales, y Bohr tuvo el portentoso acierto de poder explicar las rayas del hidrgeno. En efecto, l as l ongitudes de o nda de es tas lneas es pectrales s e v uelven calculables a partir del modelo de tomo cuantizado por Bohr, que interpreta tambin el origen de los espectros elementales embrionados por los rayos X.

http://www.astrocosmo.cl/biografi/b-n_bohr.htm

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Gracias a l a c uantizacin d e s u tomo, l ogr el g ran x ito d e e xplicar l as lneas espectrales del hidrgeno. Planck descubrir en el concepto del cuanto la l lave, por t anto t iempo buscada e n v ano, de l a puerta de e ntrada del maravilloso pa s de l a es pectroscopia, q ue resistiera desde l os t iempos d e Kirchhoff y Bunsen todas las tentativas para abrirla. La teora or iginal deba sufrir numerosas y profundas modificaciones; mas, sin el genio de Bohr, sin "la l lave q ue abri l a p uerta", el pr ogreso ul terior, q ue el g ran t erico dinamarqus no dej de orientar, no hubiera sido posible. Pero antes que Bohr lograra explicar las lneas espectrales del hidrgeno, el maestro s uizo de dibujo de una es cuela d e B asilea J ohann J acob B almer, logr es tablecer e n 1 885, el m ismo a o e n q ue nac iera Bohr u na s imple relacin numrica, que ligaba las longitudes de onda de las rayas espectrales del tomo de hidrgeno. En este descubrimiento fruto de tanteos aritmticos y pi tagricos s e es condan c onocimientos que es te pr ofesor de di bujo y paciente buscador estaba lejos de sospechar. Su frmula, generalizada por su compatriota Walter Ritz (1908), permiti prever, no slo la sucesin de las lneas en el es pectro v isible, s ino t ambin s eries de el las en el es pectro invisible ultravioleta e infrarrojo del hidrgeno. En los aos s iguientes el desarrollo del modelo del tomo de hidrgeno, la naturaleza dual de la energa radiante se convirti en un c oncepto conocido. Dependiendo de las circunstancias experimentales, la radiacin parece tener un c arcter ondulatorio o de par tcula ( fotn). Luis d B roglie, ex tendi audazmente esta idea. Si en l as condiciones apropiadas la energa radiante se p oda c omportar c omo s i fuera un a c orriente de par tculas, podra l a materia, en condiciones apropiadas, exhibir l as propiedades de una onda?, Supongamos que consideramos al electrn en rbita alrededor del ncleo de un tomo de hidrgeno Como una onda, con una longitud de onda caracterstica. De Broglie sugiri que el electrn que el electrn en su trayectoria circular alrededor del ncleo tiene asociada una longitud de onda especfica, y propuso que la longitud de onda caracterstica del electrn o de cualquier partcula depende de su masa m y su velocidad v h = mv Ecuacin 2.1 La cantidad de mv para cualquier objeto es su momento mpetu. De Broglie utiliz el t rmino o ndas de materia p ara des cribir l as c aractersticas ondulatorias de las partculas materiales. Puesto que la hiptesis de De Broglie es aplicable a toda la materia cualquier objeto c on m asa y v elocidad d ara or igen a u na onda d e m ateria caracterstica. S in embargo la ecuacin formulada indica que la longitud de

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onda asociada a un objeto de tamao ordinario, como una pelota de golf, es tan pequea que est ms all del alcance de cualquier posible observacin. Esto no sucede con el electrn porque su masa es muy pequea. Esta prediccin f ue verificada ex perimentalmente poc os aos despus p or los f sicos es tadounidenses C linton D avisson y Les ter H albert Germer y el fsico br itnico George P aget T homson, q uienes m ostraron q ue un haz de electrones di spersado por un c ristal da l ugar a un a figura de difraccin caracterstica de una onda. El descubrimiento de las propiedades ondulatorias de la materia hizo surgir nuevas e i nteresantes pr eguntas ac erca de l a f sica c lsica. C onsiderando que una p elota r ueda hac ia a bajo p or una r ampa, po demos c alcular exactamente l a posicin d e l a pel ota, s u di reccin de m ovimiento y s u rapidez en cualquier instante. Podemos hacer lo mismo con un electrn que exhibe propiedades ondulatorias? Una onda se extiende en el espacio, y su posicin no est definida con precisin. Por lo tanto, podemos esperar que sea imposible determinar exactamente dnde est ubicado un electrn en un instante especfico. El f sico a lemn Wener Heinsenberg lleg a l a conclusin de que la doble naturaleza de la materia impone una limitante fundamental a la precisin con que podemos conocer tanto posicin como el momento de cualquier objeto. La l imitante es i mportante s lo c uando t ratamos c on materia e n el ni vel subatmico, es decir cuando la masa estn pequea como la de un electrn. El postulado de Heinsenberg se conoce como principio de incertidumbre. Si aplicamos este principio a los a los electrones de un tomo, nos dice que es imposible c onocer s imultneamente t anto el m omento ex acto d el el ectrn como su posicin exacta en el espacio.

2.3 Mecnica cuntica La hiptesis de De Broglie y el principio de de incertidumbre de Heinsenberg prepararon el escenario para una nueva teora de la estructura atmica. El c oncepto o ndulatorio de l as par tculas l lev al f sico aus triaco Erwin Schrdinger a des arrollar una ecuacin de onda para de scribir l as propiedades on dulatorias de un a p artcula y , m s c oncretamente, el comportamiento ondulatorio del electrn en el tomo de hidrgeno. Aunque es ta ec uacin diferencial er a c ontinua y pr oporcionaba s oluciones para todos los puntos del espacio, las soluciones permitidas de la ecuacin estaban r estringidas por c iertas c ondiciones ex presadas p or e cuaciones matemticas llamadas funciones propias o eigenfunciones (del alemn eigen, propio). A s, l a ec uacin de onda d e S chrdinger s lo t ena d eterminadas soluciones discretas; estas soluciones eran expresiones matemticas en las que l os nm eros c unticos a parecan c omo par metros ( los nm eros cunticos s on n meros ent eros i ntroducidos en l a f sica de par tculas pa ra

http://es.encarta.msn.com/encyclopedia_761575224/George_Thomson.htmlhttp://es.encarta.msn.com/encyclopedia_761569552/Difracci%C3%B3n.htmlhttp://es.encarta.msn.com/encyclopedia_761555158/Erwin_Schr%C3%B6dinger.htmlhttp://es.encarta.msn.com/encyclopedia_761555158/Erwin_Schr%C3%B6dinger.html

