QUÍMICA INORGÁNICA C u a r t a B A C H I L L E R A T O e d i c i ó n Francisco Higinio Recio del Bosque Universidad Autónoma de Coahuila KWWS ERRNVPHGLFRVRUJ Revisión técnica M. en Q. Ana María Muttio Rico Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Qu´ímica MÉXICO • BOGOTÁ • BUENOS AIRES • CARACAS • GUATEMALA • LISBOA MADRID • NUEVA YORK • SAN JUAN • SANTIAGO SAO PAULO • AUCKLAND • LONDRES • MILÁN • MONTREAL • NUEVA DELHI SAN FRANCISCO • SINGAPUR • ST. LOUIS • SIDNEY • TORONTO 00-RECIO_QUIMICA_INORG_PRELIM.indd i 4/20/12 12:31:50 PM Publisher: Jorge Rodríguez Hernández Director editorial: Ricardo Martín Del Campo Editor sponsor: Luis Amador Valdez Vázquez Asistencia editorial: Anastacia Rodríguez Castro Supervisor de producción: Jacqueline Brieño Álvarez Diseño de interiores: APHIK, S.A de C.V. Diseño de portada: José Palacios Hernández Diagramación: Visión Tipográfica QUÍMICA INORGÁNICA C u a r t a e d i c i ó n Prohibida la reproducción total o parcial de esta obra, por cualquier medio, sin la autorización escrita del editor. DERECHOS RESERVADOS © 2008, 2005, 2001, 1996 respecto a la cuarta edición en español por: McGRAW-HILL / INTERAMERICANA EDITORES S.A. DE C.V. A Subsidiary of The McGraw-Hill Companies, Inc. Punta Santa Fe Prolongación Paseo de la Reforma 1015 Torre A, piso 17 Colonia Desarrollo Santa Fe Delegación Álvaro Obregón C.P. 01376, México D.F. Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana, Reg. Núm. 736 ISBN 13: 978-970-10-6406-1 ISBN 10: 970-10-6406-2 ISBN Edición anterior: 970-10-5083-5 1234567890 Impreso en China 00-RECIO_QUIMICA_INORG_PRELIM.indd ii 09765432108 Printed in China 4/20/12 12:31:50 PM Este libro está dedicado a: Francisco Daniel Mariana Diego Alberto David Abraham Ana Karina 00-RECIO_QUIMICA_INORG_PRELIM.indd iii 4/20/12 12:31:51 PM iv Presentación En esta cuarta edición de Química inorgánica se satisfacen, en gran por centaje, los contenidos programáticos de la disciplina en el nivel medio superior de los diferentes subsistemas educativos, no sólo de México, sino de los países de habla hispana, principalmente los latinoamericanos. Desde siempre, la intención ha sido que los estudiantes apr ecien la química, no sólo en forma teórica, alejada de su realidad, sino que sean conscientes de que es una ciencia sumamente vinculada a su vida cotidiana. Con este trabajo no se pr etende formar “químicos”, lo que se busca es cr ear individuos que tengan conciencia de su entorno, tanto ar tificial como natural, y que aprecien los conocimientos que se muestran como herramienta v aliosa en la satisfacción de sus necesidades presentes y futuras, sin olvidar a las generaciones que nos van a preceder. Los conocimientos que conforman lo que llamamos humanidades son tan importantes como los que se adquieren por medio de las ciencias, y en su conjunto permitirán al alumno tener una visión más amplia de la realidad que vive, para convertirse en un mejor individuo para sí mismo, su familia y para la sociedad de la cual es par te, la que además, construye. En Química orgánica los conocimientos referidos a la materia se presentan en seis unidades cuyos contenidos teóricos están íntimamente relacionados con la vida cotidiana mediante lecturas, laboratorios, conceptos nuev os, experiencias y ejercicios, con todo ello el estudiante advertirá el grado de comprensión de los conocimientos que va obteniendo a lo largo del curso. Cada tema inicia con un mapa conceptual, para que anticipadamente se adviertan las ideas relevantes de su contenido. Es preciso mencionar que la práctica enseñanza-aprendizaje se fortalece mediante la interacción docente-alumno cuando se cuestionan y analizan los conocimientos para profundizar en ellos y enriquecerlos y así lograr el éxito en esta materia. Agradeceré sobremanera las obser vaciones y/o comentarios que pr ofesores y alumnos consideren útiles para mejorar el pr esente trabajo, fav or de dirigirlos a:
[email protected] Francisco Higinio Recio del Bosque Saltillo, Coahuila, octubre de 2007 00-RECIO_QUIMICA_INORG_PRELIM.indd iv 4/20/12 12:31:51 PM ubicándola como par te de la vida cotidiana. además de tocar la armónica como aficionado. Se graduó como profesor de Educación Primaria en la Escuela Normal de Coahuila. dedicado a su esposa. además de haber sido Coordinador de la Unidad Saltillo de la Universidad Autónoma de Coahuila. escribir libros de química para los tr es grados de secundaria y los de química inorgánica. 00-RECIO_QUIMICA_INORG_PRELIM. Recio del Bosque nació en la ciudad de Saltillo. orgánica y general para bachillerato. sin abandonar la docencia. lo que le ha permitido. Nuevo León. física y química. hijos y nietos.indd v 4/20/12 12:31:52 PM .v Acerca del autor Francisco H. H a sido presidente de academias de química locales y regionales en los niveles medio básico y superior y desempeñando puestos administrativos como subdirector en el niv el medio básico y dir ector en el niv el medio superior. Coahuila. Su pasión por la enseñanza de la química. Coahuila. Ha sido docente durante más de 30 años en escuelas secundarias y de bachillerato impartiendo matemáticas. más allá de la química teórica. y su infancia transcurrió en la congr egación de Jamé. Su pasatiempo consiste en cultivar en un huerto familiar. en la especialidad de Física y Química. árboles frutales y verduras diversas. le ha pr esentado la oportunidad de escribir varias obras de esta disciplina editadas por McGraw-Hill Interamericana Editores. Es graduado como Maestro en Educación Media y Normal en la Escuela Normal Superior de M onterrey. ejer ciendo su profesión en la Alta Tarahumara de Chihuahua. enclavada en la Sierra de Arteaga. 