Unidad I Quimica PDF

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INVESTIGACION UNIDAD 1...

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CONTENIDO 1.1 MATERIA: ESTRUCTURA, COMPOSICION, ESTADOS DE AGREGACION Y CLASIFICACION POR PROPIEDADES.............................................................................3 1.2

SUSTANCIAS PURAS: ELEMETOS & COMPUESTOS..........................................6

1.3

DISPERSIONES O MEZCLAS.................................................................................7

1.4 CARACTERIZACION DE LOS ESTADOS DE AGREGACION: SOLIDO CRISTALINO, LIQUIDO, SOLIDO, VIREO Y GEL..............................................................8 1.5

CAMBIOS DE ESTADO.........................................................................................10

1.6 CLASIFICACION DE LAS SUSTANCIAS NATURALES POR SEMEJANZA EN: PROPIEDADES FISICAS, PROPIEDADES QUIMICAS................................................11 1.7 BASE EXPERIMENTAL DE LA TEORIA CUANTICA Y ESTRUCTURA ATOMICA.........................................................................................................................12 1.8

PERIOCIDAD QUIMICA.......................................................................................13

1.9

DESARROLLO DE LA TABLA PERIODICA MODERNA......................................14

1.10

CLASIFICACION PERIODICA DE LOS ELEMENTOS..........................................16

1.11 PROPIEDADES ATOMICAS Y VARIACIONES PERIODICAS: CARGA NUCLEAR EFECTIVA, RADIO ATOMICO, RADIO IONICO ENERGIA DE IONIZACION, AFINIDAD ELECTRONICA, ELECTRONEGATIVIDAD.....................................................................18 1.12 PROPIEDADES QUIMICAS Y SU VARIACION PERIODICA: TENDENCIAS GENERALES Y POR GRUPO..........................................................................................21 1.13 ELEMENTOS DE IMPORTANCIA ECONOMICA, INDUSTRIAL Y AMBIENTAL EN LA REGION O EN EL PAIS..............................................................................................22

1.1MATERIA: ESTRUCTURA, COMPOSICION, ESTADOS DE AGREGACION Y CLASIFICACION POR PROPIEDADES MATERIA Es todo lo que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio, llamada volumen. En el vacío no hay materia. Todo lo que podemos ver y tocar es materia. También son materia las cosas que no podemos ver, como el aire. Todos los cuerpos están formados por materia, cualquiera que sea su forma, tamaño o estado. Pero no todos están formados por el mismo tipo de materia, si no que están compuestos por sustancias diferentes. La manera más adecuada de definir materia es describiendo sus cualidades:  Presenta dimensiones, es decir, ocupa un lugar en el espacio.  Presenta inercia: la inercia se define como la resistencia que opone la materia a modificar su estado de reposo o movimiento.  La materia es la causa de la gravedad o gravitación, que consiste en la atracción que actúa siempre entre objetos materiales, aunque estén separados por grandes distancias. ESTRUCTURA DE LA MATERIA La materia se organiza jerárquicamente en varios niveles, El nivel más complejo es la agrupación en moléculas y éstas a su vez son agrupaciones de átomos. Los constituyentes de los átomos, que sería el siguiente nivel son:  Electrones: partículas eptónicas con carga eléctrica negativa.  Protones: partículas bariónicas con carga eléctrica positiva.  Neutrones: partículas bariónicas sin carga eléctrica (pero con momento magnético). El Electrón: El electrón, comúnmente representado como “e− “es una partícula subatómica. En un átomo los electrones rodean el núcleo, compuesto de protones y neutrones. Los electrones tienen la carga eléctrica más pequeña, y su movimiento genera corriente eléctrica. Dado que los electrones de las capas más externas de un átomo definen las atracciones con otros átomos, estas partículas juegan un papel primordial en la química. El Protón: Partícula nuclear con carga positiva igual en magnitud a la carga negativa del electrón; junto con el neutrón, está presente en todos los núcleos atómico. Los protones son parte esencial de la materia ordinaria, y son estables a lo largo de periodos de miles de millones, incluso billones, de años. El Neutrón: El Neutrón es una partícula eléctricamente neutra, de masa 1.838,4 veces mayor que la del electrón y 1,00014 veces la del protón; juntamente con los protones, los neutrones son los constitutivos fundamentales del núcleo atómico y se les considera como dos formas de una misma partícula: el nucleón.

