Trabajo de qumica inorgnica

Presentado a:

Elaborado por: Lusving Villamizar Seplveda Cdigo: 13718350

Unidades Tecnolgicas de Santander Tecnologa Ambiental 2012

TABLA DE CONTENIDO

1. INTRODUCCION 2. JUSTIFICACIN 3. TEORIAS DE MODELOS ATOMICOS 4. CONCEPCIONES FILOSFICAS 5. CONCEPCIONES CIENTFICAS ACERCA DEL TOMO 6. TEORA ATMICA MOLECULAR DE DALTON 7. MODELO ATMICO DE THOMSON 8. LOS RAYOS CANALES Y LA EXISTENCIA DE PROTONES 9. DESCUBRIMIENTO DEL NCLEO ATMICO 10. MODELO ATMICO DE RUTHERFORD 11. TEORA ATMICA DE NIELS BOHR 12. PRIMER POSTULADO: ESTABILIDAD DEL ELECTRN 13. SEGUNDO POSTULADO: ORBITAS O NIVELES PERMITIDOS 14. TERCER POSTULADO: NIVELES ESTACIONARIOS DE ENERGA 15. CUARTO POSTULADO: EMISIN Y ABSORCIN DE ENERGA 16. MTODOS DE SEPARACIN DE MEZCLAS 17. EVAPORACIN 18. FILTRACIN 19. EVAPORACIN 20. PUNTO DE EBULLICIN 21. SUBLIMACIN 22. CENTRIFUGACIN 23. DESTILACIN 24. DECANTACIN 25. TAMIZACIN 26. CROMATOGRAFA

INTRODUCCIN

Este trabajo, tiene el fin de explicar que es el tomo, como est formando y cules son sus teoras. Se sabe que todo lo que nos rodea est formando por tomos, todo el universo, hasta lo ms pequeo. Con las teoras, con los modelos atmicos, quieren explicar el funcionamiento desde este y sus componentes. Con el tiempo estas teoras cambiando, segn tenan ms informacin. Aqu se podrn apreciar con detalles las explicaciones de los diferentes cientficos, que son su mente y experimentos, quieren dar a conocer al mundo sus teoras.

JUSTIFICACIONEste trabajo se realizo a peticin del profesor con el fin de repasar y recordar las teoras y los modelos atmicos que surgieron como consecuencia de la investigacin de los cientficos as como los mtodos de separacin de mezclas.

Teora Atmica y Modelos Atmicos

Respecto a la estructura interna de la materia, a travs de la historia se planearon diferentes concepciones filosficas y teoras cientficas para poder explicar las propiedades del mundo material que nos rodea.

I. Concepciones Filosficas:

El concepto atmico de la materia surgi aproximadamente hace 450 aos a.c., cuando el filsofo griego Leucipo afirmaba que la materia es discontinua porque estara formada por partculas discretas indivisibles llamadas tomos (en griego tomo significa indivisible), que sera el lmite de divisin de la materia, tal como se ilustra en la siguiente figura:

Demcrito (380 aos a.c.), discpulo de Leucipo, sostena que el elemento ltimo de la realidad es el tomo, partcula eterna, indivisible, invisible y homognea. Muchos filsofos clsicos griegos consideraban absurda esta teora atmica y la rechazaban; entre ellos tenemos a Empdocles, contemporneo de Demcrito, quien sostena que todos los materiales estn compuestos por cuatro elementos: tierra, aire, fuego y agua; Aristteles (300 aos a.c.), discpulo de Empdocles, describi los 4 elementos como la combinacin de propiedades fundamentales de la materia: sequedad, humedad, calor y frio, as:

Las doctrinas del atomismo se perpetuaron por medio del poema De Rerum Natura, escrito alrededor del ao 50 a.c. por el poeta romano Lucrecio. Unos veinte siglos despus (1661), el fsico y qumico ingles Robert Boyle en su libro el Qumico Escptico, acepto la existencia del tomo; Isaac Newton, en su obra Principia (1867) y pita (1704), tambin acepto la teora atomista de la materia.

II. Concepciones Cientficas Acerca del tomo:

A continuacin estudiaremos diferentes hechos experimentales que motivaron la formulacin de diferentes modelos atmicos por parte de los cientficos en su intento de explicar la naturaleza y composicin de la materia.