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indicar l as magnitudes de determinadas c antidades c aractersticas de l as partculas o sistemas). La ec uacin de S chrdinger s e r esolvi par a el t omo d e hi drgeno y di o resultados q ue e ncajaban s ustancialmente con l a t eora c untica ant erior. Adems, t ena s olucin par a el t omo d e hel io, q ue l a t eora anterior n o haba l ogrado ex plicar de forma adecuada, y t ambin en este c aso concordaba con los datos experimentales. Las soluciones de la ecuacin de Schrdinger t ambin indicaban q ue n o po da haber d os el ectrones q ue tuvieran sus cuatro nmeros cunticos iguales, esto es, que estuvieran en el mismo es tado e nergtico. E sta r egla, q ue y a hab a s ido e stablecida empricamente p or Wolfgang P auli en 1 925, s e c onoce c omo principio de exclusin Posteriormente, S chrdinger demostr q ue l a m ecnica ondulatoria y l a mecnica de matrices son versiones matemticas di ferentes de una misma teora, hoy denominada mecnica cuntica. Incluso en el caso del tomo de hidrgeno, formado por s lo dos partculas, am bas i nterpretaciones matemticas son muy complejas. El siguiente tomo ms sencillo, el de helio, tiene t res par tculas, e i ncluso en el s istema m atemtico r elativamente sencillo de l a di nmica c lsica, el problema de l os t res c uerpos ( la descripcin d e l as i nteracciones mutuas de t res c uerpos di stintos) no s e puede resolver por completo. Sin embargo, s es posible calcular los niveles de en erga. A l apl icar l a m atemtica mecnica cuntica a s ituaciones complejas, los f sicos pueden emplear alguna de las muchas formulaciones matemticas. La eleccin depende de la conveniencia de la formulacin para obtener soluciones aproximadas apropiadas. Aunque la mecnica cuntica describe el tomo exclusivamente a travs de interpretaciones matemticas de los fenmenos observados, puede decirse a grandes rasgos que en la actualidad se considera que el tomo est formado por un nc leo r odeado por una s erie de o ndas es tacionarias; e stas ond as tienen m ximos en puntos determinados, y cada ond a es tacionaria representa una rbita. El cuadrado de l a amplitud de l a onda en c ada punto en u n momento dado es una medida de la probabilidad de que un electrn se encuentre all. Ya no puede decirse que un electrn est en un punto determinado en un momento dado. La s olucin c ompleta de l a ec uacin de Schdinger par a el tomo de hidrgeno produce un c onjunto d e funciones de on da con s us correspondientes e nergas. E stas funciones de on das s e denominan orbitales. Cada or bital describe una di stribucin es pecfica de densidad electrnica en el espacio, dada por su densidad de probabilidad. Por lo tanto, cada orbital tiene una energa y una forma caracterstica.

http://es.encarta.msn.com/encyclopedia_761553051/Wolfgang_Pauli.htmlhttp://es.encarta.msn.com/encyclopedia_761570580/Principio_de_exclusi%C3%B3n.htmlhttp://es.encarta.msn.com/encyclopedia_761570580/Principio_de_exclusi%C3%B3n.html

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El m odelo d e B ohr i ntrodujo s lo un nmero c untico n para des cribir u n rbita. El modelo de la mecnica cuntica emplea tres nmeros cunticos, l, m,s. Orbital atmico: es la r egin del espacio prxima al ncleo atmico en la que es muy probable se encuentre el electrn con determinada energa. Se lla ma estructura el ectrnica a l a di stribucin, en un t omo de u n elemento, de sus electrones en los distintos orbitales. Los nmeros c unticos son l os q ue d efinen a l os or bitales atmicos y aparecen de l a r esolucin de l a ecuacin de ondas. S u s ignificado es el siguiente: 2.4 Los Nmeros Cunticos Los n meros c unticos apar ecen en l as soluciones d e l a ec uacin de Schrdinger. C ada el ectrn p osee 4 nmeros c unticos en v irtud d e s u posicin, por t anto s egn el principio de exclusin de Pauli no pu ede haber 2 el ectrones c on l os c uatro n meros c unticos i guales dentro del tomo, estos son: n, l, m, s. Nmero cuntico n. El nmero cuntico principal determina el tamao de las rbitas, por tanto, la distancia al ncleo d e un el ectrn v endr det erminada por es te n mero cuntico. Todas las rbitas con el m ismo nmero cuntico pr incipal f orman una capa. Su valor puede ser cualquier nmero na tural mayor que 0 (1, 2 , 3) y dependi endo d e s u v alor, c ada c apa r ecibe c omo des ignacin u na letra. Si el nmero cuntico Principal es 1, la capa se denomina K, si 2 L, si 3 M, si 4 N, si 5 P, etc. Cada rbita se corresponde con un nivel energtico que recibe el nombre de nmero cuntico principal, se representa con la letra n

Fig. 2.2 Nmero cuntico n

Una capa se divide en subcapas correspondientes a los diferentes valores de

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Numero cuntico l. El nmero cuntico azimutal determina la excentricidad de l a rbita, cuanto mayor sea, ms excntrica ser, es decir, ms aplanada ser la el ipse que recorre el el ectrn. Su v alor dep ende d el n mero c untico principal n , pudiendo variar desde 0 hasta una unidad menos que ste (desde 0 hasta n-1)

Fig. 2.3 Nmero cuntico l

Nmero cuntico m. El n mero c untico magntico de termina l a or ientacin es pacial de l as rbitas, de las elipses. Su valor depender del nmero de elipses existente y vara desde -l hasta l.

Fig. 2.4 Nmero cuntico m

El c onjunto de es tos t res n meros c unticos d eterminan l a forma y orientacin de l a rbita que describe el el ectrn y que se denomina orbital cuando l = 0, se llama orbital s; si vale 1, se denomina orbital p, cuando 2 d,

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si su valor es 3, se denomina orbital f, si 4 g , y as sucesivamente. Pero no todas las capa t ienen el mismo nmero de orbitales, el nmero de orbitales depende de la capa y, por tanto, del nmero cuntico n. Nmero cuntico S. Cada electrn, en un orbital, gira sobre s mismo. Este giro puede ser en el mismo sentido que el de su movimiento orbital o e n sentido contrario. Este hecho se determina mediante un nuevo nmero cuntico, el nmero cuntico spin s, que puede tomar dos valores, 1/2 y -1/2.

Fig. 2.5 Nmero cuntico 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 podr n c olocarse dos el ectrones ( correspondientes a l os valores de s 1/2 y -1/2) y en c ada c apa p odrn s ituarse 2n 2 electrones ( dos en c ada orbital). Los electrones ms cercanos al ncleo estn ms fuertemente ligados a l y por l o t anto t ienen e nerga m s peq uea. P or ot ra par te l os t omos q ue tienen electrones en capas completas forman configuraciones muy estables.

Nmero cuntico Nombre Valores Significado

N Principal 1, 2, 3, Nivel energtico y tamao del orbital

L Secundario 0, 1, 2,, n-1 Subnivel energtico y forma del orbital

M Magntico -l,, 0,, l Orientacin espacial del orbital

S Spin -1/2, 1/2 Giro del electrn sobre s mismo

Cuando dec imos que t odos l os orbitales que t ienen n=3 es tn en l a t ercer capa, adems del conjunto de orbitales que tienen los mismos valores de n y l se llama subcapa. Cada subcapa se designa con un nmero y una letra (s, p, d, f que corresponde a los valores de l). La c apa c on nmero c untico pr incipal n consiste en exactamente n subcapas. C ada s ubcapa c orresponde a u n v alor per mitido distinto d el l desde 0 has ta n -l. P or l o t anto, l a pr imera capa n=1, consiste en una s ola

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subcapa, la 1s (l=0); la segunda capa (n=2), consiste en dos subcapas, la 2s (l=0) y la 2p (l=1); la tercer capa consiste en tres capas, 3s, 3p y 3d. Cada subcapa consiste en un nmero especfico de or bitales. Cada orbital corresponde a un valor permitido de m, distinto. Para un valor dado de l, hay 2l+1 valores permitidos de m, que va desde l hasta l . As cada subcapa s (l=0) consiste en un orbital; cada subcapa p ( l=1) consiste en tres orbitales, cada subcapa d (l=2) consiste en cinco orbitales. Los orbitales s El or bital de m s b aja ener ga, el 1s , es es frico, q ue i ndica q ue l a probabilidad de encontrar un el ectrn al rededor del nc leo d isminuye conforme nos alejamos del ncleo en cualquier direccin.

Fig. 2.6. Forma del orbital s

Los orbitales p La distribucin de la densidad electrnica de un orbital 2p, no es de forma esfrica c omo el orbita s . E n v ez de el lo, l a densidad el ectrnica s e concentra en dos lados del ncleo, separada por un nodo en el ncleo; es decir, q ue t iene dos l bulos. E s c onveniente r ecordar q ue n o es tamos diciendo nada acerca de cmo el electrn se mueve dentro del orbital. Cada par a par tir de n=2 tiene tres orbitales p: hay tres orbitales 2p, tres 3p etc. Los orbitales de una subcapa dada t iene el m ismo tamao y la m isma forma pero diferente en su orientacin espacial. Por lo regular representamos los or bitales p di bujando l a forma y or ientacin de s u funcin de ond a. Resulta til como stos como los orbitales px, py y pz. El subndice indica el eje sobre el cual est orientado. Al igual que en los orbitales s, el tamao de los orbitales p aumenta al pasar de 2p a 3p a 4p etc.