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COMPOSICION DE LA MATERIA La materia está formada por partículas muy pequeñas llamadas átomos que son indivisibles y no se pueden destruir. Molécula: Parte pequeña en que se pude dividir a la materia sin que pueda cambiar sus propiedades. Átomo: PARTE más pequeña en que se puede dividir una molécula. ESTADO DE AGREGACIÓN La materia puede aparecer en tres estados de agregación dependiendo la temperatura y la presión en: sólido, líquido y gaseoso. Solido: La materia está en estado sólido cuando posee forma y volumen, propios, que tiende a recuperarse ha sido modificado por acción de alguna fuerza externa; posee un volumen constante. Presenta las siguientes características:         

Forma y volumen definidos Atracción Vibración Tienen forma definida o rígida No pueden comprimirse Resistentes a fragmentarse Poseen volumen definido No fluyen Algunos de ellos se subliman

Liquido: Cuando una porción de materia se encuentra en estado líquido las moléculas que lo unen no se encuentran unidas tan fuertemente como en el estado sólido. Por ello los líquidos conservan su volumen, pero no su forma y adoptan las de recipiente que los contenga. Presenta las siguientes características:      

Cohesión menor Movimiento energía cinética. No poseen forma definida. Toma la forma de la superficie o el recipiente que lo contiene. En el frío se comprime, excepto el agua. Posee fluidez a través de pequeños orificios.

Gaseoso: En el estado gaseoso las moléculas se encuentran separadas entre sí por ello los gases carecen de forma y volumen propios y si los colocamos en un recipiente cerrado se distribuye por todo el interior Presenta las siguientes características:    

Cohesión mínima. Sin forma definida. Su volumen sólo existe en recipientes que lo contengan. Pueden comprimirse fácilmente.

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Plasma: Se le llama a veces «el cuarto estado de la materia», es un estado en el que los átomos se han roto, y éste queda formado por electrones e iones positivos. Es un Gas ionizado en que los átomos se encuentran disociados en electrones e iones positivos cuyo movimiento es libre. La mayor parte del universo está formado por plasma. Los plasmas conducen la electricidad y son fuertemente influidos por los campos magnéticos. CLASIFICACION POR PROPIEDADES Son las propiedades que presenta todo cuerpo material sin excepción y al margen de su estado físico:  Masa: Es la cantidad de materia contenida en un volumen cualquiera, la masa de un cuerpo es la misma en cualquier parte de la Tierra o en otro planeta.  Volumen: Un cuerpo ocupa un lugar en el espacio  Peso: Es la acción de la gravedad de la Tierra sobre los cuerpos.  Divisibilidad: Es la propiedad que tiene cualquier cuerpo de poder dividirse en pedazos más pequeños, hasta llegar a las moléculas y los átomos.  Porosidad: Como los cuerpos están formados por partículas diminutas, éstas dejan entre sí espacios vacíos llamados poros.