Teora Atmica Molecular de Dalton (1808)

La teora atmico-molecular clsica tiene por base la teora atmica de Dalton. Existe entre estas dos teoras algunas diferencias fundamentales. Para Dalton, la partcula ms pequea de una sustancia era el tomo. Si la sustancia era simple, Dalton hablaba de "tomos simples"; por ejemplo de cloro, de hidrgeno, etc. Si la sustancia era compuesta, Dalton hablaba de "tomos compuestos"; por ejemplo

de agua. En realidad, los "tomos" de Dalton, son las partculas que nosotros llamamos molculas.

Los siguientes postulados, son los que constituyen la teora atmico-molecular clsica: 1) todos los elementos qumicos estn constituidos por partculas discretas, invisibles e indivisibles incluso en las reacciones qumicas ms violentas, llamadas tomos 2) los tomos de un mismo elemento son idnticos en todas sus propiedades, especialmente en tamao y peso (masa) 3) los tomos de elementos diferentes son totalmente diferentes en todas sus propiedades. 4) Durante las reacciones, existe un reordenamiento de tomos, sin que el tomo se divida o destruya. La molcula del compuesto resulta entonces de la superposicin de tomos de elementos diferentes. Citemos como ejemplo la formacin de molculas de agua y amoniaco.

5. Los tomos de dos elementos pueden combinarse en ms de una relacin entera y sencilla para formar ms de un compuesto. Ejemplos:

Es importante sealar que Dalton nunca acept la idea que la molcula estara formada por tomos idnticos o de un mismo elemento. As por ejemplo, era absurdo: H2, O2, N2, P4, etc.; por esta razn, se opuso tercamente a la ley experimental de Gay Luzca, referida a los volmenes de combinacin de las sustancias gaseosas. Esta ley se explica fcilmente aceptando que algunos elementos estn formados por molculas (H2, O2, Cl2, F2, etc.), tal como lo propuso el qumico italiano Amadeo Avogadro en la misma poca de Dalton, quien no obstante, rechazo esa propuesta. A pesar de ello la teora de Dalton fue la base del desarrollo de la qumica moderna, porque todas las investigaciones cientficas se hicieron y aun se hacen aceptando que la materia est formada por tomos.

A mediados del siglo XIX, los cientficos comenzaron a estudiar las descargas elctricas a travs de tubos parcialmente evacuados (tubos a los que se les haba extrado por bombeo casi todo el aire). Un alto voltaje produce radiacin dentro del tubo. Esta radiacin recibi el nombre de rayos catdicos porque se originaba en

el electrodo negativo, o ctodo. Aunque los rayos en s son invisibles, su movimiento puede detectarse porque hacen que ciertos materiales, incluido el vidrio, despidan rayos de luz fluorescente. En la ausencia de campos magnticos o elctricos, los rayos catdicos viajan en lnea recta. Sin embargo, los campos magnticos y elctricos "doblan" los rayos, es decir, los desvan tal como se esperara que lo hicieran partculas con carga negativa. Ms an, una placa metlica expuesta a rayos catdicos adquiere una carga negativa. Estas observaciones de las propiedades de los rayos catdicos sugirieron a los cientficos que la radiacin consiste en una corriente de partculas con carga negativa, que ahora llamamos electrones. Adems, se descubri que los rayos catdicos emitidos por ctodos de diferentes materiales eran iguales. Todas estas observaciones dieron pie a la conclusin de que los electrones son un componente fundamental de la materia.

En 1897 el fsico britnico J.J.Thomson (1856 1940) calcul la relacin entre la carga elctrica y la masa de un electrn empleando un tubo de rayos catdicos Midiendo de forma cuidadosa y cuantitativa los efectos de los campos magnticos y elctricos sobre el movimiento de los rayos catdicos, Thomson determin que la relacin es de 1.76 x 108 culombios por gramo (el culombio, C, es la unidad SI de carga elctrica).

Al conocerse la relacin carga-masa del electrn, un cientfico que pudiera medir ya sea la carga o la masa del electrn podra calcular fcilmente la otra magnitud. En 1909 Robert Millikan (1868 1953) logr determinar experimentalmente que la carga del electrn era de 1.60 x 10-19

C y, a partir de ese valor y de la relacin

carga-masa de Thomson, que su masa era de: 9.10 x 10 -31 Kg.

