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Importancia de la química para el ser humano y el ambiente (página 2)




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PRÁCTICA 2 ( REALIZA UNA BALANZA)

( ANÁLISIS DE LA ENTREGA DE REPORTE )

  Te invitamos a que construyas tu balanza con una base de madera, un trozo de alambrón, una tira delgada de madera, un clip y 2 tapas de frascos iguales.

        Existen otros instrumentos que relacionan la medición del peso con la masa y que se llaman dinamómetros.

El volumen y sus unidades. Cuando la materia se encuentra en estado líquido o en estado gaseoso puede resultar más conveniente efectuar su medición conociendo su volumen.

        En ocasiones, se confunde el concepto de masa con el concepto de volumen.

        Tal vez en alguna ocasión te han preguntado: ¿qué tiene mayor masa, un kilogramo de algodón o un kilogramo de cobre?

        Si te basas en la apariencia podrías pensar que el algodón. Sin embargo, estamos seguros de que tú sabes que el volumen es una medida de espacio ocupado por un cuerpo, esto se relaciona por lo mismo al tamaño de ese cuerpo.

        Por lo tanto, la respuesta es que tienen igual masa, pero el algodón posee mayor volumen.

        Al considerar la unidad de longitud que es el metro, si se desea conocer el área o superficie que ocupa un material plano se multiplica m x m, resultando m2 que es igual a la unidad de superficie, pero si se quiere conocer su dimensión en el espacio (tres dimensiones) se multiplica m2 x m, resultando m3 que representa la unidad de volumen.

        Ahora bien, si tuvieras un cuerpo geométrico de forma rectangular y quisieras saber su volumen, tendrías que multiplicar las longitudes de largo, altura y ancho.   Largo x altura x ancho = volumen

        Lo que da como resultado la unidad de longitud elevada al cubo.

        En forma arbitraria se estableció una unidad de medición que es el litro y que la mayoría de nosotros empleamos en nuestra vida diaria.

        En la tabla siguiente encontrarás las unidades y equivalencias que se emplea en la medición de volúmenes.

Nombre

Símbolo

Valor

Hectómetro cúbico

Hm3

100,000 m3

Decámetro cúbico

Om3

1000 m3

Metro cúbico

m3

1,000,000 cm3

Decímetro cúbico

dm3

1000 cm3

Centímetro cúbico

cm3

0.00,000,1 m3

Hectolitro

Hl

100 l

Decalitro

Dl

10 l

Litro

l

1000 ml

Centilitro

cl

10 ml

1m3=1,000 litros

 Recipientes volumétricos. Dentro de los laboratorios de Física, Química o Biología puedes observar que comúnmente se utilizan materiales de vidrio para la medición de volúmenes.

        Estos los podemos encontrar de dos tipos:

a) El que sirve para contener un volumen determinado (por ejemplo sólo 500 ml, 10 ml, etc.).

b) El que sirve para vaciar volúmenes conocidos de líquidos (probetas, pipetas).

        Ambos tipos pueden estar graduados o tener una marca que señale el volumen único de su capacidad.

        El material graduado permite contener diferentes volúmenes, según la cantidad que de ellos se necesite utilizar para los experimentos.

        Es importante que sepas que el material volumétrico se calibró a una temperatura de 20o C por lo que se deben emplear con sustancias que posean esta temperatura.

Probetas. Son tubos cilíndricos con una base o pie; y los puedes encontrar de diferentes capacidades (10 a 1000 ml) también los hay con base de vidrio integrado y con base de plástico removible.

        Todos ellos los puedes usar para medir volúmenes, aunque ocasionalmente se pueden emplear para determinar densidades aproximadas o para mezclar volúmenes conocidos de diferentes líquidos o soluciones.

Vasos de precipitados. Los vasos de precipitados se pueden encontrar en diferentes capacidades (desde 10 ml, hasta 1000 ml) y formas (con labio de vertido o sin él, grandes o pequeños) estos materiales tienen muy diversos usos que van desde servir como recipientes para calentar líquidos, realizar disoluciones o para efectuar diferentes tipos de reacciones químicas.

Matraz Erlenmeyer. Son recipientes cónicos y de boca estrecha que los puedes encontrar de diferentes capacidades y tamaños, con tapón o sin él como se muestra en las siguientes figuras:

        Los matraces se pueden utilizar para calentar líquidos, para recibir destilados y para efectuar titulaciones. En general sirven como accesorios para numerosos experimentos.

Pipetas graduadas. Estos materiales son tubos cilíndricos largos y ligeramente delgados, terminan en punta por un extremo y por el otro en una porción que se llama boquilla. Te podrás dar cuenta que tienen marcas indicando el volumen que miden, por ejemplo 1, 5, 10 ml. Pueden conseguirse con graduaciones en mililitros, décimas de mililitro y centésimas de mililitro.