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1.2SUSTANCIAS PURAS: ELEMETOS & COMPUESTOS SUSTENCIAS PURAS Las sustancias puras están formadas por átomos o moléculas todas iguales, tienen propiedades específicas que las caracterizan y no pueden separarse en otras sustancias por procedimientos físicos. Las sustancias puras se clasifican en elementos y compuestos. ELEMENTO Los elementos también pueden llamarse sustancias puras simples y están formados por una sola clase de átomos, es decir, átomos con el mismo número de protones en su núcleo y por lo tanto con las mismas propiedades químicas. Los elementos no pueden descomponerse en otras sustancias puras más sencillas por ningún procedimiento. Son sustancias puras simples todos los elementos químicos de la tabla periódica. A las sustancias formadas por moléculas compuestas por átomos iguales también se les considera elementos, por ejemplo, el oxígeno gaseoso, oxígeno molecular o dioxígeno. COMPUESTO Los compuestos son sustancias formadas por la unión de dos o más elementos de la tabla periódica en proporciones fijas. Una característica de los compuestos es que poseen una fórmula química que describe los diferentes elementos que forman al compuesto y su cantidad. Los métodos físicos no pueden separar un compuesto, éstos solo pueden ser separados en sustancias más simples por métodos químicos, es decir, mediante reacciones. Por ejemplo, el agua es una sustancia pura, pero si la sometemos a electrólisis la podemos separar en los elementos que la forman, el oxígeno y el hidrógeno.

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1.3 DISPERSIONES O MEZCLAS La dispersión de un sistema es la porción de una solución que se toma para estudio, en el que el cuerpo sólido, líquido o gaseoso contiene, repartido de forma uniforme. En química, una mezcla es un sistema formado por dos o más sustancias puras, pero no combinadas químicamente las cuales conservan cada una su identidad y sus propiedades y tienen una composición química variable. Los componentes de una mezcla pueden separarse por medios físicos como destilación, disoluciones, separación, magnética, flotación, filtración, delectación o centrifugación. Cuando dos sustancias son mezcladas y estas presentan una reacción química estas ya no se pueden separar por medios físicos ya que se han formado unos nuevos compuestos con algunos cambios químicos tales como, propiedades físicas, punto de fusión, etc. Las mezclas se clasifican en homogéneas y heterogéneas. Los componentes de una mezcla pueden ser sólidos, líquidos o gaseosos.  Mezcla homogénea: Es aquella mezcla donde no se distinguen sus componentes, ni siquiera con la ayuda del microscopio. Las partes de una mezcla heterogénea pueden separarse químicamente. Por ejemplo, el agua de mar que contiene sal y agua dulce  Mezcla heterogénea: Es aquella mezcla donde se distinguen sus componentes a simple vista y está formada por dos o más sustancias, físicamente distintas, distribuidas en forma desigual. Las partes de una mezcla heterogénea pueden separarse mecánicamente. Por ejemplo, las ensaladas, o la sal mezclada con arena.

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1.4CARACTERIZACION DE LOS ESTADOS DE AGREGACION: SOLIDO CRISTALINO, LIQUIDO, SOLIDO, VIREO Y GEL Todas las sustancias pueden existir en tres estados: solido, líquido y gaseoso. los gases difieren de los líquidos y sólidos en la distancia que media entre las moléculas. En un sólido, las moléculas se mantienen juntas de manera ordenada, con escasa libertad de movimiento. Las moléculas de un líquido están cerca unas de otras, sin que se mantengan en una posición rígida, por lo que pueden moverse. En un gas, las moléculas están separadas entre sí por distancias grandes en comparación con el tamaño de las moléculas mismas. Actualmente en los más recientes estudios de los estados de la materia, se incluyen algunos más que los tres estados mencionados anteriormente, como lo son: sólido cristalino, vítreo y gel. SÓLIDO CRISTALINO Un sólido cristalino es aquél que tiene una estructura periódica y ordenada, como consecuencia tienen una forma que no cambia, salvo por la acción de fuerzas externas. Cuando se aumenta la temperatura, los sólidos se funden y cambian al estado líquido. Las moléculas ya no permanecen en posiciones fijas, aunque las interacciones entre ellas siguen siendo suficientemente grandes para que el líquido pueda cambiar de forma sin cambiar apreciablemente de volumen, adaptándose al recipiente que lo contiene. Un sólido cristalino se construye a partir de la repetición en el espacio de una estructura elemental paralelepipédica denominada celda unitaria. Las celdas unitarias, son paralelogramos o paralelepípedos que constituyen la menor subdivisión de una red cristalina que conserva las características generales de toda la retícula, de modo que, por simple traslación de la misma, puede reconstruirse la red al completo en cualquier punto. Las celdas unitarias se pueden definir de forma muy simple a partir de dos o tres vectores. En función de los parámetros de red, es decir, de las longitudes de los lados o ejes del paralelepípedo elemental y de los ángulos que forman, se distinguen siete sistemas cristalinos.  Triclínico, todos los casos que no satisfacen los requisitos de cualquier otro sistema. No hay simetría necesaria con excepción de simetría de translación, aunque la inversión es posible.  Monoclinic, requiere cualquiera 1 doble eje de la rotación o 1 plano del espejo.  Orthorhombic, requiere 3 hachas dobles de rotación o 1 eje doble de la rotación y de dos planos del espejo.  etragonal, requiere 1 eje de la rotación cuádruple.  Rhombohedral, también llamado trigonal, requiere 1 eje de la rotación triple.  Hexagonal, requiere 1 eje del sixfold de la rotación.  Isométrico o cúbico, requiere 4 hachas triples de rotación.