Modelo Atmico de Thomson (1904)Partiendo de las propiedades que se descubri acerca de los rayos catdicos (flujo de electrones), Thomson propone el primer modelo atmico con las siguientes caractersticas: el tomo es de forma esfrica, con ms compacta y carga positiva distribuida homogneamente; dentro de la esfera se encuentran incrustados los electrones con un movimiento vibratorio y en cantidad suficiente como para neutralizar la carga positiva de la esfera; por lo tanto, el tomo es elctricamente neutro. Por la apariencia que presentaba este modelo, fue denominado: Modelo Budin de Pasas.

Su importancia radica en que fue el primero que permiti relacionar la electricidad con el tomo. Pero, como cualquier otro modelo cientfico tena que ser perfeccionado para poder explicar nuevos fenmenos que ocurren en el laboratorio o en la naturaleza.

Los rayos canales y la existencia de protones En 1886, el fsico alemn Eugene Goldstein observo una fluorescencia o brillo detrs del ctodo en un tubo de rayos catdicos cuando a la placa negativa se le haba aplicado previamente canales y orificios; esto solo puede explicarse con la existencia de otras radiaciones a las que Goldstein llamo Rayos Canales, los cuales viajan en sentido contrario a los rayos catdicos y son partculas de carga positiva. Estos rayos positivos o iones positivos se originan cuando los rayos catdicos desplazan electrones de los tomos del gas residual en el tubo.

La naturaleza de los rayos canales vara de acuerdo al tipo de gas residual que se encuentre en el tubo, es decir, cada elemento qumico gaseoso genera un catin distinto al ionizarse y por ello su relacin carga masa (e/m) es diferente. El fsico alemn Wilhelm OEIN (1898), luego de realizar experiencias con los rayos canales generados por el gas hidrogeno, de manera anloga a Thomson, midi la relacin carga-masa de los iones positivos y encontr que la carga positiva era igual a la carga del electrn (en magnitud) y su masa igual a 1836 veces al del electrn; dicha partcula se llamo protn (H+) Aos ms tarde, en 1919, Ernesto Rutherford desprendi por primera vez protones del ncleo atmico, mediante transmutacin nuclear y demostr que son unidades

fundamentales del ncleo atmico de todos los elementos, razn por el cual se considera a Rutherford como el descubridor de protn.

Descubrimiento del Ncleo AtmicoEn 1909, Ernest Rutherford dirigi en su laboratorio de la universidad de Cambridge (Inglaterra) cierto experimento con la ayuda del fsico alemn Hans Geiger (inventor del famoso contador Geiger, aparato para detectar materiales radioactivos) y el fsico ingls recin graduado Ernest Marsden que consisti en: contra una lmina muy delgada de oro (pan de oro) cuyo espesor es de 0,0006 mm. Se lanz rayos alfa, formado por partculas veloces de gran masa y con carga positiva, que eran ncleos de helio.

Se observ entonces que la gran mayora de los rayos alfa atravesaban la lmina sin ninguna desviacin. Slo una cantidad muy pequea de rayos alfa se desviaban con ngulos de desviacin o dispersin variables ()

El hecho de que algunos rayos alfa incluso rebotaran sorprendi mucho a Rutherford, porque l pensaba que los rayos alfa atravesaran la lmina fina sin mayores desviaciones, segn el modelo atmico propuesto por su maestro J.J. Thomson. Al referirse a este hecho en la conferencia hecha por Rutherford ante la Real Academia de Londres en 1911, afirmaba: esto era lo ms increble que me haba ocurrido en la vida. Tan increble como si un proyectil de 15 pulgadas disparado contra una hoja de papel de seda, se volviera y golpeara a uno

Explicacin del Fenmeno: Rutherford logr explicar brillantemente la dispersin de los rayos alfa en base a las siguientes conclusiones.

El tomo tiene una parte central llamado ncleo, diminuto de carga positiva, compacto o macizo y muy denso, debido a que casi la totalidad de la masa atmica se concentra en l.