        En el laboratorio de Biología o Química de tú escuela las podrás usar para transferir cantidades variables de disoluciones (pudiendo ser ácidas o básicas) o de de un recipiente a otro.

Buretas. Las buretas son tubos de vidrio cilíndrico de diámetro uniforme y graduadas en unidades de volumen. Tienen una abertura y un reborde o labio en el extremo superior y terminan en una punta delgada y larga del tipo abertura capilar te darás cuenta que entre la punta y el cuerpo de la bureta hay una llave que permite o no desalojar el líquido que contiene la bureta.

        Este material lo podrás usar cuando te soliciten volúmenes diferentes de un mismo líquido y también para efectuar titulaciones (que consiste en hacer reaccionar una cantidad específica de una sustancia contenida) en un matraz que a su vez contenga la sustancia dentro de la bureta.

Densidad.

        ¿Te has preguntado si al comparar iguales volúmenes de diversos materiales se tendrá la misma cantidad de materia?

Litro de yoghurt

Litro de helado

Litro de leche

       

Te podrás dar cuenta que no es lo mismo comprar un kilogramo de helado que un litro de helado. Ello se debe a que existe otra propiedad característica de cada material que se llama densidad.

        La densidad absoluta o masa específica es la cantidad de materia contenida en la unidad de volumen (1 cm3) y se puede calcular con la siguiente fórmula:

   Por tanto si quisieras saber la densidad de 1 cm3 de mercurio:

        ¿Qué tendrías que conocer? En efecto, tendrías que determinar la masa que hay en ese centímetro cúbico de mercurio y efectuar la división al sustituir en la fórmula la densidad.

        ¿Con qué medirías el volumen?

        ¿Con qué medirías la masa?

        Te invitamos a que determines la densidad de diferentes líquidos en el laboratorio de tu escuela y conocer los valores que se han determinado para algunos materiales. Para ejemplo citamos a continuación la densidad de varias sustancias.

Densidad de algunas sustancias.

Sustancia

Valor en g/cm3

Sustancia

Valor en g/cm3

Aire

0.00129

Aluminio

2.70

Cobre

8.90

Mercurio

13.60

Oro

19.30

Plata

10.50

Plomo

11.34

Roble

0.81

Zinc

7.14

Agua

1

En base a lo aprendido en FÍSICA I resuelve

1) Calcular la densidad en g/cm3 de:

a) granito, si una pieza rectangular de 0,05 m x 0,1 m x 23 cm, tiene una masa de 3,22 kg.

b) leche, si 2 litros tienen una masa de 2,06 kg.

c) cemento, si una pieza rectangular de 2 cm x 2 cm x 9 cm, tiene una masa de 108 g.

d) nafta, si 9 litros tienen una masa de 6.120 g.

e) Marfil, si una pieza rectangular de 23 cm x 15 cm x 15,5 cm, tienen una masa de 10,22 kg.

2) Calcular la masa de:

a) 6,96 cm3 de cromato de amónio y magnesio si la densidad es de 1,84 g/cm3.

b) 86 cm3 de fosfato de bismuto si la densidad es de 6,32 g/cm3.

c) 253 mm3 de oro si la densidad es de 19,3 g/cm3.

d) 1 m3 de nitrógeno si la densidad es de 1,25 g/l.

e) 3,02 cm3 de bismuto si la densidad es de 9,8 g/cm3.

f) 610 cm3 de perclorato de bario si la densidad es de 2,74 g/cm3.

g) 3,28 cm3 de antimonio si la densidad es de 6,7 g/cm3.

3) Calcular el volumen de:

a) 3,37 g de cloruro de calcio si la densidad es de 2,15 g/cm3.

b) 40,5 g de silicato de cromo si la densidad es de 5,5 g/cm3.

c) 2,13 kg de estaño si la densidad es de 7,28 g/cm3.

d) 12,5 g de hierro si la densidad es de 7,87 g/cm3.

e) 706 g de sulfato de cerio si la densidad es de 3,17 g/cm3.

f) 32,9 g de magnesio si la densidad es de 1,74 g/cm3.

TIPOS DE ENERGÍA

Energía

La magnitud denominada energía enlaza todas las ramas de la química . En el ámbito de la química, debe suministrarse energía para realizar trabajo. La energía se expresa en joules (J). Existen muchas formas de energía: energía potencial eléctrica y magnética, energía cinética, energía acumulada en resortes estirados, gases comprimidos o enlaces moleculares, energía térmica e incluso la propia masa.

Energía cinética

Cuando una fuerza aumenta la velocidad de un cuerpo también se realiza trabajo, como ocurre por ejemplo en la aceleración de un avión por el empuje de sus reactores. Cuando un cuerpo se desplaza con movimiento variado o existe velocidad en una reacción química se desarrolla energía cinética.