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VITREO El estado vítreo es amorfo, caracterizado por la rápida ordenación de las moléculas para obtener posiciones definidas. Los cuerpos en estado vítreo se caracterizan por presentar un aspecto sólido con cierta dureza y rigidez y que ante esfuerzos externos moderados se deforman de manera generalmente elástica. Sin embargo, al igual que los líquidos, estos cuerpos son ópticamente isótropos, transparentes a la mayor parte del espectro electromagnético de radiación visible. Cuando se estudia su estructura interna a través de medios como la difracción de rayos X, da lugar a bandas de difracción difusas similares a las de los líquidos. Si se calientan, su viscosidad va disminuyendo paulatinamente como la mayor parte de los líquidos hasta alcanzar valores que permiten su deformación bajo la acción de la gravedad, y por ejemplo tomar la forma del recipiente que los contiene como verdaderos líquidos. No obstante, no presentan un punto claramente marcado de transición entre el estado sólido y el líquido o "punto de fusión". Todas estas propiedades han llevado a algunos investigadores a definir el estado vítreo no como un estado de la materia distinto, sino simplemente como el de un líquido sub-enfriado o líquido con una viscosidad tan alta que le confiere aspecto de sólido, sin serlo. Esta hipótesis implica la consideración del estado vítreo como un estado meta estable al que una energía de activación suficiente de sus partículas debería conducir a su estado de equilibrio, es decir, el de sólido cristalino. GEL Un gel es un sistema coloidal donde la fase continua es sólida y la dispersa es líquida. Los geles presentan una densidad similar a los líquidos, sin embargo, su estructura se asemeja más a la de un sólido. El ejemplo más común de gel es la gelatina comestible. Ciertos geles presentan la capacidad de pasar de un estado coloidal a otro, es decir, permanecen fluidos cuando son agitados y se solidifican cuando permanecen inmóviles. Esta característica se denomina tixotropía. El proceso por el cual se forma un gel se denomina gelación. Reemplazando el líquido con gas es posible crear aerogeles, materiales con propiedades excepcionales como densidades muy bajas, elevada porosidad y excelente aislamiento térmico.