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Fig. 2.7. Formas del orbital p

Los orbitales d y f Si n=3 o ms encontramos los orbitales d ( para los cuales l= 2) . Hay c inco orbitales 3d, cinco 4d, etc. Los diferentes orbitales d d e un c apa dad t ienen distintas f ormas y orientaciones en el es pacio. Advierta q ue c uatro de l os orbitales d e t ienen formas s emejantes a un t rbol de c uatro h ojas, y que cada uno yace primordialmente en un plano. Los orbitales dxy, dxz y dyz estn en los planos xy, xz, y yz, respectivamente, con los lbulos orientados entre los ejes. Los lbulos del orbital dx2-y2 tambin estn en el plano xy, pero los lbulos estn orientados sobre los ejes x y y. El orbital dz2 es muy diferente de los otros cuatro orbitales d. Cuando n es 4 o mayor, hay s iete orbitales f equivalentes (para los cuales l=3). Las formas de los orbitales f son an ms complicadas que las de l os orbitales d.

Fig. 2.8. Formas de los orbitales d

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Fig. 2.9 Formas de los orbitales f

2.5. Configuracin electrnica. Se r efiere a l a forma c omo l os el ectrones l lenan l os di versos niveles de energa del t omo y es l o q ue det ermina l a m anera c omo un tomo s e comportan qumicamente. Por ejemplo tiene un electrn en el primer nivel de energa, esto se debe a que el primer nivel est asociado con la energa ms baja. L os dos el ectrones del h elio t ambin es tn en el pr imer ni vel de energa. El litio, sin embargo, tiene tres electrones. Dos ellos van en el primer nivel de en erga, pero uno debe i r al segundo nivel, puede contener slo a dos electrones. Los tomos con 4 a 10 electrones t ienen 2 electrones en el primer nivel y los restantes en el segundo nivel. El nen, con 10 electrones, llena tanto el primero como el segundo nivel. Para entender ms l a c onfiguracin el ectrnica debemos ex aminar m s a fondo l os s ubniveles de energa. E stos s ubniveles ag rupan el ectrones de acuerdo c on l a ener ga y l a c onfiguracin el ectrnica muestra c untos electrones t iene un tomo en las diversas energas como se muestra en l a siguiente figura.

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Fig. 2.10. Regla de las diagonales

El espacio que rodea al ncleo del tomo queda dividido en niveles (pisos), con s ubniveles ( apartamentos) y or bitales (habitaciones). C ada habitacin puede estar ocupada por ninguno, uno o dos electrones (inquilinos). En el primer piso hay un nico piso con un apartamento de una habitacin. En el segundo piso hay dos apartamentos uno con una habitacin y otro con 3 habitaciones Ejemplo: La configuracin electrnica del aluminio (Z = 13)

12622 33221 pspss 1s 2s 2p 3s 3p Los electrones situados en el ltimo nivel se llaman electrones de valencia y son los responsables de las propiedades qumicas y del tipo de enlace que van a presentar. Para realizar la configuracin electrnica de los electrones de un tomo de un el emento e n l os di stintos or bitales. Hay q ue s eguir l os s iguientes principios: Principio de ex clusin de Pauli: En un m ismo t omo no puede hab er dos electrones c on l os c uatro v alores de l os nm eros c unticos i guales. P or tanto, en cada orbital slo puede haber dos electrones con valores de s pin

contrarios, es decir, 21

=s y 21

=s .

Al electrn que hace posible distinguir un elemento qumico prximo anterior se le llama electrn diferencial. Esto define lo que es un elemento qumico de

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acuerdo a su nmero atmico (Z). La actividad qumica de un el emento est determinada p or l os e lectrones q ue existan en l a c onfiguracin e lectrnica externa. Principio de c onstruccin: l os el ectrones v an oc upando s ucesivamente l os orbitales en orden creciente de energa, teniendo en cuenta que cada orbital puede estar ocupado solamente por dos electrones que se han de diferenciar en el spin. Principio de mxima multiplicidad de Hund: Cuando en un subnivel existen varios or bitales, s tos s on pr imeramente semiocupados con u n el ectrn manteniendo s us s pines p aralelos ( electrones d esapareados), y e l emparejamiento d e el ectrones empieza c uando t odos l os orbitales es tn semiocupados. Los tomos s e forman s iguiendo el pr incipio de edi ficacin progresiva, es decir, cada tomo t iene un pr otn (p+) y por consiguiente, un electrn (e-) ms que el anterior. E l principio de e dificacin pr ogresiva s eala q ue l os electrones deben acomodarse primero en los orbtales de menor energa, o sea, aquellos donde la suma de n+1 sea menor. Los orbtales se estructuran comenzando por el de menor energa. Una vez llenado el subnivel comienza a llenarse el siguiente, con energa ms alta. 2.6. Principio de edificacin progresiva (Aufbau) Llenado de los orbtales: L la nube electrnica de un tomo se compone de diferentes niveles energticos que se identifican con el nmero cuntico n. El n mero c untico s des cribe el s pin el ectrnico en el s entido d e l as manecillas del reloj o en contra. Dos electrones solo pueden ocupar el mismo orbital si tienen spines opuestos. Los electrones de l a configuracin electrnica externa (ltimo nivel) son los de mayor importancia para efectuar los cambios qumicos, como la formacin de i ones, enl aces y r eactividad. D e t al m anera es i ndispensable es te conocimiento para la comprensin de la qumica. Ahora p uede es cribir l as c onfiguraciones el ectrnicas par a c ualquier elemento con cualquier nmero atmico: sencillamente l lenando primero los subniveles de energa ms bajo, apoyndose en el principio de Aufbau. Todo lo q ue t iene q ue hac er es s eguir l as f echas di agonales, e mpezando e n l a parte superior izquierda. Es decir, el subnivel 1s, sellan primero, despus el subnivel 2s , s eguido por l os s ubniveles 2 p, 3s , 3p , 4s , 3d , y 4p, y as sucesivamente. Cuando s e es criben c onfiguraciones el ectrnicas, n o us amos pal abras, usamos s istemas que implican notacin abreviada. Representamos el ni vel de ener ga, con el n mero 1, el nivel de en erga 2, el nivel 3, y as sucesivamente. Entonces, por ejemplo, un electrn 2p es un el ectrn en e l subnivel p i nivel 2.

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Ejemplo

Electrones en subnivel

H: 1s1

Nivel principal de energa Subnivel de energa

2.7 Configuracin cuntica de algunos tomos. La l ey per idica de M oseley est en per fecta ar mona c on l a c lasificacin cuntica actual. sta se basa en la periodicidad de las propiedades qumicas de los elementos, como consecuencia y funcin de la distribucin electrnica. Si cada elemento se identifica con los cuatro nmeros cunticos y se sabe el nmero de electrones que tiene cada tomo, de acuerdo al nmero atmico Z, bastar efectuar el acomodo en la clasificacin cuntica de los elementos, agrupando todos los elementos conocidos como sigue: 1. O rdenar l os 1 05 elementos c onocidos y al gunos ms q ue es tn e n estudio, en orden c reciente del n mero at mico c omenzando c on el hidrgeno que es el 1H y terminando con el Hannio 105Hn. 2. Agrupar todos los elementos en 8 perodos y en 32 familias. Perodo es el c onjunto d e el ementos par a c uyo el ectrn di ferencial ( el electrn q ue t ienen l os t omos e n s u ltima orbital) el v alor d e n+ 1 es idntico. En la tabla los perodos que son ocho se leen horizontalmente. Familia es un conjunto de elementos para cuyo electrn diferencial el valor de l es el mismo y adems tienen idntico valor de m. Existen 32 familias y t odos l os elementos c olocados en l a misma familia t ienen pr opiedades similares. En la tabla se leen verticalmente y sus propiedades van variando de manera progresiva. 3. Obtener la di stribucin el ectrnica de l os elementos al estado bas al mediante los valores de n+1 que son los de mayor energa. La atmsfera electrnica, o nu be de carga, se m ide por los electrones con determinada densidad electrnica ocupan niveles y subniveles especficos en los par metros c unticos n, l, m, s. La notacin de l as c onfiguraciones cunticas est indicada en la tabla peridica cuntica. Consta de coeficientes numricos, letras minsculas, ndices superiores (como exponentes) flechas. Estas configuraciones se pueden representar mediante diversos modelos.