Ec = ½.m.v2; L = F.d: L = Ec; F.d = ½.m.v2

Ec: Energía cinética.

El trabajo realizado por la fuerza resultante que actúa sobre una partícula es igual a la variación de la energía cinética de dicha partícula.

D Ec = Ec2 - Ec1; L = Ec2 - Ec1; F.d = ½.m.( v22 - v21) D Ec: Variación de la energía cinética.

Energía potencial

Cuando se levanta un objeto desde el suelo hasta la superficie de una mesa, por ejemplo, se realiza trabajo al tener que vencer la fuerza de la gravedad, dirigida hacia abajo; la energía comunicada al cuerpo por este trabajo aumenta su energía potencial. Si se realiza trabajo para elevar un objeto a una altura superior, se almacena energía en forma de energía potencial gravitatoria.

Cuando un cuerpo varía su altura desarrolla energía potencial.

Ep = m.g.h Û L = F.d Û L = Ep; P.d = m.g.h

Ep: Energía potencial.

El trabajo realizado por la fuerza peso es igual a la variación de la energía potencial.

D Ep = Ep2 – Ep1; L = Ep2 – Ep1; P.d = m.g.( h2 - h1); D Ep: Variación de la energía potencial.

En todas las transformaciones entre un tipo de energía y otro se conserva la energía total, y se conoce como teorema de la energía mecánica (D EM). Por ejemplo, si se ejerce trabajo sobre una pelota de goma para levantarla, se aumenta su energía potencial gravitatoria. Si se deja caer la pelota, esta energía potencial gravitatoria se convierte en energía cinética. Cuando la pelota choca contra el suelo, se deforma y se produce fricción entre las moléculas de su material. Esta fricción se transforma en calor o energía térmica.

Fuerzas conservativas

Para un cuerpo de masa m que se mueve del punto 1 al 2 y luego del punto 2 al 1.

Una fuerza es conservativa si el trabajo efectuado por ella sobre una partícula que se mueve en cualquier viaje de ida y vuelta es 0.

D EM = 0; D EM : Variación de la energía mecánica.

Trabajo de fuerzas conservativas:

L = D EM; D EM = D Ec + D Ep; L = D Ec + D Ep

Fuerzas no conservativas

Para un cuerpo de masa m que se mueve del punto 1 al 2 y luego del punto 2 al 1.

Una fuerza es no conservativa si el trabajo efectuado por ella sobre una partícula que se mueve en cualquier viaje de ida y vuelta es distinto de 0.

D EM ¹0; D EM = HO

D EM: Variación de la energía mecánica.

HO : Trabajo de la fuerza de rozamiento.

Trabajo de fuerzas no conservativas:

L = D EM + HO; L = D Ec + D Ep + HO

Siendo: HO = Fr.d

Potencia

La potencia desarrollada por una fuerza aplicada a un cuerpo es el trabajo realizado por ésta durante el tiempo de aplicación. La potencia se expresa en watt (W).

P = L / t; P = F.d / t; v = d / t; P = F.v

También:

P = (D Ec + D Ep + HO)/t

Si no hay fuerza de rozamiento; P = (D Ec + D Ep)/t

Si no cambio su altura; P = (D Ec)/t

P: potencia

Caballo de vapor: Unidad tradicional para expresar la potencia mecánica, es decir, el trabajo mecánico que puede realizar un motor por unidad de tiempo; suele abreviarse por CV. En el Sistema Internacional de unidades, la unidad de potencia es el vatio; 1 caballo de vapor equivale a 736 vatios. Su valor original era, por definición, 75 kilográmetros por segundo.

EJERCICIO Lee atentamente antes de resolver, esto te permitirá aplicar la formula correcta

Resolver:

1) Un proyectil que pesa 80 kg es lanzado verticalmente hacia arriba con una velocidad de 95 m/s. Se desea saber:

a) ¿Qué energía cinética tendrá ?.

b) ¿Qué energía potencial tendrá al alcanzar 25 mts de altura ?.

2) ¿Qué energía potencial alcanzará un cuerpo que pesa 38 N a los 30 m de caída libre ?.

3) ¿Qué energía cinética alcanzará un cuerpo de masa 350 kg si posee una velocidad de 40 m/s?.

4) ¿Con qué energía tocará tierra un cuerpo que pesa 2500 g si cae libremente desde 12 m de altura?.

5) ¿Qué energía potencial posee un cuerpo de masa 5 kg colocado a 2 m del suelo?.

6) Sabiendo que cada piso de un edificio tiene 2,3 m y la planta baja 3 m, calcular la energía potencial de una maceta que, colocada en el balcón de un quinto piso, posee una masa de 8,5 kg.

7) Un cuerpo de 1250 kg cae desde 50 m, ¿con qué energía potencial llega a tierra?.