3 Energía La energía y su relación con los cambios Conservación Manos a la obra ¿Qué ocurre cuando una vela se quema? Lectura Compuestos químicos naturales contra productos sintéticos 11 11 16 17 18 25 27 27 31 35 36 UNIDAD 2 Estructura atómica y tabla periódica 40 2.indd vi 6 6 7 7 9 11 43 43 44 47 47 48 55 46 56 57 58 58 58 4/20/12 12:31:52 PM .2 Materia Concepto de materia Otras formas de la materia Propiedades de la materia Clasificación y composición de la materia Manos a la obra Características de los elementos.2 Modelo atómico de la mecánica ondulatoria y números cuánticos Principio de dualidad Principio de incertidumbre Principio de Shrödinger 00-RECIO_QUIMICA_INORG_PRELIM. los compuestos y las mezclas 1.vi Contenido UNIDAD 1 Objeto de estudio de la química 2 1.1 Química: una ciencia interdisciplinaria 6 Definición de química División de la química Relación con otras ciencias Importancia y campo de acción de la química Manos a la obra La química en la industria Lectura La protección de la capa de ozono 1.1 Partículas subatómicas y modelos atómicos 42 Estructura básica del átomo Partículas subatómicas fundamentales Modelo atómico de Dalton Modelo atómico de Thomson Modelo atómico de Rutherford Modelo atómico de Bohr Modelo atómico de Sommerfeld Lectura Los monitores para TV y computadoras y las luces de neón Manos a la obra Espectros de emisión 2. 3 Configuraciones electrónicas Principio de Aufbau Estructuras de Lewis 2.4 Tabla periódica Símbolos químicos Número atómico Número de masa Isótopos Desarrollo de la tabla periódica Lectura Cuentos de isótopos Manos a la obra Distribución electrónica 2.vii Principio de Dirac Números cuánticos Número cuántico principal Número cuántico por forma Número cuántico por orientación o magnético 2.indd vii 59 59 59 60 63 66 66 71 73 73 75 77 80 82 82 85 94 96 97 100 101 102 102 102 107 112 114 115 117 117 121 129 131 124 127 133 133 4/20/12 12:31:53 PM . ¿un alimento milagroso? 3.1 Enlace químico Regla del octeto Representación de enlaces con estructura de Lewis Enlace iónico Enlace covalente Enlace por coordinación Enlace metálico Manos a la obra El enlace de los compuestos Lectura El brócoli.2 Enlace molecular Atracciones de Van der Waals 00-RECIO_QUIMICA_INORG_PRELIM.5 Principales familias de elementos Metales alcalinos Metales alcalinotérreos Halógenos Gases raros Metales de transición Metales de transición interna Metaloides Lectura Los fluoruros y la caries dental UNIDAD 3 Enlace químico: modelos de enlaces e interacciones intermoleculares 3. indd viii 134 135 137 137 139 142 144 146 147 148 148 151 154 155 158 158 160 161 162 153 167 168 172 174 177 179 179 180 183 183 187 176 177 189 190 4/20/12 12:31:53 PM .1 Reacciones químicas Definición Tipos de reacciones Representación mediante ecuaciones Clasificación general de las reacciones químicas Reacciones termoquímicas Elementos de termoquímica Velocidad de reacción.1 Fórmula química Fórmulas condensadas y desarrolladas Lectura El dióxido de silicio: componente importante en la corteza terrestre 4.viii Puente de hidrógeno Propiedades asociadas al puente de hidrógeno Nuevos materiales Lectura Origen del horno de microondas Lectura Los fullerenos UNIDAD 4 Nomenclatura de compuestos químicos inorgánicos 4.2 Funciones químicas inorgánicas Óxidos básicos Óxidos ácidos o anhídridos Hidróxidos Ácidos (oxiácidos) Ácidos (hidrácidos) Sales (oxisales) Sales (haloides) Sales ácidas Hidruros Lectura No hay motivos para reír Manos a la obra Antiácidos Lectura ¿Cómo se inflan las bolsas de aire? UNIDAD 5 Reacciones químicas 5. definición y factores que la afectan Lectura Consumismo y desarrollo sostenible Manos a la obra Reacciones químicas Manos a la obra Acción de las enzimas Lectura ¿Envejecemos por oxidación? 00-RECIO_QUIMICA_INORG_PRELIM. 2 Cálculos estequiométricos Composición porcentual Fórmulas empíricas Fórmulas moleculares Fórmula real Relaciones ponderales Relaciones volumétricas Porcentaje de rendimiento Lectura El alcohol metílico: ¿combustible con futuro? 6.ix 5.2 Balanceo de ecuaciones químicas Definición Método de aproximaciones o tanteo Método redox Método algebraico Lectura El lanzamiento del transbordador espacial Manos a la obra Tipos de reacciones químicas Lectura Fertilizantes producidos por los rayos UNIDAD 6 Estequiometría 6.4 Contaminación del aire Componentes más importantes del aire Efecto invernadero y calentamiento global del planeta Inversión térmica Esmog Lluvia ácida Índice Metropolitano de la Calidad del Aire (Imeca) Lectura Contaminación del agua Manos a la obra Ley de Boyle Glosario Bibliografía Índice 00-RECIO_QUIMICA_INORG_PRELIM.indd ix 190 191 191 196 202 199 203 205 208 210 210 219 219 224 224 225 229 234 237 238 239 239 240 241 244 245 245 246 247 247 247 248 249 250 255 260 261 4/20/12 12:31:53 PM .3 Normalización de volúmenes Ley de Boyle Ley de Charles Ley de Gay-Lussac Ley general de los gases 6.1 Estequiometría Leyes fundamentales 6. pues nos lo hacemos a nosotros mismos.indd 2 Química: una ciencia interdisciplinaria La química en la industria La protección de la capa de ozono Materia Características de los elementos. En este conocimiento contribuye enormemente la química.3 Manos a la obra Lectura Actividades 01-RECIO_QUIMICA_INORG.2 Manos a la obra 1. debemos ser conscientes de lo que le hacemos.1 Manos a la obra Lectura 1. los compuestos y las mezclas Energía ¿Qué ocurre cuando una vela se quema? Compuestos químicos naturales contra productos sintéticos Lo que aprendí 4/20/12 12:24:53 PM . ya que al estar conectados con la naturaleza. Contenido ¿Cuánto sabes? 1.Unidad 1 Objeto de estudio de la química Es indispensable conocer el mundo que nos rodea. la energía y su interrelación. de manera crítica y cooperativa.indd 3 4/20/12 12:25:00 PM . mediante el reconocimiento de problemáticas de la sociedad actual que involucren el uso de las propiedades de la materia. el objeto de estudio de la química y su relación con otras ciencias.Objetivo de la unidad El estudiante identificará. 