El campo elctrico generado por el ncleo es muy intenso y causa la desviacin de rayos alfa mediante repulsin elctrica.

el tomo es casi vaco, ya que los electrones, partculas de masa insignificante, ocupan espacios grandes cuando giran en torno al ncleo.

Modelo Atmico de Rutherford (1911)

Consecuente con su experimento, Rutherford abandon la idea de que el tomo seria como un budn de pasas, propuesta por Thomson, ya que segn este modelo los rayos alfa se desviaran muy dbilmente y nunca con ngulos de dispersin () de 90 y 180 como ocurra con el experimento del descubrimiento del ncleo atmico. Segn Rutherford, el tomo es un sistema dinmico, con un ncleo de carga positiva y los electrones girando alrededor siguiendo trayectorias circulares y concntricas a una gran velocidad, de tal modo que se neutralice la fuerza de atraccin elctrica que ejerce el ncleo; por lo tanto los electrones estaran girando alrededor en estado de equilibrio.

Error en el Modelo de Rutherford: Segn la fsica clsica (electrodinmica clsica), una partcula electrizada o cargada elctricamente que se mueve con velocidad variable (con aceleracin) emite o pierde energa constantemente en forma de ondas electromagnticas). Por lo tanto el electrn que es una partcula con carga negativa y viaja con aceleracin angular debido a que describe trayectoria circular, debe constantemente perder energa y acercarse poco a poco al ncleo siguiendo una trayectoria en espiral y finalmente caer al ncleo, o sea hasta la autodestruccin o colapsamiento del tomo, lo cual nunca ocurre.

Por lo tanto la fsica clsica no serva para explicar fenmenos atmicos y era necesario una nueva fsica en base a nuevos principios y leyes para las partculas su microscpicas como tomos, molculas y partculas subatmicas, que hoy en da se llama mecnica cuntica (relativstica y no relativstica).

Teora Atmica de Niels Bohr

Entre 1911 y 1913 existi gran incertidumbre acerca de la estructura atmica. Se haba descartado el modelo de J.J.Thomson porque no pudo explicar la desviacin de los rayos alfa; el modelo de Rutherford estaba de acuerdo con los experimentos de desviacin de partculas alfa, pero ste, adems de ser inestable (porque el electrn perda energa en forma de radiacin electromagntica), no poda explicar la naturaleza de los espectros de emisin y absorcin atmica. En 1913, Bohr desarroll un modelo atmico abandonando las consideraciones de la fsica clsica y tomando en cuenta la Teora cuntica de Max Planck. Niels Bohr no desech totalmente el modelo planetario de Rutherford, sino que incluyo en el restricciones adicionales. Para empezar, consider no aplicable el concepto de la fsica clsica de que una carga acelerada emite radiacin continuamente. Segn la teora cuntica de Planck, la absorcin y emisin de energa tiene lugar en forma de fotones o cuantos. Bohr us esta misma idea para aplicarla al tomo; es decir, el proceso de emisin o absorcin de radiacin por un tomo solo puede

realizarse en forma discontinua, mediante los fotones o cuantos que se generen por saltos electrnicos de un estado cuan tizado de energa a otro. El modelo de Bohr est basado en los siguientes postulados, que son vlidos para tomos con un solo electrn como el hidrgeno y permiti explicar sus espectros de emisin y absorcin.

1. Primer Postulado: Estabilidad del Electrn Un electrn en un tomo se mueve en una rbita circular alrededor del ncleo bajo la influencia de la atraccin coulmbica entre el electrn y el ncleo, obedeciendo las leyes de la mecnica clsica. Las nicas fuerzas que actan sobre el electrn son las fuerzas de atraccin elctrica (Fa) y la fuerza centrpeta (Fc), que es exactamente igual a la fuerza centrfuga. 2. Segundo Postulado: Orbitas o niveles permitidos En lugar de la infinidad de rbitas posibles en la mecnica clsica, para un electrn solo es posible moverse en una rbita para la cual el momento angular L es un mltiplo entero de la constante de Planck h. 3. Tercer Postulado: Niveles Estacionarios de Energa Un electrn que se mueva en una de esas rbitas permitidas no irradia energa electromagntica, aunque est siendo acelerado constantemente por las fuerzas atractivas al ncleo. Por ello, su energa total E permanece constante. 4. Cuarto Postulado: Emisin y Absorcin de Energa