8) Un proyectil de 5 kg de masa es lanzado verticalmente hacia arriba con velocidad inicial de 60 m/s, ¿qué energía cinética posee? y ¿qué energía potencial al alcanzar la altura de 45 mts?.

9) ) Un cuerpo de 150 g de masa se lanza hacia arriba con velocidad inicial de 400 m/s, calcular: La energía cinética inicial.

10) Un carrito de 10 kg de masa se mueve con una velocidad de 3 m/s, calcular: La energía cinética .

11) Una persona sube una montaña hasta 2000 m de altura, ¿cuál será su energía potencial si pesa 750 N?

12) Un cuerpo de 50 N de peso se halla en el punto más alto de un plano inclinado de 20 m de largo y 8 m de alto. Determinar: La energía potencial en esa posición.

COMBINACIÓN MEZCLAS
Conceptos fundamentales

La separación de un sistema material en los componentes que lo forman puede llevarse a cabo por métodos físicos o por métodos químicos. Los primeros incluyen una serie de operaciones tales como filtración, destilación o centrifugación, en las cuales no se produce ninguna alteración en la naturaleza de las sustancias, de modo que un simple reagrupamiento de los componentes obtenidos tras la separación dará lugar, nuevamente, al sistema primitivo. Los segundos, sin embargo, llevan consigo cambios químicos; la materia base sufre transformaciones que afectan a su naturaleza, por lo que una vez que se establece la separación, la simple reunión de los componentes no reproduce la sustancia original.

Las nociones científicas de combinación, mezcla y disolución tienen en común el hecho de que, en todos los casos, intervienen dos o más componentes, a pesar de lo cual presentan diferencias notables. Una combinación química es una sustancia compuesta formada por dos o más elementos cuyos átomos se unen entre sí mediante fuerzas de enlace.

Sus entidades elementales, ya sean moléculas, ya sean pares iónicos, son iguales entre sí, y sólo mediante procedimientos químicos que rompan tales uniones es posible separar los elementos componentes de una combinación.

Las mezclas son sistemas materiales que pueden fraccionarse o separarse en sus distintos componentes por métodos físicos. Cuando los buscadores de oro lavan sobre el cedazo las arenas auríferas, procuran, mediante un procedimiento físico, separar el barro y los granos de arena de las pepitas del precioso metal. En las salinas, por efecto de la intensa evaporación, el agua del mar se separa en dos componentes: agua propiamente dicha, que en forma de vapor se incorpora al aire, y un conjunto de sales minerales que se acumulan en el fondo hasta que se completa la desecación.

En cierto tipo de mezclas la materia se distribuye uniformemente por todo el volumen constituyendo un sistema homogéneo. Cuando una sustancia sólida se mezcla con un líquido de tal forma que no puede distinguirse de él, se dice que la sustancia ha sido disuelta por el líquido. A la mezcla homogénea así formada se la denomina disolución. En este caso la sustancia sólida recibe el nombre de soluto y el líquido se denomina disolvente. La noción de disolución puede generalizarse e incluir la de gases en gases, gases en líquidos, líquidos en líquidos o sólidos en sólidos. En general, el soluto es la sustancia que se encuentra en menor proporción en la disolución y el disolvente la que se encuentra en mayor proporción. Cuando dos sustancias líquidas pueden dar lugar a mezclas homogéneas o disoluciones, se dice que son miscibles.

Una parte homogénea de un sistema se denomina fase. La colonia constituye una disolución en agua y alcohol de ciertas esencias, sin embargo, no es posible determinar dónde está la parte de alcohol, dónde la de agua y dónde la de esencia. Por tal motivo las disoluciones, al igual que las sustancias puras en un estado de agregación determinado, se consideran formadas por una única fase.

En la naturaleza existen sustancias en diferentes estados físicos, que pueden intercambiar de uno al otro al variar la temperatura, dichos fenómenos se conocen como cambios de estado o transformaciones de fase estos son:

Por calentamiento, un sólido pasa al estado liquido, el proceso se llama fusión. Como es endotérmico, a la cantidad de calor requerido para fundir un gramo de sustancia se le llama calor latente de fusión. La temperatura a la cual un sólido funde se conoce como punto de fusión y tiene un valor particular para cada sustancia. El proceso inverso de la fusión se denomina solidificación. El cambio es exotérmico, lo que significa que pierde calor. La temperatura a la cual un liquido se solidifica se le llama punto de solidificación o de congelación, y permanece constante durante el cambio, tiene un valor especifico para cada sustancia.

Cuando se calienta lo suficiente un liquido, este hierve y se convierte en vapor. El proceso se llama evaporación, y la temperatura a la cual hierve, se le llama punto de ebullición, el proceso inverso de la evaporación se llama condensación, lo que significa que por enfriamiento, el vapor se convierte en liquido. La temperatura durante el cambio permanece constante y recibe el nombre de punto de condensación.