01-RECIO_QUIMICA_INORG. 01-RECIO_QUIMICA_INORG. 4/20/12 12:25:07 PM . 3. el líquido elemento”? ¿Por qué? 7. luego. La organización de los conocimientos así logrados se llama teoría. se pr opone una hipótesis. Estas ciencias r eciben el nombre de ciencias naturales y son principalmente: biología.1). así como la clasificación básica de ésta y la relación entre materia y energía. Conjunto de métodos y técnicas para adquirir y organizar conocimientos sobre un cúmulo de fenómenos objetivos. ¿Cuál es el concepto de energía? 8. el uso de aparatos o de las matemáticas y que conducen a la verdad relativa. una ciencia natural. en qué forma satisface nuestras necesidades. La química es. El primer paso de este método es la observación. En esta unidad aprenderemos cómo se relaciona la química con otras ciencias. ¿Qué entiendes por materia? 4. Una teoría es una explicación basada en muchas obser vaciones y apoyada por los r esultados de muchos experimentos (figura 1.4 ¿Cuánto sabes? 1. física. Podemos definir a la ciencia como un conjunto sistematizado de conocimientos ordenados lógicamente. pues. las propiedades mediante las cuales se pueden identificar los tipos de materia. que se refieren a hechos relacionados entre sí. ¿Cuáles ciencias se relacionan para dar lugar a la bioquímica? 6. ¿Qué entiendes por energía limpia? Introducción La palabra y su raíz ciencia Scientia (latín) conocimiento. que consiste en recolectar información acerca de un problema mediante la utilización de los sentidos. Los conocimientos que conforman una ciencia se logran mediante un pr oceso llamado método científico. Escribe tres ejemplos de cómo influye la química en tu vida diaria. este tercer paso consiste en repetir lo observado. La hipótesis constituye el segundo paso y para saber si es correcta se debe probar mediante la experimentación. estos hechos que obser vamos alrededor no se dan aislados y constituy en un campo de estudio de ciencias que se r elacionan entre sí. que se pueden comprobar mediante la experimentación. ¿Cuáles son los estados de agregación molecular de la materia? 5. Los científicos aceptan las hipótesis que han sido comprobadas mediante experimentos y rechazan aquellas cuya comprobación experimental es insostenible. química y astronomía. ¿Qué entiendes por química? 2. ¿Es correcta la expresión “el agua. que es una posible explicación de lo observado. Una ley científica es un hecho de la naturaleza que se observa con tanta frecuencia que se acepta como verdad.indd 4 El conjunto de todos los seres y hechos que nos rodean forman lo que se llama naturaleza. ¿por qué no puedes usar la primera para endulzar una bebida o tomar una cucharada de azúcar para el dolor de cabeza? La lista de preguntas es interminable. y apr enderás que el uso de las sustancias químicas pr oporciona grandes beneficios a la humanidad. ¿cómo afecta a la naturaleza? ¿Por qué ya no deben utilizarse compuestos de plomo en las gasolinas y cuál es el efecto de este metal tanto en vegetales como en animales? ¿Qué es y de dónde proviene el material con que se fabrican algunos platos “irrompibles” y otros enseres de cocina? ¿C uál es la utilidad de algunos disolv entes y por qué debe controlarse su venta? ¿Por qué algunas prendas de vestir. Cada hipótesis debe comprobarse a través de un sinnúmero de experimentos. 01-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 5 La palabra y su raíz química Κηεμεια (griego) relativo a los jugos o esencia de las cosas. sin embargo. su estructura.¿Por qué estudiar química? Observación Observación 55 Observación Hipótesis Experimento Experimento Experimento Teoría Tiempo y más experimentos Teoría revisada Revisión de hipótesis Tantas veces como sea necesario Figura 1. Al estudiar química comprenderás el mundo que te r odea. esta ciencia estará presente en tu vida diaria. formada de la unión de estos elementos es una sustancia indispensable para nuestro organismo? El carbono. alguna vez te has preguntado: ¿de qué material es el envase de un refresco y de dónde proviene? Al desecharlo. La hipótesis que se apoya en muchos experimentos se convierte en una teoría. Por ejemplo. la cual explica un hecho o fenómeno natural. 4/20/12 12:25:07 PM . Si los resultados experimentales no son acordes con la hipótesis.1 Los métodos de la ciencia Los científicos realizan una serie de observaciones que los llevan a varias hipótesis. molecular y macromolecular. el hidrógeno y el oxígeno forman la aspirina y el azúcar de mesa. así como los riesgos que conlleva. nuevas observaciones conducirán a otras hipótesis. ¿por qué la sal de cocina. propiedades y transformación a nivel atómico. al contacto con el fuego se “funden” y otras se “queman”? ¿Por qué no se descomponen los alimentos que se guardan en envases cerrados herméticamente? ¿P or qué es benéfico para la agricultura el uso de insecticidas y fer tilizantes y cuál es el riesgo cuando se aplican de forma indiscriminada? E l sodio y el clor o son elementos tó xicos. Ciencia natural que estudia la materia. ¿Por qué estudiar química? Aunque en tu futuro profesional no consideres a la química como algo fundamental. debido a que lo que nos rodea está constituido de materia. • Química orgánica Estudia los compuestos del carbono. De acuerdo con lo anterior. por tanto.1 Química: una ciencia interdisciplinaria Mapa conceptual 1.1 Química estudia la se divide en Química general Materia su Composición que satisface necesidades de se relaciona con Alimentación Matemáticas Vestido Biología Habitación Física Salud Astronomía Transporte Geología y sus Cambios Química inorgánica provocados por Energía Química orgánica Química analítica Definición de química La química es la ciencia que estudia la materia. sus cambios. Se llama orgánica ya que todos los compuestos orgánicos contienen en sus moléculas átomos de carbono. encontraremos que la química tiene una estrecha relación con cualquier ciencia en particular. No hay otra rama de la ciencia que tenga un campo de estudio tan amplio como la química.indd 6 4/20/12 12:25:07 PM . Se relaciona estrechamente con la física. las que comúnmente son: • Química general Esta rama trata de los principios básicos que se refieren a la estructura íntima de los cuerpos y sus propiedades. 