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2.8 Configuracin e Kernel Los g ases nobl es t ienen t odos s us or bitales l lenos de el ectrones. A es ta configuracin electrnica per fecta, se l e l lama Kernel, cuando a s u vez, se encuentra contenida en la estructura de otro tomo. Para efectuarla, se toma en cuenta el gas noble que le antecede en la tabla, se es cribe en tre p arntesis s u s mbolo q ue r epresenta s u c onfiguracin electrnica y luego se distribuyen los electrones restantes. Ejemplo: realizar la configuracin electrnica con Kernel del fierro. El nmero atmico del f ierro es 26, por lo que el valor de " n" es 4. E l gas noble que le antecede es el Argn, a quien le correspondern 18 electrones. Los ocho restantes se distribuyen de acuerdo al cuadro de Aufbau, quedando por lo tanto as: (Ar) 4s2, 3d6. Para que le ent iendas, compara y analiza la regla ya comentada. Por ejemplo la configuracin del Litio (Z=3) sera: 1s2 2s1. El Helio (Z=2) es 1s2, por lo que el kernel del Li sera el siguiente: [He] 2s1Otros ejemplos:

Mg (Z=12): 1s2 2s2 2p6 3s2. Su kernel sera: [Ne] 3s2Y (Z=39): 1s

2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d1. Su kernel sera: [Kr] 4d1

5s2

http://www.quimica.es/enciclopedia/es/Litio/

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EJERCICIOS DE LA UNIDAD II. I. - Define los siguientes conceptos. Nmero cuntico principal. Nmero cuntico azimutal o secundario. Nmero cuntico magntico. Nmero cuntico de espn. Orbital. Subniveles de energa. Principio de incertidumbre de Heisemberg. Principio de construccin progresiva. Principio de mxima multiplicidad (Regla de Hund). Principio de exclusin de Pauli. II. De los siguientes elementos determina su configuracin electrnica, de kernel y vectorial 1.- 19 K a) Configuracin electrnica. b) Configuracin de Kernel. 2.- 5 B a) Configuracin electrnica. b) Configuracin de Kernel. 3.- 26 Fe a) Configuracin electrnica. b) Configuracin de Kernel. 4.- 31 Ga a) Configuracin electrnica. b) Configuracin de Kernel. 5.- 41 Nb a) Configuracin electrnica. b) Configuracin de Kernel.

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III. Resuelve las siguientes preguntas. 1. Qu color del espectro visible t iene la f recuencia ms al ta? Qu color tiene la frecuencia ms baja? 2.- Complete las siguientes declaraciones: a) Cuando n = 2, los valores del pueden ser ____ y ____. b) C uando l = 1 s e l e l lama s ubnivel ___ _, l os v alores de m l p ueden s er ____, ____ y ____. c) Cuando l = 2 se le llama subnivel ___ y este subnivel tiene ____ orbitales. d) C uando el s ubnivel s e l lama f, h ay ____ v alores de ml y hay ___ _ orbitales. 3. Desarrolle l a c onfiguracin el ectrnica de l os s iguientes el ementos, tomando en cuenta la Regla de Hund. a) N b) O c) P d) Si e) Br 4. D esarrolle l a c onfiguracin el ectrnica c on K ernel d e l os s iguientes elementos, tomando en cuenta la Regla de Hund. a) Fe b) As c) Rb d) I e) Al 5. Desarrolle la configuracin electrnica de los siguientes iones. a) O-2 b) Cr +3 c) Cl-1 d) H-1 e) Fe+2 6. Desarrolle l a c onfiguracin el ectrnica de l os s iguientes el ementos, e indique si son diamagnticos o paramagnticos. a) Na b) Ca c) S d) Ne e) Li 7. Escriba la configuracin electrnica de Au+1 e indique los cuatro nmeros cunticos del ltimo electrn (+1/2). 8. Un t omo t iene l a c onfiguracin en el es tado basal d e: 1s22s22p63s23p64s23d3. Cuntos or btales es tn ocupados c on un o o ms electrones? 9. Indique el nmero de protones, neutrones y electrones del in aluminio. 10. Si el ltimo electrn de la configuracin del elemento tiene los siguientes nmeros c unticos, 3 , 1,+1,-1/2 r espectivamente n, l , m, s . C alcular el nmero atmico del elemento.

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UNIDAD III. LOS ELEMENTOS QUMICOS, CLASIFICACIN PERIDICA, PROPIEDADES ATMICAS E IMPACTO ECONMICO Y AMBIENTAL. Objetivo: Interpretar el comportamiento de los elementos segn su ubicacin en la Clasificacin Moderna e identificar los beneficios y riesgos asociados a los elementos qumicos. 3.1. Antecedentes del surgimiento de la tabla peridica. Al conocer las propiedades de los tomos, y en especial su peso, se transform en la t area fundamental de l a q umica y, gracias a l as i deas de A vogadro y Cannizaro, d urante l a pr imera mitad d el s iglo X IX, g ran par te de l a l abor qumica c onsisti en determinar los p esos de l os t omos y l as f ormulas qumicas de muchos compuestos. Al mismo tiempo, se iban descubriendo ms y ms elementos. En la dcada de 1860 se conocan ms de 60 elementos, y saber las propiedades de todos ellos, era imposible para cualquier qumico, pero muy importante para poder realizar su trabajo. Ya en 1829, un q umico alemn, D bereiner, s e p ercat q ue al gunos elementos deb an g uardar c ierto or den. A s, el c alcio, es troncio y bar io formaban c ompuestos de c omposicin s imilar y c on pr opiedades similares, de forma q ue l as pr opiedades del es troncio er an i ntermedias e ntre l as del calcio y las del bar io. O tro tanto ocurra con el azufre, selenio y teluro ( las propiedades del selenio eran i ntermedias entre l as del azufre y el t eluro) y con el c loro, bromo y i odo ( en es te c aso, el el emento i ntermedio er a e l bromo). Es lo que se conoce como tradas de Dbereiner. Las i deas de D bereiner c ayeron en el ol vido, aunq ue m uchos q umicos intentaron buscar un a r elacin entre l as pr opiedades de l os el ementos. E n 1864, un qumico ingls, Newlands, descubri que al ordenar los elementos segn s u pes o at mico, el oc tavo el emento t ena pr opiedades s imilares al primero, el noveno al segundo y as sucesivamente, cada ocho elementos, las propiedades se repetan, lo denomin ley de las octavas, recordando los periodos musicales. Pero las octavas de Newlands no se cumplan siempre, tras las primeras octavas la ley dejaba de cumplirse. En 1870, el qumico alemn Meyer estudi los elementos de forma grfica, representando el volumen de cada tomo en funcin de su peso, obteniendo una g rfica en o ndas c ada v ez m ayores, l os el ementos en posiciones similares de l a onda, tenan propiedades similares, pero las ondas cada vez eran mayores e integraban a ms elementos. Fue el descubrimiento de la ley peridica, pero lleg un ao demasiado tarde. En 1 869, Mendeleyev public s u t abla peridica. H aba ordenado l os elementos siguiendo su peso atmico, como lo hizo Newlands antes que l, pero t uvo t res i deas geniales: n o mantuvo f ijo el p eriodo de r epeticin d e propiedades, sino que lo ampli conforme aumentaba el peso atmico (igual