La cantidad requerida para que un sólido pase al estado gaseoso es significativamente mayor que la necesaria para vaporizarlo además que se requiere el concurso de otro factor, la presión, que coadyuve a acortar la distancia y reducir la energía cinética de las partículas gaseosas. A este proceso se le llama gasificación. El proceso inverso de la gasificación es la licuefacción. La temperatura a la cual tiene lugar el cambio se llama punto de licuefacción.

Algunos sólidos tienen la propiedad de cambiar de forma directa al estado gaseoso, sin pasar por el estado liquido, el proceso se llama sublimación y es endotérmico. Cabe destacar que este cambio de estado es poco frecuente, y suele ocurrir sin la intervención de gran cantidad de energía. La temperatura de sublimación constituye una constante física de gran valor, el fenómeno inverso de la sublimación es la deposición. El cambio es en extremo muy difícil de lograr y requiere del manejo de técnicas, en las cuales se conjuguen el enfriamiento brusco a presiones elevadas, para conseguir que el gas se convierta en sólido sin pasar por el estado liquido.

Mezclas homogéneas y heterogéneas

En la naturaleza existe gran cantidad de materia en forma de mezclas. Una mezcla es la combinación física o unión aparente de dos o mas sustancias o componentes, que conservan sus propiedades físicas y químicas y cuya proporción no es fija; los componentes de las mezclas no pierden sus propiedades.

Mezcla homogénea: son las que a simple vista tienen un aspecto uniforme en todas sus partes, aunque sus componentes sean sustancias diferentes. Se les llama también disoluciones.

Mezcla heterogénea: son las que tienen un aspecto que no es uniforme y como en todas las mezclas las proporciones de sus componentes son variables, un ejemplo son las aleaciones.

Estado físico de los componentes

Ejemplo de mezcla homogénea

Ejemplo de mezcla heterogénea

Sólido - sólido

Bronce

Tierra

Sólido – liquido

Amalgama dental

Madera

Sólido – gas

Hidrógeno adsorbido en metal

Piedra porosa

Liquido – sólido

Agua de mar

Agua con arena

Liquido – liquido

Vinagre

Aceite y vinagre

Liquido – gas

Agua con aire

Refresco con gas

Gas – sólido

Humo

Aire con tierra

Gas – liquido

Brisa de mar

Nubes

Gas – gas

Aire

No existe

Átomos y moléculas.

        Al igual que los antiguos filósofos griegos, como Leucipo y Demócrito de Abdera podemos cuestionar si al ir separando o dividiendo la materia se llega a los componentes fundamentales de la misma.

        Estos pensadores propusieron que la materia estaba formada por pequeñas partículas indivisibles a las que llamaron átomos, del griego a: sin y tomoi que significa división.

        Fue hasta principios del siglo XIX cuando el científico inglés John Dalton retoma la idea de la existencia del átomo, a partir de esta época se han establecido modelos para representar a los átomos.

        Apoyándose en la ley de conservación de la materia y en la ley de proporciones definidas Dalton propuso un modelo atómico que coincide con estas leyes. La teoría de Dalton se puede resumir en los siguientes enunciados:

a) Toda la materia está constituida por pequeñas partículas, denominadas átomos, que no pueden ser divididas.

b) Todos los átomos de diferentes elementos tienen distintas propiedades.

c) Todos los átomos de un mismo elemento son iguales y tienen las mismas propiedades.

d) Los átomos de un elemento no pueden ser transformados en otra clase de átomos.

e) Los componentes se forman cuando los átomos de un elemento se combinan.

               Otro investigador llamado Avogadro sugirió que están organizados los átomos en los gases (no necesariamente en forma individual) de una manera distinta, por ejemplo en unidades de 2 átomos. De ahí surgió el concepto de molécula que es aquella partícula que está conformada por la unión química de 2 o más átomos, de un mismo o de diferentes elementos.

        De esta misma manera se estableció la ley de Avogadro que dice:

"Volúmenes iguales de gases diferentes en las mismas condiciones de presión y temperatura contienen el mismo número de moléculas."

      El siguiente enunciado nos muestra la relación entre átomos y moléculas:

Las moléculas se componen de átomos unidos químicamente.

        Las moléculas son las unidades fundamentales de los compuestos, mientras que los átomos son las unidades fundamentales de los elementos por ejemplo: las sustancias llamadas de agua tiene como base el compuesto formado por 2 átomos de hidrógeno y uno de oxígeno (H2O) la unidad fundamental es la molécula de H2O (agua).

Peso atómico, de los elementos.

        En general ya habíamos mencionado a la masa como cantidad de materia y el peso como la fuerza con que un cuerpo es atraído por la gravedad terrestre. No obstante en libros antiguos y el común de las personas maneja los términos masa atómica igual al peso atómico.

        ¿Cómo determinar la masa de un átomo o de una molécula?

