Universidad nacional Santiago Antúnez de

MayoloDepartamento Académico de Ciencia

Química General I

Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN

2

Contenido

Mol (ejercicios)

Radiación electromagnética

Mecánica cuántica

Números cuánticos

Configuración electrónica

3

Mol (ejercicios)1. Dos moles de oxígeno (O2) tienen 1,204. moléculas, ¿cuántos

átomos tendrán dos moles de mercurio (Hg)?

2. En 1,5 moles de CO2, ¿cuántas moléculas hay?

3. ¿Qué masa en gramos son siete moles de CO2?

4. ¿Cuántos moles son 16 g de SO2?

5. ¿Cuántas moléculas de butano hay en 6 moles del mismo?

6. ¿Cuántas moléculas hay en 2 de agua?. La densidad del agua es 1 g/.

7. ¿Cuántos átomos de hidrógeno hay en 3 moles de H2?

8. Un frasco de laboratorio contiene 100 g de carbonato de sodio. ¿Cuántos átomos de sodio, de carbono y de oxígeno hay en el frasco?

4

Radiación electromagnética

La radiación electromagnética es una combinación de campos eléctricos y magnéticos oscilantes (ondas), que se propagan a través del espacio transportando energía de un lugar a otro.

5

-Rayos gamma (menor a 10-2 nm o )

-Rayos X (10-2 a 10 nm)

-Radiación ultravioleta (10 nm a 400 nm)

-Luz visible (400 nm a 700 nm)

-Infrarrojo (700 nm a 1 mm = 1000 µm = 10 6 nm)

-Microondas ( 1 mm a 10 cm)

-Ondas de radio (mayor 10 cm)

Conjunto de radiaciones electromagnéticas

6

Características de las ondas electromagnéticas:

Los campos son perpendiculares

No necesitan medio para propagarse

La velocidad de propagación en el vacío es 2,9979250.108 m/s

7

Elementos de una onda

Valle: punto más bajo de la onda

Cresta: punto más alto de la onda

Longitud de onda: distancia entre dos crestas o valles sucesivos.

Amplitud: altura de la cresta o del valle

8

Elementos de movimiento ondulatorio

Frecuencia ( f o v): Número de oscilaciones por segundo.o Se mide en hertz (Hz)o 1 Hz = una oscilación en un segundo (1/s).

Período ( T ): tiempo que tarda en tener lugar una vibración completa.

Por la propia definición, el período es el inverso de la frecuencia (T = 1/f ).

Formula:

V = λ . v

Donde:V : velocidad (c = velocidad de la luz).λ : longitud de ondav: frecuencia c = λ . v

9

Variación de la longitud de onda frente a la frecuencia:

10

Unidades de medida

1 m = 10 dm = 10 2 cm = 10 3 mm = 10 6 µm =

10 9 nm = 10 12 pm = 10 15 fm

1 m = 10 10 Å

1 Å = 10 -8 cm = 10 -10 m = 0,1 nm

11

Múltiplos y Submúltiplos del Sistema Internacional de Unidades

12

1. Calcular la longitud de onda que emite una emisora de radio si su frecuencia de emisión es 0,50 MHz.

Ejercicios:

Recordamos la relación matemática de movimiento ondulatorio y despejando 3.108 m/s :

c = 3.108 m/s = 5. 1/s

Reemplazando valores:

= λ = 600 m

13

2. Un pescador observa que el corcho de la caña realiza 40 oscilaciones por minuto, debidas a unas olas cuyas crestas están separadas 60 cm. ¿Con qué velocidad se propaga la onda?

Recordando la formula de movimiento ondulatorio:

Acondicionando los datos:

ν=40 𝑜𝑠𝑐𝑚𝑖𝑛

=40

60𝑠=

23𝑠

Reemplazando valores: (c < > v)

v= λ . ν=60 cm .2

3 s

λ = 60 cm

v = 40 cm/s

Despejando y para un medio diferente al vacio: v = λ . ν

14

Teoría cuántica

En 1900 el físico alemán Max Planck sostiene que la energía como: luz, rayos X, rayos infrarrojos, rayos ultravioleta, etc. se propagan en forma de pequeños paquetes de energía a los que llamo “quantos” o “fotones”.

15

Planck establece una ecuación matemática para hallar la energía de cada quanto, este valor dependerá de la frecuencia del tipo de radiación

E = h x v

h =6,62.10-34 J.s

h = 6,62.10-27 erg.s

16

Ejercicio

1. Hallar la energía de un cuanto de luz ultravioleta cuya longitud de onda es 360 nm.

E = ??λ = 360 nmλ = 3,6. cm

E=h .cλ

E = 6,62. erg.s . = 5,5. erg

17

2. Calcule la energía de un fotón con una frecuencia de onda de 1,24 Hz

Recordando la relación matemática:

E = h x v

Reemplazando valores:

E = 6,62.10-34 J.s . 1,24/s

E = 8,21. 10-34 J

18

Mecánica cuántica

El conjunto de conocimientos sobre la estructura del átomo aportado por:

Bohr, con los niveles de energía.Sommerfeld, al proponer la existencia de orbitales elípticas.Planck, con la explicación de los fenómenos, teoría cuántica de radiación.Schrodinger, basándose en la teoría onda - partícula, formula una ecuación para dar explicación al comportamiento del electrón.