Si un electrn que inicialmente se mueve en una rbita de energa Ei cambia discontinuamente su movimiento de forma que pasa a otra rbita de energa Ef se emite o absorbe energa electromagntica para compensar el cambio de la energa total. La frecuencia de la radiacin es igual a la cantidad (Ei Ef) dividida por la constante de Planck

Mtodos de separacin de mezclasMtodos de separacin de mezclas: Definiciones de: Elementos-Compuestos-Mezclas. Veremos aqu los diferentes mtodos de separacin, de acuerdo a cada componente empezaremos por. Mtodos fsicos: estos mtodos son aquellos en los cuales la mano del hombre no interviene para que estos se produzcan, un caso comn es el de

Sedimentacin, si tu depositas una piedra en un liquido el slido rpidamente se sumergira por el efecto de la gravedad. Mtodos mecnicos:

Decantacin, se aplica para separar una mezcla de lquidos o un slido insoluble de un liquido, en el caso de un slido se deja depositado por sedimentacin en el fondo del recipiente y luego el liquido es retirado lentamente hacia otro recipiente quedando el slido depositado en el fondo del recipiente, ahora bien cuando los lquidos no miscibles estos lquidos al mezclarse tienen la propiedad de ir separndose en el recipiente, al comienzo quedan como un sistema homogneo pero luego al separarse se puede sacar al liquido que quede en la parte superior, quedando el otro en el recipiente de origen. Mtodo de Filtracin

Filtracin: Es aplicable para separar un slido insoluble de un liquido se emplea una malla porosa tipo colador, la mezcla se vierte sobre la malla quedando atrapada en ella el slido y en el otro recipiente se depositara el liquido, de ese modo quedan separados los dos componentes.

Para no confundirnos de mtodos, las aplicaciones a travs de materiales porosos como el papel filtro, algodn o arena se separan el slido que se encuentra suspendido en un lquido. De esta manera estos materiales son quienes permiten que solamente pase el lquido, reteniendo al slido.

Evaporacin:

Aqu un slido soluble y un lquido por medio de temperatura de ebullicin la cual evaporara completamente y luego por condensacin se recuperara el lquido mientras que el slido quedara a modo de cristales pegado en las paredes del recipiente de donde podra ser recuperado. Punto de ebullicin: Cuando un liquido a determinada temperatura se va evaporando. Todos los lquidos presentan diferentes puntos de ebullicin.

Sublimacin: Es para separar una mezcla de dos slidos con una condicin uno de ellos podra sublimarse, a esta mezcla se aplica una cantidad determinada de calor determinada produciendo los gases correspondientes a los elementos, estos vuelven a recuperarse en forma de slidos al chocar sobre una superficie fra como una porcelana que contenga agua fra, de este modo los gases al condensarse se depositan en la base de la pieza de porcelana en forma de cristales. Centrifugacin: Aqu como tantas ocasiones pondremos de ejemplo al talco como solido, para acelerar su sedimentacin se aplica una fuerza centrifuga la cual acelera dicha sedimentacin, el movimiento gravitacional circular por su fuerza se logra la separacin. Destilacin: Esta separacin de mezcla se aplica para separar una mezcla de ms de dos o ms lquidos miscibles, los lquidos como condicin deben de tener por lo menos 5 de diferencia del punto de ebullicin.

De esta forma se ir calentando hasta llegar al punto de ebullicin del primer liquido, se mantendr esta temperatura colocando o sacando el mechero para

mantener la temperatura de ebullicin, a modo de calor regulado de vaporizacin, cuando ya no se observa vapores se aumenta la temperatura al punto de ebullicin del segundo lquido, podra ser repetitiva la operacin segn el nmero de lquidos que contenga la mezcla. Los vapores que se producen pasan por un condensador o refrigerante de tal manera que los vapores se irn recuperando en recipientes. Destilacin: Tcnica que se utilizada para purificar un lquido o bien separar los lquidos de una mezcla lquida. Se trabaja en dos etapas: estas son la transformacin del lquido en vapor y condensacin del vapor.