        Si ambas partículas son tan pequeñas para ser medidas con una balanza.

        Un investigador llamado Stanislao Cannizzaro.

        Aprovechando la hipótesis de Avogadro ("Volúmenes iguales de gases diferentes en las mismas condiciones de presión y temperatura contienen el mismo número de moléculas.") y después de una serie de experimentos concluyó que la masa de la molécula diatómica de hidrógeno (H2) era 2 por lo que decidió que le podría servir de base (como patrón) para determinar las masas atómicas relativas de los elementos conocidos en su época.

        Cannizzaro calculó la masa atómica del oxígeno pesando primeramente varios compuestos gaseosos que contuvieran oxígeno y comparó sus densidades con la que había determinado para el hidrógeno. Siempre trabajando a las mismas condiciones de temperatura y presión para asegurar que tenía el mismo número de partículas.

        Como base en estos experimentos, se seleccionó al oxígeno como sustancia de referencia, asignándole arbitrariamente el valor de 16 unidades de masa atómica (uma).

        Considerando que los átomos o moléculas son tan pequeños, te podrás imaginar que no es posible medirlos ni pensarlos en forma individual sino que es necesario manejar cantidades enormes de ellos. Debido a lo anterior los científicos decidieron establecer una unidad fundamental que se refiere a la cantidad de sustancias que contengan un número determinado de partículas.

        Esta unidad es el Mol y se define como cantidad de sustancias que contienen 6.02 x 1023 partículas en honor a Avogadro   a este número se le conoce como número de Avogadro.

        Es importante que te quede claro que el término Mol se refiere a una cantidad de partículas bien definidas; por ejemplo cuando alguien pida un ciento se da por entendido de que se trata de 100 unidades de hojas, de pelotas, de plumas, etc.,

        De igual manera al pedir una docena de flores sabemos que entregaran 12 unidades.

        Si se quiere tener un Mol de átomos de oro tendríamos que contar átomos. Aparte de que no es posible tomar los átomos para irlos contando, será una tarea titánica puesto que si todas las personas del mundo se pusieran a contar tardarían años en terminar.

        Afortunadamente los químicos han establecido una relación entre el Mol y la cantidad de materia o masa. La Unión Internacional de Química Pura Aplicada indicó que un Mol es la cantidad de sustancias que contienen un número de unidades elementales iguales a un número de átomos que hay en 12g de carbono 12. En otras palabras si colocamos en una balanza 12 gramos de carbono 12 se tendrán:

átomos de carbono 12.

        Con estas consideraciones se define la masa molar que es la masa de un Mol de partículas. Estos datos los puedes encontrar en la tabla periódica. Por ejemplo para el elemento oxígeno su masa molar es de 16g por lo tanto esa es la masa de átomos de oxígeno.

        En concreto si deseas saber la masa de cualquier elemento sólo consulta los datos que aparecen en la tabla periódica.

TABLA PERIÓDICA

        Seguramente en la escuela te solicitaron o has visto en los laboratorios, cuadros que se llaman tabla periódica de los elementos químicos, que no es otra cosa más que el agrupamiento que se ha hecho de los elementos químicos de acuerdo a las similitudes que presenta en sus propiedades.

        Se dice que los elementos son periódicos cuando se repiten a intervalos regulares. En la tabla periódica se encuentra que cuando los elementos, se ordenan según su masa atómica, aparece una regularidad en sus propiedades.

        Un científico ruso de apellido Mendeleyev después de muchas investigaciones dio origen a la ley periódica de los elementos: "Las propiedades de los elementos dependen de un modo periódico de sus masas atómicas"

        En la época de Mendeleyev sólo se conocían 63 elementos.

        Hasta el año de 1998 se han descubierto 117 elementos y la tabla periódica ha sufrido muchas modificaciones. Actualmente en la tabla periódica larga podrás encontrar que los elementos están en filas o en columnas. A las filas (horizontales) se les llama períodos e indican el nivel de energía (concepto que explicaremos en temas posteriores) de la capa de electrones externa se designan por un número arábigo.

        Las columnas (verticales) representan los grupos o familias y son elementos que tienen el mismo número de electrones en la capa externa. Estas se designan con números romanos y se subdividen en grupo A y grupo B.

  En las siguientes figuras te mostramos una distribución de la tabla periódica larga.

El modelo atómico.

        Recordarás que Dalton retomó el concepto de átomo y que el modelo que él propuso fue aceptado. Otros científicos continuaron con el estudio de la composición de la materia y con numerosos e ingeniosos experimentos, se detectó que había otras partículas que conformaban al átomo. Así Joseph John Thomson trabajó con tubos de descargas y fue el primero en identificar una partícula muy pequeña con carga negativa, a la que se llamó electrón (e-).