01-RECIO_QUIMICA_INORG. N o estudia los componentes del carbono a ex cepción de los compuestos oxigenados de este elemento. Esta razón y otras de carácter didáctico determinan que la química se divida en varias ramas. su estr uctura íntima. División de la química Como se indicó anteriormente. resulta imposible que alguien posea todos los conocimientos que constituyen esta ciencia.6 Unidad 1 Objeto de estudio de la química 1. resulta que el universo es objeto de estudio de esta ciencia. sus relaciones con la energía. • Química inorgánica Su campo de estudio se r efiere a las sustancias que forman el reino mineral. el campo de estudio de la química es muy amplio y. admitimos que la química estudia cómo está formada la materia y sus transformaciones. ahora bien. y al analizar el campo de estudio de otras ramas del saber. las leyes que rigen esos cambios y esas relaciones. hay muchas otras ciencias que tienen que v er con la química. como la termoquímica. Además. así como las hipótesis y teorías que se emplean para explicarlas. etcétera Biología Bioquímica Física Físicoquímica Efectos de la energía sobre la materia. crecimiento. Transformaciones químicas que ocurren en los seres vivos: digestión. en las diferentes eras geológicas Astronomía Astroquímica Estructuras y constitución de los astros Química Figura 1.2 Relación de la química con otras ciencias. Estudio del átomo Geología Geoquímica Cambios químicos ocurridos en las rocas. Hay otros campos más concretos de aplicación de la química. una ayuda poder osa para nuestro sustento ha sido la fabricación de abonos ar tificiales y productos químicos que incrementan la cantidad y calidad de los alimentos. en general.indd 7 4/20/12 12:25:07 PM . para interpretar sus leyes. la cinética química. la agricultura. Importancia y campo de acción de la química Gracias a la aplicación científica de la química se han obtenido millares de sustancias que el hombre ha creado para su bienestar. como la medicina. efectuar cálculos y. por ejemplo. tanto en su calidad (análisis cualitativ o) como en su cantidad (análisis cuantitativo).2.1. como se especifica en la figura 1. debido a que el lenguaje matemático es empleado para r epresentar las ecuaciones químicas. etcétera. • Bioquímica Su campo se refiere a los procesos químicos que ocurren en los seres vivos. así como su conservación y 01-RECIO_QUIMICA_INORG. la oceanografía. la ingeniería y las matemáticas. esta última. la electroquímica.1 Química: una ciencia interdisciplinaria 77 • Química analítica Comprende los métodos de reconocimiento y determinación de los constituyentes de los compuestos. Relación con otras ciencias La relación de la química con otras ciencias da origen a ciencias intermedias que le sirven de enlace. • Fisicoquímica Comprende las leyes básicas de la química. como las vitaminas y hormonas. quinina. Asimismo.indd 8 4/20/12 12:25:07 PM . penicilina. casi han sido desplazadas. d ) salud y e) transporte. anestésicos y desin- Investiga Agrícola Papelera Alimentaria Metalúrgica Electrónica Industria del vidrio Textil Petroquímica Escribe ejemplos de productos que satisfagan tus necesidades de: a) alimentación. sulfamidas. c) habitación. Figura 1. también contribuye a nuestro vestido al proporcionar fibras artificiales que sustituyen la demanda de fibras vegetales y animales que.8 Unidad 1 Objeto de estudio de la química utilización. 01-RECIO_QUIMICA_INORG. b) vestido. favorece nuestra salud al suministrar dr ogas y medicamentos que. como el algodón y la seda.3 La química está presente en la gran mayoría de las industrias. textil.3).indd 9 _______________________________________ 4/20/12 12:25:13 PM . por último.1. salvan y pr olongan la vida humana al combatir y alejar la enfermedad. hace más fácil y agradable la vida. j) Botellas: ________________________________ a) Cartón: _________________________________ k) Sustancias para teñir telas: ____________________ _______________________________________ _______________________________________ b) Oro químicamente puro: _____________________ l ) Parabrisas: _______________________________ _______________________________________ _______________________________________ c) Computadoras: ____________________________ m) Calculadoras: _____________________________ _______________________________________ _______________________________________ d) Fibra óptica: ______________________________ n) Acero: __________________________________ _______________________________________ _______________________________________ e) Aspirina: ________________________________ ñ) Leche condensada: _________________________ _______________________________________ _______________________________________ f ) Fertilizantes: ______________________________ o) Celofán: _________________________________ _______________________________________ _______________________________________ g) Poliéster: ________________________________ p) Alimentos balanceados: ______________________ _______________________________________ _______________________________________ h) Lubricantes: ______________________________ q) Vacunas: ________________________________ _______________________________________ _______________________________________ i ) Fibra de algodón para prendas de vestir: __________ r) Mercurio para termómetros: ___________________ _______________________________________ _______________________________________ 01-RECIO_QUIMICA_INORG. farmacéutica. al facilitarnos materiales de construcción. de los alimentos. comunicación.1 Química: una ciencia interdisciplinaria 99 fectantes. La química es la base de casi 100% de industrias como la agrícola y ganadera. Manos a la obra La química en la industria En la siguiente lista de productos escribe el nombre de la industria que los produce (en algunos casos puedes mencionar más de una industria). aliviar el dolor y los sufrimientos de los infortunados y. metalúrgica. transporte y la fabricación de gran número de productos que utilizamos diariamente. petroquímica y muchas otras más (figura 1. el vidrio. electr ónica. del papel. al acumularse en los tejidos grasos es fatal para diversas clases de aves y peces y resulta altamente tóxico para el ser humano. Es un compuesto muy estable que dura por lo menos ocho años en el ambiente. y forma una capa en la atmósfera terrestre. DDT. Se han celebrado acuer dos internacionales para eliminar por completo su empleo. lacas. la química existe en nuestr o entorno y juega un papel preponderante en nuestra calidad de vida. dañinos para la vida.indd 10 clorofluorocarbonos Con el nombre de freón se conoce a los compuestos gaseosos de metanos y etanos que contienen flúor y cloro. Como puedes apreciar. un gas formado por moléculas que contienen tres átomos de oxígeno (O3). en lugar de dos (O2). el tifo y el dengue. dicloro-difenil-tricloroetano El ddt es un famoso y potente plaguicida que se utiliz ó para combatir plagas agrícolas y domésticas durante los años sesenta y a principios de los setenta del siglo pasado. ¿Sabías que. A continuación mencionamos algunos ejemplos.10 Unidad 1 Objeto de estudio de la química Figura 1. el uso indiscriminado de clorofluorocarbonos ha provocado el rompimiento de la capa de ozono. No obstante. en ocasiones hay imprevistos que nos pueden perjudicar. ya que forma una capa pr otectora que existe en la atmósfera alta y que absorbe la may or parte de la radiación ultravioleta (uv) pr oveniente del Sol. En la ilustración se muestra el “agujero” en la capa de ozono situado sobre la Antártida. CFCs.. A la fecha su utilización está rigurosamente controlada.5 El ozono (O3) es un alótropo del oxígeno que constituye una barrera contra los rayos . y se restringe al combate de insectos que producen enfermedades al hombre como el paludismo.4 El fue un insecticida muy utilizado en los años sesenta del siglo pasado. son los clorofluorocarbonos (cfcs). lo cual pone en riesgo la vida del planeta. no obstante. Como podrás apr eciar. etcétera. fue prohibido a partir de 1972 por su gran potencial contaminante. Sin embargo. Como ejemplo podemos citar perfumes. insecticidas. a últimas fechas se ha sabido que son peligrosos porque destruyen las moléculas de ozono. 01-RECIO_QUIMICA_INORG. son relativamente útiles. sin embargo.. Sin embargo.? El uso del se prohibió desde 1972. los cuales se han empleado para impulsar sustancias que se encuentran en latas que producen aerosoles con sólo apretar una pequeña válvula. Los clor ofluorocarbonos se licuan fácilmente y por ello también se emplean en r efrigeradores y sistemas de aire acondicionado. compuesto indispensable para la vida. 4/20/12 12:25:13 PM . por ello. aromatizantes de ambiente. se r ealizan experimentos para sustituirlos por otros insecticidas menos tóxicos. es decir. Figura 1. es decir. Materia Lectura 11 11 La protección de la capa de ozono Los clorofluorocarbonos (s) son compuestos que contienen átomos de cloro y de flúor unidos al carbono. para uso en refrigeradores domésticos. no dañan la capa de ozono. 1. Estos compuestos se fugan a la atmósfera. La solución a este problema consiste en dejar de utilizar los clorofluorocarbonos. Para evitar este problema. sucede que la gran estabilidad química de estas sustancias. México. que es el responsable de la destrucción de la capa de ozono. 01-RECIO_QUIMICA_INORG. la industria estadounidense de aparatos ha cambiado del freón12 (CF2Cl2). La destrucción de la capa de oz ono es extremadamente peligrosa. Fundamentos de química.indd 11 4/20/12 12:25:15 PM . inferir en el pr oceso de fotosíntesis de las plantas y afectar el crecimiento del fitoplancton oceánico. Por ejemplo. y al ser tan poco reactivos. al compuesto CH2FCH3 (llamado HFC-134a). La industria química de varios países ha respondido rápidamente a la emergencia que plantea el agotamiento de la capa de ozono.2 Materia Concepto de materia En el mundo físico que nos r odea sólo hay materia que se manifiesta en forma de masa o de energía y éstas se encuentran íntimamente r elacionadas. ed. 1.2. Adaptada de Steven Zumdahl. Hasta el momento la búsqueda de tales sustitutos está muy avanzada. ya que la vida terrestre se expone a un exceso de dicha radiación. 486. McGraw-Hill Interamericana Editores. Sin embargo. Ahora necesitamos mejorar el aspecto de mantener el entorno como una de las principales prioridades conforme planeamos para el futuro.. remediar esta situación implica encontrar sustitutos para los s. reducir la respuesta del sistema inmunitario. Resulta alentador que podamos actuar así cuando se presenta una crisis ambiental. Pero. lo que libera átomos de cloro que provocan la destrucción de la capa de ozono en la estratosfera. das firmaron un acuerdo (llamado Protocolo de Montreal) que prohíbe el uso de a partir de 1996. no contienen cloro. Mientras tanto. flúor y carbono para utilizarlos como refrigerantes. persisten ahí durante décadas.1. que con anterioridad se creyó constituía su principal virtud. la cual puede producir cáncer de la piel. que además de ser más eficientes. 