Destilacin: Tcnica utilizada para purificar un lquido o separar los lquidos de una mezcla lquida. Comprende dos etapas: transformacin del lquido en vapor y condensacin del vapor.

Decantacin LIQUIDO -LQUIDO: Lquidos de diferente densidad: Estos dejndolos en reposo sedimentan. La informacin extra de la que dispongo es una breve descripcin del mtodo de decantacin para separar mezclas heterogneas, y las propiedades de los dos componentes empleados, el agua y el aceite.

La decantacin: La decantacin es un proceso fsico de separacin de mezclas, especial para separar mezclas heterogneas, estas pueden ser exclusivamente lquido lquido slido lquido. Esta tcnica se basa en la diferencia de densidades entre los dos componentes, que hace que dejndolos en reposo se separen quedando el ms denso arriba y el ms fluido abajo. Para realizar esta tcnica se utiliza como instrumento principal un embudo de decantacin, que es de cristal y est provisto de una llave en la parte inferior.

Como se realiza su extraccin en esta tcnica de separacin, se basa en las diferentes afinidades de los componentes de las mezclas en dos solventes distintos y no solubles entre s. Es una tcnica muy til para aislar cada sustancia de sus fuentes naturales o de una mezcla de reaccin. La tcnica de extraccin simple es la ms comn y utiliza un embudo especial llamado embudo de decantacin.

Tamizacin:

En la imagen de abajo podemos apreciar claramente el mtodo de separacin por tamizacin. El tamizado es un mtodo de separacin de los ms sencillos, consiste en hacer pasar una mezcla de cualquier tipo de slidos, de distinto tamao, a travs del tamiz. Los granos ms pequeos atraviesan el tamiz y los ms grandes son retenidos, de esta forma podrs separa dos o ms slidos, dependiendo tanto de dichos slidos como el tamizador que utilizamos.

Cromatografa:

La separacin de determinados componentes de una mezcla la cual sea homognea, Tcnica que se usa para permitir separar aquellos componentes de una mezcla, para ello se hace pasar a travs de un absorbente (que se adhiere a una superficie). Se conoce y utiliza como metodologa ms simple es la que usa papel como medio absorbente, el papel es el filtro en esta Cromatografa, y el solvente el liquido alcohol o agua. Estos componentes se separan cuando estos componentes manifiestan sus diferentes afinidades por el filtro de papel o bien el disolvente que acciona. Podemos ver que la tinta de plumn parece como totalmente homognea, sin embargo al estar formada por distintos componentes se pueden separar con facilidad, para ello solo requerimos dejar correr en un medio que sea absorbente por accin de un disolvente.

Nombremos algunos ejemplos que se pueden usar para este mtodo, los productos que se usan como medio de absorcin pueden ser, arena, papel, tiza, filtro, etc.

Lo ms utilizado es el papel de filtro, siempre en los laboratorios de estudio, se hace una demostracin con el papel de filtro y tinta de plumn de agua, la razn es que para poder separar estos componentes de la mezcla, se nos torna sencillo ya que utilizamos como disolvente el agua. Para lograr un buen resultado se debe tener en cuenta, que para lograr la separacin el disolvente no puede ni debe estar en contacto con la mezcla, este debe llegar a ella por medio de la absorcin.

CONCLUSINES:

Se puede decir que con los diferentes modelos que dieron los cientficos, se trato de dar una explicacin al tomo, que con el tiempo se fueron mejorando, hasta que la actual, que una de ellas es la cuntica. Pero en definitiva, en casi todos los modelos, se dice que el tomo est formando por electrones que estos tiene carga negativa y un ncleo, en su mayora. Esto modelos nos dan las bases de saber cmo son los tomos, o lo que quisieron decir a travs de sus modelos, y como lo hicieron. Por otra parte tratan de explicar el significado de las cosas, de todo lo que est hecho en nuestro planeta, tratando de decir que todas las cosas que nos rodean estn hechas por tomos Con esto se ve en definitiva, que todos los cientficos que estudiaron el tomo, tenan sus razones, sus principios y hacan sus experimentos para comprobar su teora. Esto modelos atmicos han servido con el tiempo, para definir como es el tomo al cual ayudan a los cientficos a explicar esto.