        Posteriormente, Ernest Rutherford descubrió otra partícula de gran masa y carga positiva a la que se le llama protón (p+). Estas partículas se encuentran en el centro del átomo. El centro fue denominado núcleo.

        Con esta información el físico Niels Bohr elaboró un modelo atómico que se puede resumir en los siguientes puntos:

a) El átomo está formado por protones, neutrones y electrones.

b) Los electrones se mueven alrededor del núcleo en órbitas circulares bien definidas a las cuales se llama niveles de energía.

c) Cada órbita puede contener un número máximo de electrones.

d) Cada órbita o nivel posee diferente energía.

e) Los electrones pueden cambiar de órbita si se les modifica la energía.

        Existe una fuerza de atracción entre los átomos a la que se denomina unión o enlace químico y éste es de naturaleza eléctrica, siendo los electrones los que participan directamente, como los electrones más cercanos al núcleo son atraídos con mayor fuerza; los participantes directos son los electrones ubicados en el nivel más extremo, a los que se llama electrones de valencia.

        Algunos átomos aceptan electrones fácilmente como los de la familia de los halógenos. Otros ceden fácilmente sus electrones.

        En el momento en que se "satisface" la tendencia a perder o ganar electrones, se dice que se estabiliza por medio de un enlace químico.

Partículas subatómicas.

Partícula

Carga

Localización

Protón

+

en el núcleo

Neutrón

0

en el núcleo

Electrón

-

alrededor del núcleo

Número atómico.

        En la actualidad la tabla periódica no se encuentra ordenada de acuerdo a la masa atómica, sino al número atómico de los elementos; así te das cuenta que en el 1er. período empieza con hidrógeno, helio, litio, berilio, boro. Esto se debe a que con el descubrimiento de las partículas subatómicas, se encuentra que lo que hace diferente a los átomos de un elemento y otro es la cantidad de protones, la definición de número atómico es: el número que indica la cantidad de protones que tiene en su núcleo el átomo de un elemento determinado.

Elemento

Protones en su núcleo

No. Atómico

Hidrógeno

1

1

Litio

3

3

Carbono

6

6

Aluminio

13

13

Pesos atómicos de los elementos.

        Los átomos son partículas extraordinariamente pequeñas y por eso no es posible percibirlos a simple vista y mucho menos contarlos, aunque en la actualidad se ha podido observar, con aparatos muy potentes, que los objetos están formados por un gran número de átomos, por ello se diseñó una unidad para medir la cantidad de materia conocida como mol, que es la cantidad de un elemento en gramos que contiene el número de Avogadro (6.02 x 1023) el cual es un número muy grande de átomos. El mol sólo se emplea para contar cosas tan pequeñas como los átomos o las moléculas, ya que es una cifra tan extensa como:

602,000,000,000,000,000,000,000

Si fuera posible medir los océanos del mundo con una cuchara de té, el volumen sería el número de cucharaditas, lo que correspondería al número de Avogadro.

        Cuando se pesa un mol de átomos, la masa que se obtiene es igual que la masa atómica, expresada en gramos y se le conoce como masa molar. La unidad de la masa atómica es la uma, porque se refiere a un solo átomo y la cantidad de la masa molar es el gramo/mol. El valor numérico de la masa atómica y de la masa molar es igual ya que en el caso del nitrógeno (N) su masa promedio o uma es de 14.00 y su masa molar o gramo/mol es 14.00.

        Asimismo, la masa de una molécula es la suma de las masas de los elementos que la componen. De tal forma que la masa molar molecular es la masa de un mol de moléculas y corresponde a la masa de un número de Avogadro de moléculas expresada en gramos. Para poder calcular la masa molar molecular de cualquier compuesto, es necesario conocer qué elementos constituyen dicho compuesto, cuántos son y la masa de cada uno de ellos. Esta información se obtiene de la fórmula química del compuesto. Si se tiene un mol de CO2 entonces hay 6.02 x 1023 moléculas. El número de átomos de ese mol de moléculas es igual a:

3 x 6.02 x 1023 que es igual a 18.06 x 1023

        Porque la fórmula del dióxido de carbono indica que hay un átomo de carbono (C) y dos de oxígeno (O2). El número total de átomos que hay en un mol de moléculas siempre será mayor que el número de moléculas, por ejemplo, en un mol de moléculas de hidrógeno (H2) hay 6.02 x 1023 moléculas, pero hay 2 x 6.02 x 1023 átomos de hidrógeno, porque la molécula se compone de dos átomos.

        Desde el siglo XIX el número de elementos conocidos se ha ido incrementando, al mismo tiempo que fueron determinándose con mayor precisión las propiedades de los elementos, los científicos se vieron en la necesidad de agruparlos sistemáticamente buscando propiedades comunes. En un principio se clasificaron los elementos en dos grandes grupos: metales y no metales, pero había ciertos casos en los que se presentaban elementos con características intermedias, como en el caso de los metales poco pesados que conducen mal la electricidad aunque se comportan como elementos metálicos cuando se combinan.