Dieron como resultado el actual modelo atómico, basado en la mecánica cuántica la cual establece que existen cuatro números cuánticos. Las cuales dan una descripción completa del comportamiento de los electrones en el átomo.

19

Modelo atómico de BohrNiveles de energía

Átomo absorbe o emite fotones

Modelo mecánico cuántico

La partícula se comporta como onda estacionaria

Función de onda

Números cuánticos

Principio de la incertidumbre

La energía esta Cuantizada

Planck

Solo explica átomos con 1 electrón

20

Números cuánticos

Número Cuántico Principal (n): Representa los niveles energéticos. Se designa con números enteros positivos desde n=1 hasta n=7 para los elementos conocidos.

Para calcular el número máximo de electrones que acepta cada nivel se calcula con la fórmula 2 donde "n" es el nivel. El valor de "n" determina el volumen efectivo del átomo.

Nivel (n) Número máximo de electrones

1 2

2 8

3 18

4 32

21

Número cuántico secundario o azimutal ( l ): Determina el subnivel y se relaciona con la forma del orbital.

Cada nivel energético ( n ) tiene "n" subniveles.

Se designa con números que van de cero a (n-1), los cuales se identifican con las letras s, p, d, f.

Sub nivel (l) Espectroscópica-mente

Número máximo de electrones

0 s 2

1 p 6

2 d 10

3 f 14

#e- = 2(2l +1)

22

23

24

Número Cuántico Magnético (m): Describe la orientación del orbital en el espacio frente a un campo magnético.

El valor del número cuántico magnético depende de l . Toma valores enteros entre -l y l , incluyendo el 0. Para cierto valor l hay (2 l +1) valores de m.

l Sub nivel m Número de orbitales

0 s 0 1

1 p -1; 0; +1 3

2 d -2; -1; 0, +1; +2 5

Cada orbital acepta un máximo de 2 electrones.

25

Número Cuántico de giro o spin: Describe la orientación del giro del electrón. Este número tiene en cuenta la rotación del electrón alrededor de su propio eje a medida que se mueve rodeando al núcleo. Al estar juntos en un mismo orbital, un electrón gira hacia la derecha y otro hacia la izquierda. Asume únicamente dos valores +1/2 y – 1/2.

1s

26

Ejercicio

Señala el número incorrecto de las series mostradas, dando una breve explicación a su respuesta.

n l m s

5 5 -2 +1/2

0 1 0 -1/2

4 2 -3 +1/2

1 0 0 0

-2 1 -1 +1/2

3 1 +2 -1/2

6 -2 0 +1/2

3 2 -1 +1/3

2 3 -1 -1/2

6 5 -5 3

27

Configuración electrónica

Muestra el acomodo de los electrones en el átomo, en niveles y subniveles.La configuración electrónica puede presentarse en dos formas:

a) Condensadab) Desarrollada

a) Condensada: Solo se muestra el nivel, el subnivel y el número de electrones.

1s2

Número de electrones

SubnivelNivel

28

b) Desarrollada: En este tipo de configuración se muestran los cuatro números cuánticos: n, l, m y s. El número cuántico spin (s) se representa con flechas, una hacia arriba, otra hacia abajo, en un mismo orbital.

3s__

spin

El realizar la configuración electrónica desarrollada sigue ciertas reglas tales como:

Principio de Exclusión de Pauli: “Dos electrones del mismo átomo no pueden tener los mismos números cuánticos idénticos y por lo tanto un orbital no puede tener más de dos electrones”.

Principio de Máxima Multiplicidad o Regla de Hund: "Los orbitales con igual contenido de energía se van formando con un solo electrón antes de que formen pares".

29

Principio de edificación progresiva o regla de aufbau

Establece que: " Los electrones van llenando los orbitales atómicos de menor a mayor contenido de energía."

Principio de Incertidumbre de Heisenberg: “Es imposible determinar simultáneamente la posición exacta y el momento exacto del electrón”.

30

Ejemplo

1. Haga la configuración electrónica de los siguientes átomos: a) 19K39 b) 10Ne20 c) 30Zn65 d) 15P31

19K39

10Ne20

30Zn65

15P31

: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1

: 1s2 2s2 2p6

: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10

: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3

31

2. Realiza la configuración electrónica de los átomos, indicando el espin de los electrones del último nivel.

3. Cierto átomo neutro tiene 5 electrones en su 4º nivel de energía, si su número de masa es 75 ¿cuántos neutrones tiene?

4. Un átomo neutro tiene 74 neutrones y 7 electrones en su nivel “O” ¿cuál es su número de masa?

5. Escribe la configuración electrónica del 52Te2-.

6. ¿Cuál es la función de onda (distribución electrónica) definida por los números cuánticos: 2, 1, -1 ; 4, 3, 2 ?

7. ¿Cuáles son los valores adecuados de los números cuánticos para los orbitales 4s, 6p, 5f y 3d?

32

8. Completar el siguiente cuadro:

Símb. Z A p+ e- nº C.E.

C 6 6

Fe 56 26

S 32 16

K+ 20 3p6

O-2 10 8

Mn 25 55

Ag 108 4d9

Rb+ 85 37

Zn 30 35

33

http://www.youtube.com/watch?feature=endscreen&NR=1&v=0lzvoNypAl8

http://www.youtube.com/watch?v=eDYGmDpNHaU&feature=related