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que s e a mpliaba l a a nchura de l a g rfica de Meyer). I nvirti el orden de algunos el ementos p ara q ue c uadraran s us pr opiedades c on l as de l os elementos a dyacentes, y dej hu ecos, i ndicando q ue c orrespondan a elementos an no descubiertos. En tres de los huecos, predijo las propiedades de los elementos que habran de descubrirse (denominndolos ekaboro, ekaaluminio y ekasilicio), cuando aos ms t arde se descubrieron el escandio, el galio y el germanio, cuyas propiedades s e c orrespondan c on las pr edichas p or Mendeleyev, y s e descubri un nuevo gr upo d e el ementos ( los g ases n obles) q ue enc ontr acomodo en l a t abla de Mendeleyev, s e puso de manifiesto n o s lo l a veracidad de l a l ey peridica, s ino l a i mportancia y ut ilidad de l a t abla peridica. Dimitri I vanovich M endeleiev y J ulius Lot har M eyer pr opusieron una nueva tabla c ompuesta p or 7 filas ( perodos) y oc ho c olumnas. A l c onjunto d e elementos l o llam familia a g rupo por t ener pr opiedades s emejantes. A diferencia d e l a t abla de N ewlands es ta no c onsta de per odos c on u n nmero fijo de el ementos. M endeleiev pr ev l as pr opiedades q umicas y fsicas d e t res el ementos q ue aos d espus s eran d escubiertos c omo Escandio, Galio y Germanio. Los trabajos de Moseley relativos al estudio de los espectros de r ayos X de los el ementos per mitieron c onocer el r espectivo n mero a tmico. S e comprob que al ordenar los elementos segn el orden creciente del nmero atmico las parejas que resultaban alteradas en la ordenacin de Mendeleiev se hallaban correctamente dispuestas. De este modo se establece el sistema peridico actual. La tabla peridica actual es similar a la de Mendeliev pero tiene ms elementos, los que se han descubierto desde 1869. Hoy da consta de siete hileras horizontales llamadas periodos y un nmero de columnas verticales llamadas grupos (familias) Los grupos estn numerados con numerales romanos. Todos los elementos en cada grupo tienen el mismo nmero de electrones en su capa ms externas, as como todos se comportan de modo similar. Por ejemplo, los elementos del grupo IA reaccionan violentamente cuando entran en contacto con el agua. Y todos los elementos del grupo IA tienen un electrn en su capa ms externa. Algunos d e l os gr upos en l a t abla p eridica estn des ignados c on un nm ero romano no seguido por una A, otros con un nmero romano seguido por una B. Los gr upos a s e de nominan l os elementos r epresentativos. Los grupos B s e llaman metales de transicin.

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Fig. 3.1 Clasificacin de los elementos en la tabla peridica.

Otra clasificacin que resulta importante conocer y es de g ran ut ilidad en la nomenclatura es l a que nos brinda i nformacin s obre l a c apacidad de combinacin de l os el ementos o s ea s u valencia as co mo su estado o nmero de oxidacin. Existe una c lasificacin que ubica a los elementos representativos en ocho grupos i dentificados como A y a l os de t ransicin en B. L os elementos representativos son conocidos as porque el nmero de grupos representa la cantidad de electrones en s u capa de valencia o sea el ltimo nivel, y l a cantidad de el ectrones en es a c apa nos i ndica l a v alencia m xima q ue el elemento puede presentar. La valencia de un elemento se refiere a la capacidad de combinacin que presenta; en el c aso de l os no metales se r elaciona c on el n mero d e tomos de hidrgeno c on q ue s e pue de enlazar y en l os metales con cuntos tomos de cloro se une. Ejemplos: El Calcio se puede unir a dos tomos de Cloro por lo que su valencia es dos. CaCl2 El O xgeno f orma ag ua uni ndose a d os hidrgenos, s u v alencia t ambin ser dos. H2O El N itrgeno s e une a t res H idrgenos en l a formacin de A monaco, su valencia es tres. NH3 Las pr opiedades f sicas y q umicas de l os el ementos dep enden, fundamentalmente, de su configuracin electrnica. En u n tomo, l a c orteza el ectrnica, q ue contiene t antos electrones c omo protones t iene el nc leo, de forma que el tomo sea elctricamente neutro,

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no est distribuida de manera uniforme, sino que los electrones se disponen en capas concntricas alrededor del ncleo. La atraccin del ncleo atmico sobre un electrn existente en las capas exteriores.

Fig. 3.2 Atraccin del ncleo atmico

3.2 Clasificacin peridica De ac uerdo c on el t ipo de s ubnivel q ue ha s ido l lenado, l os elementos s e pueden dividir en c ategoras: l os elementos representativos, lo s gases nobles, lo s elementos de transicin (o m etales d e t ransicin), l os lantnidos y los actnidos. Los elementos representativos son los elementos de los grupos 1A hasta 7A, todos los cuales tienen incompletos los subniveles s p del mximo nmero cuntico principal. Con excepcin del He, los gases nobles que conforman el grupo 8A tienen el mismo subnivel p completo. Los m etales de t ransicin s on l os elementos 1B y del 3B has ta el 8B , l os cuales tienen c apas d i ncompletas, o fcilmente forman c ationes c on subniveles d incompletos. Los elementos del grupo 2B son Zn, Cd, y Hg, que no son representativos ni metales de transicin. A l os l antnidos y ac tnidos s e l es l lama t ambin el ementos de t ransicin interna del bloque f porque tienen subniveles f incompletos. Si an alizamos l as c onfiguraciones del g rupo 1A v emos q ue s on s imilares: todos tienen el ltimo electrn en un orbital s. El grupo 2A tiene configuracin ns2 para los dos electrones ms externos. La similitud de las configuraciones electrnicas externas es lo que hace parecidos a los elementos de un grupo en su comportamiento qumico. Esta observacin es vlida para el resto de los elementos representativos. Si analizamos l a c onfiguracin del g rupo 7A, o el ementos h algenos, t odos ellos pos een c onfiguracin ns2np5, h aciendo q ue t engan pr opiedades m uy similares como grupo.

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Propiedades caractersticas de los metales y no metales

Metales No metales Tienen un l ustre br illante; di versos colores, p ero c asi t odos s on plateados.

No tienen lustre; diversos colores

Los slidos son maleables y dctiles Los s lidos s uelen s er q uebradizos; algunos duros y otros blandos.

Buenos c onductores de l a electricidad.

Malos c onductores de c alor y l a electricidad.

Casi t odos l os x idos m etlicos s on slidos inicos.

La mayor par te d e l os x idos n o metlicos son sustancias que forman soluciones cidas.

Tienen a formar cationes en solucin acuosa.

Tienden a f ormar aniones u oxianiones en solucin acuosa.

3.3 Breve descripcin de las propiedades y aplicaciones de algunos elementos de la Tabla Peridica. Gases nobles o gases raros Los g ases n obles, l lamados tambin r aros o i nertes, en tran, en es casa proporcin, en la composicin del aire atmosfrico. Pertenecen a es te grupo el hel io, n en, argn, c riptn, x enn y r adn, q ue s e c aracterizan por s u inactividad qumica, puesto que tienen completos sus electrones en la ltima capa. No t ienen tendencia por tanto, ni a p erder ni a g anar el ectrones. De aqu que su valencia sea cero o que reciban el nombre de inertes, aunque a tal a firmacin s e t iene hoy una r eserva que y a s e han p odido s intetizar compuestos de nen, xenn o kriptn con el oxgeno, el flor y el agua. El hel io s e enc uentra e n el ai re; el nen y el k riptn s e u tilizan en la iluminacin por sus brillantes colores que emiten al ser excitados, el radn es radioactivo. Grupo I, metales alcalinos Los m etales al calinos s on aq uellos q ue s e enc uentran en el pr imer g rupo dentro de la tabla peridica. Con excepcin del hidrgeno, son todos blancos, brillantes, muy activos, y se les encuentra combinados en forma de compuestos. Se les debe guardar en la atmsfera inerte o bajo aceite. Los c ompuestos de l os m etales al calinos s on i somorfos, l o m ismo q ue l os compuestos salinos del amonio. Este radical presenta grandes analogas con los metales de este grupo. Estos metales, c uyos tomos p oseen u n s olo el ectrn en l a c apa ex terna, son monovalentes. Dada su estructura atmica, ceden fcilmente el electrn de valencia y pasan al estado inico. Esto explica el carcter electropositivo que poseen, as como otras propiedades.