        En el año de 1829, el químico Dobereiner clasificó los elementos en triadas, formada cada una por tres elementos de similares propiedades. El elemento central tenía una masa atómica aproximadamente igual a la media aritmética de las masas atómicas de los tres elementos que la formaban, una de las triadas era la integrada por el cloro, bromo y yodo. Posteriormente en 1864, J. Newlands propuso la teoría conocida por ley de las octavas de Newlands, la cual consistía en ordenar todos los elementos en forma creciente de sus masas atómicas, de manera que después de cada siete elementos apareciera un octavo con propiedades similares al primero.

        Fue sólo 5 años después, que el químico ruso Mendeleyev y el alemán L. Meyer, establecieron de manera independiente otra clasificación de los elementos químicos basándose en que las propiedades físicas y químicas de los mismos, estaban en función de su masa atómica. La tabla de Mendeleyev ha sufrido bastantes variaciones pero fundamentalmente permanece como él la elaboró.

El sistema periódico.

        Está constituido siguiendo el criterio de que los elementos, ordenados por filas de manera creciente respecto a su número atómico, pero de tal manera que los elementos de propiedades similares corresponden en las columnas.

        Las columnas encabezadas en la tabla por números romanos, representan grupos y contienen así, los elementos de propiedades y estructura electrónica similar. De esta forma existen siete grupos o columnas, en donde cada período o fila horizontal representa a los elementos que poseen determinado número cuántico o nivel de energía. Los elementos situados a la izquierda y en el centro de la tabla, que son los más numerosos, son los metales. Los elementos que se encuentran en la parte derecha de la tabla, exceptuando los gases nobles como el neón o el radón, son los no metales.x

Organización actual de los elementos.

        Por su parte, los metales se caracterizan por su mayor o menor facilidad en ceder electrones y tienden a adquirir la configuración electrónica del gas noble inmediatamente anterior a ellos. Entre los metales, los alcalinos, que corresponden a la columna I, son el grupo más activo de los metales, ya que tienen un solo electrón en la última capa y lo pueden ceder muy fácilmente, lo que les da la cualidad de electropositivos.

        De forma horizontal, el metal que presenta mayor actividad dentro de un mismo período es el que tiene menor número de electrones libres en la última órbita, es decir una menor valencia.

        En el caso de los no metales, estos se caracterizan por tender a captar electrones, es decir, son electronegativos, tendiendo a completar su órbita exterior hasta adquirir la configuración electrónica del gas noble que está situado en el mismo período o la misma línea. De esta forma los grupos que pertenecen a los metales son:

a) El grupo de los carboides, los cuales tienen una valencia máxima de 4 y se encuentran situados en la columna IV, de ellos los dos primeros, el carbono y el silicio, son no metales y los metales el germanio, estaño y el plomo.

b) El grupo de los nitrogenoides, los cuales se encuentran situados en la columna V y cuya valencia máxima es cinco.

c) El grupo de los anfígenos, que están situados en la columna VI y cuya valencia máxima es 6, excepto el oxígeno, que actúa con valencia –2 (menos dos).

d) El grupo de los halógenos, se halla en la columna VII y su valencia máxima positiva es 7, excepto el fluor, que es monovalente o la valencia negativa de todos ellos es uno, lo que les da la cualidad de ser muy activos.

        Los gases nobles o inertes, no tienen carácter metálico ni no metálico y no forman compuestos en condiciones normales, constituyendo así un grupo aparte, por poseer la última órbita electrónica completa con ocho electrones donde su reactividad química es prácticamente nula. Con excepción del helio, que tiene 2 electrones en su único nivel de energía.

        Los elementos de transición, se encuentran situados en los grupos II y III, caracterizándose por tener incompleta alguna órbita interior, teniendo propiedades y valencias variables.

        Las tierras raras, son los elementos colocados en la parte inferior de la tabla periódica que también reciben el nombre de elementos de transición interna. Éstos se dividen en dos series llamadas lantánidos y actínidos, conformada cada una de ellas, por catorce elementos.

        La información que es posible obtener de la tabla periódica, nos muestra que los elementos están colocados, de izquierda a derecha, de acuerdo con el aumento del número atómico. El número atómico de un elemento es el número de electrones que contienen los átomos del elemento. La casilla de un elemento, en la tabla , contiene el número atómico, el símbolo y el peso atómico. La posición del elemento revela el grupo en que se encuentra y por consiguiente, si pertenece al bloque "s", al bloque "p", al bloque "d", al bloque "f" o si es un elemento representativo, de transición o de transición interna. La posición indica también si es metal, no metal o metaloide. El número romano de los grupos "A" señala el número de electrones que tienen en el nivel externo los átomos de los elementos del grupo.

 


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