2007. los se descomponen por efecto de la luz ultravioleta. a cierta altitud. es su característica más grave. 5a. una estrategia para el reemplazo de los s es cambiar a compuestos similares que contienen átomos de carbono e hidrógeno sustituidos por átomos de cloro. son ideales para los refrigeradores y acondicionadores de aire por ser no tóxicos y no corrosivos.13 millones de toneladas métricas.6 La mayoría de los refrigeradores actuales ya usan sustancias alternas a los . ¿qué es la materia? Resulta difícil dar una definición de materia mediante términos corrientes. p. La producción mundial de s ya se ha reducido a la mitad con respecto al nivel de 1986. y la mayoría de los nuevos automóviles y camiones que se venden en Estados Unidos cuentan con acondicionadores de aire cargados con HCF-134a. cataratas. Sin embargo. las naciones industrializaFigura 1. En la actualidad se pr oducen compuestos que contienen hidr ógeno. Sin embargo. ocupa un espacio. pero toda ella tiene la misma estr uctura química: está formada por átomos y moléculas. la cual establece que el calor y el mo vimiento están relacionados con el comportamiento de las moléculas y explica las propiedades de los estados de la materia. La materia se pr esenta en forma muy diversa.12 Unidad 1 Objeto de estudio de la química Mapa conceptual 1. fusión y solubilidad de las sustancias. materia es todo aquello que constituye a los cuerpos. La materia se presenta en tres estados de agregación molecular: gaseosa. • Las moléculas interactúan entre sí. condensación. 01-RECIO_QUIMICA_INORG. Fue hasta fines del siglo xix que se propuso la teoría cinética molecular. líquida y sólida. es la base del universo.indd 12 4/20/12 12:25:16 PM . interviniendo fuerzas de atracción (cohesión) y separación (repulsión) entre ellas. Durante muchos años el hombre trató de explicarse las diferencias entre estos tres estados.2 Materia puede ser tiene se presenta en estados como Propiedades Homogénea Heterogénea Gaseosa que son son las son las está formada por Generales Mezclas heterogéneas Específicas se clasifican en Átomos que forman se separan por se clasifican en Moléculas Físicas Mezclas homogéneas Sustancias Disoluciones Químicas Líquida Sólida Cristales líquidos Materiales amorfos Destilación Plasmas Decantación Elementos Compuestos Métodos físicos Filtración Centrifugación de se separan por Evaporación Métodos químicos Para nosotros. • Las moléculas se encuentran en constante movimiento produciendo energía cinética que determina la temperatura del cuerpo. Los postulados de la teoría cinética son: • La materia está constituida por pequeñas partículas llamadas moléculas. tiene masa y energía. así como los fenómenos de evaporación. Por lo anterior. las fuerzas de cohesión y r epulsión se encuentran equilibradas. las colisiones entre las moléculas y las paredes del recipiente son perfectamente elásticas (no pierden energía). Entonces.2 Materia 13 13 En los gases La distancia entre las moléculas es muy grande y las fuer zas intermoleculares son despreciables. al mezclarlos lo hacen de una manera uniforme. • Volumen Presentan volumen fijo sin impor tar la forma del r ecipiente que los contiene. De la misma forma. • Compresibilidad Se comprimen ligeramente cuando ocurr e algún cambio de temperatura o presión. • Miscibilidad Un líquido se mezcla con otro en el cual es soluble.7 Modelo del movimiento de una partícula de gas Un disco de hockey viaja en línea recta hasta que choca con el borde de la cancha. En los líquidos La distancia entre las moléculas es pequeña y éstas cambian de lugar ordenadamente sin ocupar posiciones definidas. los líquidos presentan las siguientes características: • Expansión limitada No se expanden indefinidamente como los gases. en línea recta. de 102 a 103 m por segundo. es decir .indd 13 4/20/12 12:25:16 PM . Figura 1. mientras que la partícula de gas se mueve a una velocidad mucho mayor. • Baja densidad Las densidades son inferiores a las de líquidos y sólidos. • Forma No tienen forma definida. rebota en línea recta. Además. adquieren la forma del recipiente que los contiene. Por lo anterior. • Forma y volumen Indefinidos. • Alta densidad Su densidad es mucho mayor que la de los gases. La velocidad del disco de hockey es de alrededor de 1 m por segundo. esto es. pero en una nueva dirección. • Miscibilidad Si dos o más gases no reaccionan entre sí. • Compresibilidad Se pueden comprimir. disminuyen su volumen al aplicárseles una fuerza. 01-RECIO_QUIMICA_INORG. una partícula de gas se mueve a través del espacio del recipiente que lo contiene.1. los gases presentan las siguientes características: • Expansión Llenan todo el espacio donde se encuentran. Por tanto. c) En un sólido las partículas se atraen fuertemente. b) Cuando se hace girar el recipiente. Compresibilidad Los sólidos no se pueden comprimir. El volumen que ocupan no puede reducirse. el movimiento de las moléculas consiste en la vibración en torno a puntos fijos. Están apiñadas pero todavía se pueden mover.9 Cambios de estado a) En un gas las moléculas se mueven libremente a gran velocidad.indd 14 Solidificación Fusión b) Líquido c) Sólido 4/20/12 12:25:16 PM . Forma Tienen forma definida. Los sólidos presentan las siguientes características: • • • • • • Expansión No se expanden cuando la temperatura varía. Las fuerzas que predominan entre ellas es la de cohesión. b) En un líquido las moléculas se atraen fuertemente unas con otras.14 Unidad 1 Objeto de estudio de la química Figura 1. Alta densidad Miscibilidad Se mezclan con gran lentitud de tal forma que no lo podemos apreciar. a) Gas Ev ión ap ac or m ac bli ión Su po sic ión Co nd en sa ció n De Figura 1. 