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Los de mayor importancia son el sodio y el potasio, sus sales son empleadas industrialmente en gran escala. Grupo II, metales alcalinotrreos Se conocen con el nombre de metales alcalinotrreos los seis elementos que forman el grupo IIA del sistema peridico: Berilio, magnesio, calcio, estroncio, bario y r adio. S on bivalentes y s e l es l lama alcalinotrreos a causa de l aspecto trreo de sus xidos. El radio es un elemento radiactivo. Estos elementos son muy activos aunque no tanto como los del grupo I. Son buenos conductores del calor y la electricidad, son blancos y brillantes. Como el no mbre i ndica, m anifiestan pr opiedades i ntermedias entre l os metales alcalinos y los trreos; el magnesio y, sobre todo, el berilio son los que ms se asemejan a estos. No existen en estado natural, por ser demasiado activos y, generalmente, se presentan formando s ilicatos, carbonatos, c loruros y sulfatos, generalmente insolubles. Estos metales s on difciles de o btener, p or l o q ue s u e mpleo es m uy restringido. Grupo III, familia del boro El boro es menos metlico que los dems. El aluminio es anftero. El galio, el indio y el talio son raros y existen en cantidades mnimas. El boro tiene una amplia qumica de estudio. Grupo IV Familia del carbono El es tudio de l os c ompuestos d el c arbono c orresponde a l a Q umica Orgnica. El carbono elemental existe como diamante y grafito. El s ilicio c omienza a s er es tudiado a mpliamente p or s u par ecido c on el carbono. Los elementos restantes tienen ms propiedades metlicas. Grupo V familia del nitrgeno Se considera a este grupo como el ms heterogneo de la tabla peridica. El nitrgeno est pr esente en c ompuestos tales c omo l as pr otenas, l os fertilizantes, los explosivos y es constituyente del aire. Como se puede ver, se t rata de un elemento tanto benfico como per judicial. E l fsforo t iene ya una qumica especial de estudio, sus compuestos son generalmente txicos. El arsnico es un metaloide venenoso. El antimonio tiene gran parecido con el aluminio, sus aplicaciones son ms de un metal. Grupo VI Colgenos Los cinco pr imeros el ementos son no -metlicos, el ltimo, p olonio, e s radioactivo. El oxgeno es un gas incoloro constituyente del aire. El agua y la

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tierra. E l azufre es un slido amarillo y sus compuestos por lo general son txicos o corrosivos. La qumica del teluro y selenio es compleja. Grupo VII halgenos El f lor, el c loro, el br omo, el y odo y el as tato, l lamados m etaloides halgenos, constituyen el grupo de los no metales monovalentes. Todos ellos son c oloreados en e stado g aseoso y , d esde el p unto de v ista q umico, presentan propiedades electronegativas muy acusadas, de donde se der iva la gran afinidad que tienen con el hidrgeno y los metales. Los formadores de s al s e enc uentran c ombinados e n l a nat uraleza por s u gran ac tividad. Las s ales de es tos el ementos c on l os de l os g rupos I y I I estn en los mares. Las propiedades de los halgenos son muy semejantes. La mayora s e s us c ompuestos d erivados son t xicos, i rritantes, ac tivos y tienen gran aplicacin tanto en la industria como en el laboratorio. El astatinio o stato difiere un poco del resto del grupo. Elementos de transicin Esta es una familia formada por los grupos IIIB, IVB, VB, VIB, VIIB, IB y IIB, entre l os q ue s e enc uentran l os el ementos c obre, fierro, z inc, oro, pl ata, nquel y platino. Las caractersticas de los metales de transicin son muy variadas, algunos se encuentran en la naturaleza en forma de compuestos; otros se encuentran libres. Estos el ementos n o son t an activos c omo l os r epresentativos, t odos s on metales y por t anto s on d ctiles, maleables, t enaces, c on al tos puntos d e fusin y ebul licin, conductores del calor y la electricidad. Poseen orbitales semilleros, y debido a esto es su variabilidad en el estado de oxidacin. Debido al estado de oxidacin, los compuestos son coloridos. 3.4 Propiedades Peridicas de la tabla peridica La energa de ionizacin es la energa mnima necesaria para que un tomo gaseoso en s u estado fundamental o d e menor energa, separe un electrn de este tomo gaseoso y as obtenga un in positivo gaseoso en su estado fundamental:

Las e nergas de i onizacin d e l os el ementos de un p eriodo aumentan al incrementarse el nmero atmico. C abe des tacar q ue l as e nergas de ionizacin de los gases nobles (grupo 8A) son mayores que todas las dems, debido a q ue la mayora de l os gases nobles son qumicamente inertes en virtud de s us elevadas energas de i onizacin. Los elementos del grupo 1A (los metales alcalinos) tienen las menores energas de ionizacin.

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Cada uno de estos elementos tiene un electrn en la ltima capa, el cual es energticamente fcil de q uitar (a partir de ah, es posible di ferenciar ent re energa de i onizacin 1, 2 y 3), por ello los elementos de este grupo forman cationes (iones positivos). Dentro de un grupo, la energa o potencial de ionizacin disminuye a medida que aumenta el nmero at mico, es dec ir de ar riba abajo. E sto se debe a que en el ementos m s g randes l a fuerza c on l a q ue estn unidos l os electrones es mayor que en tomos ms pequeos, y para sacar un electrn se requiere ms energa. Las energas de ionizacin de los elementos de un periodo aumentan al i ncrementarse el nmero atmico. Cabe destacar que las energas de i onizacin de los gases nobles (grupo 8A) son mayores que todas l as dems, d ebido a q ue l a m ayora de l os g ases nobles s on qumicamente inertes en v irtud de s us elevadas energas de i onizacin. Los elementos del grupo 1A (los metales alcalinos) tienen las menores energas de ionizacin. Cada uno de estos elementos tiene un electrn en la ltima capa, el cual es energticamente fcil de q uitar (a partir de ah, es posible di ferenciar ent re energa de i onizacin 1, 2 y 3), por ello los elementos de este grupo forman cationes (iones positivos). Dentro de un grupo, la energa o potencial de ionizacin disminuye a medida que aumenta el nmero at mico, es dec ir de ar riba abajo. E sto se debe a que en el ementos m s g randes l a fuerza c on l a q ue estn unidos l os electrones es mayor que en tomos ms pequeos, y para sacar un electrn se requiere ms energa.

Energa de ionizacin

Fig.3.3 Aumento de potencial ionizacin segn periodo y grupo La afinidad electrnica es el cambio de energa cuando un tomo acepta un electrn en el estado gaseoso:

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Entre ms negativa sea la afinidad electrnica, mayor ser la tendencia del tomo a aceptar (ganar) un electrn. Los elementos que presentan energas ms negativas son los halgenos (7A), debido a q ue la electronegatividad o capacidad de estos elementos es muy alta. La a finidad electrnica no presenta u n a umento o disminucin de forma ordenada d entro d e l a t abla per idica, m s bi en de forma des ordenada, a pesar de q ue pr esenta al gunos patrones como p or ej emplo q ue l os no metales poseen afinidades electrnicas ms bajas que los metales. En forma global es pos ible encontrar un estndar de v ariacin par ecido al de l a energa de ionizacin. Electronegatividad: Tendencia que presenta un tomo a atraer electrones de otro cuando forma parte de un compuesto. Si un tomo atrae fuertemente electrones, se dice que es al tamente electronegativo, por el contrario, s i no atrae f uertemente el ectrones el tomo es poco el ectronegativo. C abe destacar, q ue c uando un tomo pierde fcilmente s us el ectrones, es te e s denominado electropositivo. La el ectronegatividad pos ee r elevancia en el momento de determinar la polaridad de una molcula o enlace, as como el agua ( H2O) es pol ar, en b ase a l a diferencia de el ectronegatividad entre Hidrgeno y Oxgeno. En la tabla per idica la electronegatividad aumenta de i zquierda a der echa en un perodo y de abajo hacia arriba en un grupo.