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1.5CAMBIOS DE ESTADO Cambio de estado es el proceso mediante el cual las sustancias pasan de un estado de agregación a otro. El estado físico depende de las fuerzas de cohesión que mantienen unidas a las partículas. La modificación de la temperatura o de la presión modificará dichas fuerzas de cohesión pudiendo provocar un cambio de estado. El paso de un estado de agregación más ordenado a otro más desordenado, donde las partículas se mueven con más libertad entre sí, se denomina cambio de estado progresivo. Cambios de estado progresivos son:  Fusión: es el paso de sólido a líquido. Ejemplo: el hielo a agua líquida se funde. Vaporización: es el paso de líquido a gas. Ejemplo: el agua líquida pasa a vapor de agua evaporándose lentamente (secándose un recipiente o una superficie con agua) o al entrar en ebullición el líquido (hierve).  Volatilización: es el paso de sólido a gas. Ejemplo: el azufre o el yodo sólidos al calentarlos pasan directamente a gas. El paso de un estado de agregación más desordenado a otro más ordenado se denomina cambio de estado regresivo. Cambios de estado regresivos son:  Condensación: es el paso de vapor a líquido. Ejemplo: en los días fríos de invierno el vapor de agua de la atmósfera se condensa en los cristales de la ventana que se encuentran fríos o en el espejo del cuarto de baño. Condensan los vapores, como el vapor de agua, o el de cloroformo. Los vapores condensan por enfriamiento o por compresión. En cambio, los gases, para pasar al estado líquido, primero deben ser enfriados hasta cierta temperatura, llamada temperatura crítica, y luego deben ser comprimidos. La temperatura crítica es por tanto más temperatura por encima de la cual es imposible licuar un gas. Cada gas tiene una temperatura crítica determinada.  Solidificación: es el paso de líquido a sólido. Ejemplo: el agua de una cubitera dentro del congelador se solidifica formando cubitos de hielo.  Sublimación: es el paso de gas a sólido. Generalmente se utiliza el término sublimación para referirse al ciclo completo de sólido a vapor y nuevamente a sólido

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1.6CLASIFICACION DE LAS SUSTANCIAS NATURALES POR SEMEJANZA EN: PROPIEDADES FISICAS, PROPIEDADES QUIMICAS. Las Sustancias Naturales, que se encuentran directamente en la Naturaleza, como son las especies químicas que se extraen de las aguas potables y minerales, del agua de mar, de los fragmentos de rocas, de los minerales y vegetales, de la atmosfera, etc. Ejemplos: el agua, la sal de cocina, el salitre, el azufre, la morfina, el almidón, el azúcar, los aceites y grasas, los metales, el oxígeno, etc.  Propiedades Químicas: Son aquellas que se refieren a la naturaleza intima de la sustancia o a la manera de reaccionar con otra. Ejemplo: La combustión del azufre para producir anhídrido sulfuroso, la explosión producida al quemar hidrogeno, la combustión de un trozo de cinta de magnesio para producir óxido de magnesio.  Propiedades Físicas: Son aquellas que pueden ser observadas sin cambiar la naturaleza de las sustancias ejemplo: color, olor, dureza, elasticidad, punto de fusión y punto de ebullición.  Dureza: es la resistencia de los cuerpos al rayado, la cortadura, las deformaciones permanentes, a la penetración, etc.  Tenacidad: es la resistencia de la materia a ser fraccionada por la tensión.  Maleabilidad: es la capacidad que tienen los metales para formar laminas.  Punto de fusión: es la temperatura a la que un sólido pasa al estado líquido.  Punto de ebullición: es la temperatura a la hierve un líquido y pasa al estado de gas o vapor.

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1.7BASE EXPERIMENTAL DE LA TEORIA CUANTICA Y ESTRUCTURA ATOMICA La teoría cuántica, es una teoría física basada en la utilización del concepto de unidad cuántica para describir las propiedades dinámicas de las partículas subatómicas y las interacciones entre la materia y la radiación. Las bases de la teoría fueron sentadas por el físico alemán Max Planck. En el átomo distinguimos dos partes: el núcleo y la corteza. El núcleo es la parte central del átomo y contiene partículas con carga positiva, los protones, y partículas que no poseen carga eléctrica, es decir son neutras, los neutrones. La masa de un protón es aproximadamente igual a la de un neutrón. Todos los átomos de un elemento químico tienen en el núcleo el mismo número de protones. Este número, que caracteriza a cada elemento y lo distingue de los demás, es el número atómico y se representa con la letra Z. La corteza es la parte exterior del átomo. En ella se encuentran los electrones, con carga negativa. Éstos, ordenados en distintos niveles, giran alrededor del núcleo. La masa de un electrón es unas 2000 veces menor que la de un protón. Los átomos son eléctricamente neutros, debido a que tienen igual número de pro...