01-RECIO_QUIMICA_INORG. b) c) a) En los sólidos Las moléculas se encuentran más cercanas entre sí.8 Modelo de líquidos a) Las canicas se esparcen hasta llenar el fondo del recipiente. Vibran alrededor de sus ejes. las canicas magnetizadas fluyen por la mesa. las canicas se mueven en forma circular. Volumen Su volumen es definido. Su atracción mutua es muy débil. c) Cuando el recipiente se vuelca. A veces son como sólidos o como gases. Estas formas de la materia son cristales líquidos. materiales amorfos y plasmas. cuando algunos materiales. pierden su organización rígida sólo en una o dos dimensiones. este ordenamiento se mantiene. Cristales líquidos Cuando un sólido se funde. Actualmente se usan pantallas de cristales líquidos (l cd. líquido o gas. Aquí se muestra la red cristalina del sulfuro de plomo (II). 01-RECIO_QUIMICA_INORG. Por ejemplo.indd 15 4/20/12 12:25:17 PM . Otras formas de la materia En ocasiones la materia pr esenta algunas formas que no pueden describirse como sólido. a) b) Figura 1. b) En otros cristales líquidos. Cuando la sustancia se funde.2 Materia S Pb Galena PbS 15 15 Figura 1. se funden. las líneas paralelas de las moléculas están ordenadas en capas. las moléculas están ordenadas en líneas paralelas. Las fuer zas interpartículas de un cristal líquido son débiles y su ordenamiento se rompe con facilidad. el cristal líquido que se muestra en la figura 1. Cuando se rompe la red. calculadoras y computadoras portátiles.11. termómetros. las capas permanecen en su lugar. Cuando estas sustancias se funden.10 Redes cristalinas Las redes cristalinas se repiten a través de todo el sólido. se desintegran sus r edes cristalinas y sus par tículas pierden su patrón tridimensional. llamados cristales líquidos. en otras se comportan como un líquido. el cristal puede fluir como un líquido . que se encuentra en el mineral galena.1. Sin embargo. tiene moléculas en forma de bastones.11 Estructura de los cristales líquidos a) En algunos cristales líquidos. por sus siglas en inglés) en relojes. porque los cristales líquidos cambian de color a temperaturas específicas. 16 Unidad 1 Objeto de estudio de la química La palabra y su raíz amorfo A (griego) negación y morfo forma. Que no tiene forma. Materiales amorfos Un material amorfo tiene una red cristalina fortuita, desarticulada e incompleta. Las ceras, la mantequilla y el algodón de dulce son ejemplos comunes de materiales amorfos. Pese a que estos materiales tienen forma y v olumen fijos, no se clasifican como sólidos, sino como materiales amorfos. En la figura 1.12 se compara la estructura de un sólido con un material amorfo. a) b) Figura 1.12 Un sólido se convierte en un material amorfo a) El dióxido de silicio cristalino, SiO2, tiene una estructura regular de panal. b) Si se funde y luego se enfría rápidamente, el dióxido de silicio pierde su regularidad y se convierte en un material amorfo. Si O Plasmas La forma más común de la materia en el univ erso, pero menos común en la Tierra, es el plasma. El Sol y otras estrellas están formados por plasma, y puede encontrarse también en las luces fluorescentes (figura 1.13). Un plasma es un gas ionizado que conduce corriente eléctrica pero, igual que un alambre conductor común, es eléctricamente neutro porque contiene el mismo número de electrones libres que de iones positivos. El plasma se forma a temperatura muy elevada, cuando la materia absorbe energía y se separa formando iones positiv os y electrones o, en algunas ocasiones, núcleos atómicos y electrones libres. En las estrellas, la energía que ioniza los gases se produce como consecuencia de reacciones de fusión nuclear. ¿Sabías que...? El oxígeno es el elemento más abundante en la corteza terrestre, pero en el Universo es el hidrógeno. Átomo de argón gaseoso Átomo de mercurio gaseoso Electrodo Recubrimiento de fósforo cristalino Figura 1.13 Foco de luz fluorescente Cuando una pequeña corriente eléctrica calienta el electrodo, algunos electrones de éste adquieren suficiente energía para abandonar la superficie y chocar con moléculas del argón gaseoso, que se ioniza. A medida que se liberan más electrones, también se ionizan algunos átomos de mercurio, con lo cual se forma el plasma. Los electrones y los iones mercurio chocan con los átomos de mercurio y sus electrones, excitados, adquieren mayores niveles energéticos. Cuando los electrones excitados regresan a niveles energéticos inferiores, liberan energía en forma de luz ultravioleta invisible. El recubrimiento de los focos fluorescentes absorbe la luz ultravioleta y genera radiación de luz visible. 01-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 16 4/20/12 12:25:17 PM 1.2 Materia 17 17 Propiedades de la materia Cuando un trascabo sube por el terr eno para vaciar su carga, podrías pr eguntarte: “¿Qué es todo ese material?” A pesar de que sabes que todo eso son desper dicios de la vida moderna como papel, vidrio, metal, plástico y más; aún persiste la pregunta: “¿Qué es esto?” Los químicos quieren saber qué es cada porción de materia. ¿De qué está formada (composición)? ¿Cómo están distribuidos sus átomos (estructura)? ¿Qué hará el material ( comportamiento)? Cualquier característica que se pueda usar para describir o identificar un pedaz o de materia es una pr opiedad de ésta. D e hecho, cada sustancia tiene un conjunto de propiedades particulares, del mismo modo que una persona tiene huellas digitales únicas. S i conoces las huellas digitales de una sustancia, la puedes identificar. Aunque se ha indicado una definición de materia, la mejor forma de reconocerla y describirla es mediante sus propiedades. Las propiedades de la materia son las características que la identifican; es decir, las diversas formas como son percibidas por nuestros sentidos, por ejemplo, color, olor, densidad, estado de agr egación molecular, punto de fusión, punto de