Fig.3.4 Aumento de la afinidad electrnica segn periodo y grupo Radio atmico: es la mitad de la distancia entre dos ncleos de dos tomos adyacentes. N umerosas pr opiedades fsicas, i ncluyendo l a densidad, el punto de fusin, el punto de ebullicin, estn relacionadas con el tamao de los t omos. Los r adios at micos es tn d eterminados en g ran m edida p or cun fuertemente at rae el nc leo a l os el ectrones. A m ayor c arga nuc lear efectiva los electrones estarn ms fuertemente enlazados al ncleo y menor ser el r adio at mico. D entro d e un periodo, el r adio a tmico disminuye constantemente debido a q ue aumenta la carga nuc lear e fectiva. A medida que se desciende en un grupo el radio aumenta segn aumenta el nmero atmico.

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Fig. 3.5. Aumento de radio atmico segn periodo y grupo Radio inico: es el radio de un catin o de un anin. El radio inico afecta las propiedades fsicas y qumicas de un c ompuesto inico. Por ejemplo, la estructura t ridimensional d e un compuesto depende d el t amao relativo de sus cationes y aniones. Cuando un tomo neutro se convierte en un in, se espera un c ambio en el t amao. S i el tomo forma u n a nin, s u t amao aumenta d ado q ue l a c arga nuc lear p ermanece c onstate pero l a r epulsin resultante ent re el ectrones ex tiende el do minio de l a nu be el ectrnica. P or otro lado, un catin es ms pequeo que su tomo neutro, dado que quitar uno o ms electrones reduce la repulsin e lectrnelectrn y se contrae la nube el ectrnica. El r adio i nico au menta de ac uerdo al r adio atmico, es decir a lo largo de un periodo aumenta conforme el nmero atmico, y en un grupo aumenta hacia abajo. Radio inico

Fig. 3.6 comportamiento del radio atmico

Fig. 3.6.1 Aumento de radio inico segn periodo y grupo

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Fig. 3.7 Variacin de las propiedades de peridicas 3.5 Localizacin de los elementos Las coordenadas de un elemento en l a tabla se obtienen por su distribucin electrnica: el ltimo nivel de en erga localiza el periodo y los electrones de valencia el grupo. Elementos r epresentativos. E stn r epartidos en ocho g rupos y s e caracterizan por que s u di stribucin el ectrnica t ermina en s-p o p-s. E l nmero del grupo resulta de sumar los electrones que hay en los subniveles s s y p del ltimo nivel EJEMPLO: localice en la tabla peridica el elemento con Z= 35 La distribucin electrnica correspondiente es: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5 El l timo ni vel de en erga es el 4, por l o t anto el el emento d ebe es tar localizado en el cuarto periodo. El grupo se determina por la suma 2+5=7, correspondiente al nmero de electrones ubicados en el ltimo nivel, lo cual indica que el elemento se encuentra en el grupo VII A. Algunos grupos representativos reciben los siguientes nombres:

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Grupo IA: Alcalinos

Grupo IIA Alcalinotrreos

Grupo VIIA: Halgenos

Grupo VIIIA: Gases nobles

Si l a s uma es 3, 4, 5, 6 7 el g rupo es I IIB, I VB, V B, V IB,VIIB respectivamente. Si la suma es 8, 9 10 el grupo es VIIIB primera, segunda o tercera columna respectivamente. Y si la suma es 11 12 el grupo es IB y IIB respectivamente. EJEMPLO: localice en la tabla peridica el elemento con Z= 47

La di stribucin el ectrnica correspondiente es:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5 4p6 5s2 4d4

la cual en forma ascendente es ;

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d4 5s2

El l timo ni vel de en erga es el 5, por l o t anto el el emento d ebe es tar localizado en el quinto periodo. El grupo se determina por la suma 9+2=11, lo cual indica que el elemento se encuentra en el grupo I B.

Elementos de tierras raras:

Estn r epartidos e n 14 g rupos y s u configuracin el ectrnica ordenada t ermina en f-s. Es de no tar q ue l a s erie l antnida pertenece al per iodo 6 y l a ac tnida al periodo 7 de la tabla peridica.

3.6 Elementos de importancia econmica y ambiental de algunos elementos. Combustibles y carburantes. Los c ombustibles s on c uerpos c apaces de combinarse c on l ox igeno c on desprendimiento de calor. Los productos de la combustin son generalmente gaseosos. Por razones prcticas, la combustin no debe ser ni muy rpida ni demasiado lenta. Puede hacerse u na distincin entre l os c ombustibles q uemados en l os hogares y l os c arburantes utilizados en los m otores de ex plosin; a unque todos los carburantes pueden ser empleados como combustibles, no ocurre lo mismo a la viceversa. Clasificacin y utilizacin de los combustibles: Los distintos c ombustibles y carburantes utilizados pu eden s er: s lidos, lquidos o gaseosos.

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Los c arbones nat urales pr oceden de l a t ransformacin l enta, fuera del contacto c on el ai re, de g randes m asas vegetales ac umuladas e n c iertas regiones d urante l as pocas g eolgicas. El pr oceso d e c arbonizacin, e n unos casos, muy ant iguo, adems de que influyen ot ros factores, como las condiciones del medio ambiente y el tipo de vegetal original. Se han emitido numerosas teoras para explicar la formacin de l as minas de carbn, pero ninguna es totalmente satisfactoria. Elementos txicos. El plomo se encuentra en la naturaleza en forma de carbonato, y de sulfato, casi t odo el pl omo d el c omercio s e obtiene del s ulfuro q ue c onstituye el mineral galena. El pl omo r eacciona muy l entamente c on el c ido c lorhdrico, y el c ido sulfrico y fro apenas lo ataca, por formarse sulfato insoluble que lo preserva de su accin ulterior. El plomo puesto en contacto con agua dura se recubre de una capa protectora de sales insolubles, como sulfato, bicarbonato bsico o f osfato. E l ag ua destilada y l a de l luvia, q ue no c ontienen s ubstancias disueltas c apaces de f ormar es ta p elcula, at acan el metal a c ausa d el oxigeno que llevan disuelto, y forman hidrxido de plomo, algo soluble. Los compuestos solubles de plomo son venenosos, y por lo tanto, los tubos de plomo para conducir agua potable solo pueden utilizarse con seguridad si el agua es algo dura. El plomo se usa para fabricar tubos de caeras y revestir cables elctricos. Tambin se usan las instalaciones de cido sulfrico y en ac umuladores de plomo. Los vapores de plomo son los causantes de una g ran enfermedad l lamada saturnismo, c aracterizada ent re o tros sntomas por anor exia, constipacin pertinaz, anemia parlisis muscular, insomnio, angustia etc. Suele afectar a mineros q ue extraen plomo, a t ipgrafos a pi ntores y a q uienes f abrican acumuladores. Existen diferencias importantes en la epidemiologa, manifestaciones clnicas de la intoxicacin por el plomo en los nios y adultos. En los nios, la enfermedad debe ser debida a la malacia o pica (perversin del ap etito q ue l leva al ni o a ingerir c osas i mpropias para l a n utricin) o mordisque de objetos decorados con pinturas que contienen plomo. El arsnico es r elativamente i nerte a l as t emperaturas or dinarias, per o calentado al ai re ar de c omo l lama azulada produciendo nub es bl ancas d el trixido slido. Aunque todos los compuestos solubles de arsnico son venenosos, algunos tienen uso en medicina. Los que lo consumen adquieren cierta tolerancia al mismo y pued en t omar m ayores c antidades de l as q ue otras p ersonas no habituadas. Los compuestos de a rsnico se ut ilizan en agricultura en pul verizaciones y baos para ganado, con el fin de destruir insectos y parsitos.

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Los s ntomas de la ingestin de arsnico son: Sabor metlico, dolor urente en esfago y estomago, dolores clicos, vmitos y diarrea profusa con heces De agua de arroz. Seguida de deposiciones sanguilonentas, depresin, sed intensa, s equedad d e boc a y garganta, s ensacin d e c onstriccin e n l a garganta, ol or al iaceo del al iento y l as hec es, v rtigo, c efalea c entral, calambres m usculares, pi el fra, v iscosa; P ulso p equeo, r pido y dbi l; extremidades fras, c ianosis, respiracin anhel ante, es tupor, c olapso circulatorio, c onvulsiones, c oma er upciones c utneas, ol iguria, albuminuria, hematuria. Elementos contaminantes. En la naturaleza existen algunos elementos que debido a su estructura o en combinacin con otros en forma de compuestos, son perjudiciales al hombre, ya q ue s on ag entes contaminadores del m edio ambiente; en es pecial del aire, ag ua y s uelo, o bi en, porque ocasionan d aos i rreversibles al s er humano, como la muerte. Algunos de estos elementos son: Antimonio (Sb) y textiles.- Se e mplea e n al eaciones, metal de i mprenta, bateras, cermica. El principal dao que provoca es el envenenamiento por ingestin o inhalacin de vapores, principalmente por un gas llamado estibina SbH3. Arsnico (As) medicamentos y vidrio. Se e mplea en v enenos par a hormigas, i nsecticidas, pi nturas, E s uno de l os el ementos ms v enenosos que hay, as como todos los compuestos. Azufre (S) Principalmente son x idos S O2 y S O3 contaminan el ai re y con agua producen la lluvia cida. Sustancias tales como derivados clorados de azufre, sulfatos y cidos son corrosivos. El gas H2S es sumamente txico y contamina el aire. El azufre es empleado en algunos medicamentos para la piel. Bromo (Br) Sus v apores c ontaminan el ai re, ade ms s us c ompuestos derivados son lacrimgenos y venenosos. Cadmio (Cd) Metal txico que se or igina en l a refinacin del z inc; tambin proviene de operaciones de electrodeposicin y por tanto contamina el aire y el agua. Contenido en algunos fertilizantes contamina el suelo. Cloro (Cl) Sus valores contaminan el aire y son corrosivos. Se le emplea en forma de cloratos para blanquear la ropa, para lavados bucales y fabricacin de cerillos. Los c loratos son solubles en ag ua y la contaminan, adems de formar mezclas explosivas con compuestos orgnicos. Los v alores d e c ompuestos or gnicos c lorados c omo i nsecticidas, anestsicos y s olventes d aan el h gado y el c erebro. A lgunos medicamentos que contienen cloro afectan el sistema nervioso. Cromo (Cr) El cromo y sus compuestos son perjudiciales al organismo, pues destruyen t odas l as c lulas. S e l e e mplea en s ntesis or gnicas y en l a industria del acero. Cualquier cromato solubles contamina el agua.

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Magnesio (Mn) Se emplea en la manufactura de acero y de pilas secas. La inhalacin de polvos y humos conteniendo magnesio causa envenenamiento. Tambin contamina el agua y atrofia el cerebro. Mercurio (Hg) Metales de g ran ut ilidad por s er l quidos; s e utiliza en termmetros y por ser buen conductos elctrico se emplea en aparatos de este t ipo, as c omo en i luminacin, pi nturas fungicidas, c atalizadores, amalgamas d entales, pl aguicidas, et c. per o c ontamina el ag ua, el ai re y causa envenenamiento. Las algas lo absorben, luego los peces y finalmente el ho mbre. Los g ranos o s emillas l o r etienen y f inalmente el h ombre los come. Plomo (Pb) El plomo se acumula en el cuerpo conforme se inhala del aire o se i ngiere c on l os al imentos y el ag ua. L a m ayor par te del pl omo q ue contamina el ai re pr oviene de l as g asolinas par a aut omviles, pues s e l e agrega par a pr oporcionarle propiedades antidetonantes. Tambin s e l e emplea en pinturas, c omo m etal de i mprenta, s oldaduras y ac umuladores. Por su uso el organismo se afecta de saturnismo. Sus sales, como el acetato, son venenosas. Existen otros elementos que de alguna forma contaminan el agua, el aire y el suelo tales como: talio, zinc, selenio, oxgeno de nitrgeno, berilio, cobalto y sobre todo gran cantidad de compuestos que tienen carbono. (Orgnicos). Aluminio (Al): Metal l igero, resistente a l a corrosin y al impacto, se puede laminar e hi lar, p or l o q ue s e l e em plea en c onstruccin, e n par tes d e vehculos, de aviones y en artculos domsticos. Se le extrae de la bauxita. Azufre (S): No metal, slido de c olor amarillo, se encuentra en y acimientos volcnicos y aguas sulfuradas. Se emplea en la elaboracin de fertilizantes, medicamentos, insecticidas, productos qumicos y petroqumicos. Cobalto (Co): Metal color blanco que se emplea en la elaboracin de aceros especiales d ebido a su al ta r esistencia al c alor, c orrosin y friccin. Se emplea en herramientas mecnicas de alta velocidad, imanes y motores. En forma de polvo se emplea como pigmento azul para el vidrio. Es catalizador. Su i stopo r adiactivo s e em plea c omo pi gmento azul par a el v idrio. E s catalizador Cobre (Cu): Metal de color rojo que se carbonata al aire hmedo y se pone verde, c onocido desde l a antigedad. S e e mplea pr incipalmente c omo conductor el ctrico, t ambin p ara h acer monedas y en al eaciones c omo el latn y el bronce. Hierro (Fe): Metal d ctil, m aleable de c olor g ris neg ruzco, s e ox ida al contacto con el ai re hm edo. S e ex trae de m inerales como la hem atina, limonita, pi rita, magnetita y s iderita. S e l e em plea e n l a i ndustria ar te y medicina. Para fabricar acero, cemento, fundiciones de metales no ferrosos nuestra sangre lo contiene en la hemoglobina. Flor (F): Este no metal est contenido en la fluorita CaF2 en forma de vetas encajonadas en c alizas. La florita s e e mplea c omo fundente en hor nos metalrgicos. P ara o btener H F, N HF4 y grabar el vidrio; t ambin en l a industria qumica, cermica y potabilizacin del agua.

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Fsforo (P): Elemento no metlico que se encuentra en la roca fosfrica que contiene P 2 O5 en l a fosforita C a3 (PO4)2. Los h uesos y di entes c ontienen este elemento. Tiene apl icaciones p ara l a el aboracin d e det ergentes, pl sticos, l acas, pinturas, alimentos para ganado y aves. Mercurio (Hg): Metal l quido a t emperatura am biente, de c alor bl anco brillante, resistente a la corrosin y buen conductor elctrico. Se le emplea en la fabricacin de i nstrumentos d e pr ecisin, b ateras, t ermmetros, barmetros, amalgamas dentales, sosa custica, medicamentos, insecticidas y funguicidas y bactericidas. Se le obtiene principalmente del cinabrio que contiene HgS. Plata (Ag): Metal de color blanco, su uso principal ha sido el la acuacin de monedas y m anufacturas de v ajillas y j oyas. S e em plea e n f otografa, aparatos elctricos, aleaciones, soldaduras. Plomo (Pb): Metal b l