ebullición, etcétera. Propiedades generales Las propiedades generales son aquellas características que posee la materia en general, sin importar su estado de agregación molecular. Son propiedades generales: • Extensión o volumen La materia ocupa un lugar en el espacio. En el vacío no hay materia. • Peso Es atraída por fuerzas gravitatorias. • Inercia Se opone a cambiar el estado de mo vimiento rectilíneo uniforme o de reposo en que se encuentre. • Impenetrabilidad Dos cuerpos no pueden ocupar al mismo tiempo el mismo lugar. • Porosidad Entre las partículas que forman la materia existen espacios huecos. • Divisibilidad La materia puede fragmentarse. • Elasticidad Dentro de cierto límite, la materia se deforma cuando se le aplica una fuerza y recupera su forma original al dejar de aplicarle dicha fuerza. Investiga Tu peso es de 55 kg en la Tierra. Investiga si en la Luna pesarías lo mismo. Encuentra la diferencia entre peso y masa. Propiedades específicas Como ya se indicó, las anterior es características las posee todo tipo de materia, per o ésta se encuentra formada por infinidad de sustancias que distinguimos debido a que presentan características particulares llamadas propiedades específicas, como son: color, olor, sabor, solubilidad, densidad, punto de fusión, punto de ebullición, peso específico, etcétera. Por ejemplo, no podríamos difer enciar la sal del azúcar por su color , pero sí las distinguimos por su sabor; el agua se difer encia del alcohol por su olor; el plomo del aluminio, por su densidad; la sal del azufr e, por su solubilidad en agua, etcétera. Podemos clasificar a las propiedades en físicas y químicas. Propiedades físicas Son propiedades físicas aquellas características que pr esenta la materia sin alterar su estructura íntima, es decir , sin transformarse en otras sustancias distintas. Como 01-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 17 4/20/12 12:25:18 PM 18 Unidad 1 Objeto de estudio de la química propiedades físicas podríamos mencionar los cambios de estado, el color , el olor, el sabor, la dureza (propiedades organolépticas); el punto de fusión, el punto de ebullición, la densidad, el peso específico (constantes físicas); la maleabilidad, la ductilidad, la solubilidad, etcétera. Propiedades químicas Las propiedades químicas son aquellas que presenta la materia al transformarse de una sustancia a otras diferentes, alterando su estructura íntima. Como propiedades químicas podríamos mencionar la combustibilidad, la comburencia, la mayor o menor facilidad con que una sustancia se transforma en otra u otras diferentes, o se combina con otras, etcétera. Clasificación y composición de la materia Ahora bien, para estudiar la materia es necesario un ordenamiento sistemático de la misma. La figura 1.14 indica la clasificación básica de la materia en términos de heterogénea y homogénea. Figura 1.14 Clasificación básica de la materia. Materia Homogénea Sustancias Elementos La palabra y su raíz heterogénea Hetero (griego) diferente, otro; genes (griego) origen, fuente. Una mezcla heterogénea es distinta en diferentes puntos. homogénea Homo (griego) lo mismo, semejante; genes (griego) origen, fuente. Una mezcla homogénea siempre es la misma en todas partes. 01-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 18 Heterogénea Mezclas homogéneas Mezclas heterogéneas Soluciones Compuestos Materia homogénea y heterogénea La materia es heterogénea cuando podemos detectar en ella fácilmente, con la ayuda de una lupa o microscopio, dos o más par tes que la forman, cada una de las cuales tiene propiedades distintas. Como ejemplo de materia heter ogénea podemos mencionar la madera y el granito: en la primera, distinguimos anillos o vetas de diferente color y dureza, lo que hace suponer que se trata de div ersas clases de materia; en el granito pueden apreciarse partículas de distinto aspecto, unas brillantes y oscuras que son de mica, otras duras y transparentes que son de cuarzo y algunas traslúcidas y grisáceas que son de feldespato. La materia es homogénea cuando no podemos distinguir en ella las par tes que la forman; por ejemplo, agua salada, acero, aluminio, sal de cocina, cobre, cal, etcétera. 4/20/12 12:25:18 PM 1.2 Materia 19 19 Sustancias Las sustancias son aquellas clases de materia homogénea que tienen composición definida e invariable y que presentan las mismas propiedades en todas sus partes. Son sustancias, por ejemplo, el hierro, el agua, la sal, la plata, la cal, pero no el agua salada, ya que esta última está formada por sustancias que poseen características diferentes (agua y sal) que pueden separarse por medios mecánicos. Elementos Por elemento entendemos una sustancia simple, elemental, que puede descomponerse en otras más sencillas mediante procedimientos químicos ordinarios. Son elementos el hierro, el aluminio, la plata, el cobre, el carbono, el oxígeno, etcétera. (En la actualidad se conocen 114 elementos.) En la figura 1.15 podemos apreciar la abundancia relativa aproximada de los elementos en la corteza terrestre y en el cuerpo humano. Elemento Oxígeno Carbono Hidrógeno Nitrógeno Calcio Fósforo Azufre Otros Elemento Composición (%) Oxígeno Silicio Aluminio Hierro Magnesio Calcio Potasio Sodio Hidrógeno Otros 46.0 28.0 8.0 6.0 4.0 2.4 2.3 2.1 0.9 0.3 Composición (%) 65.0 18.5 9.5 3.3 1.5 1.0 0.3 0.9 Figura 1.15 Composición del cuerpo humano y de la corteza terrestre La composición del cuerpo humano es muy distinta a la de la corteza terrestre. Los números representan los porcentajes en masa de cada componente. Los elementos oxígeno e hidrógeno se encuentran en la corteza y en el cuerpo humano, pero el carbono se concentra en los seres vivos. Compuestos Un compuesto es una sustancia homogénea que resulta de la unión química de dos o más elementos, por tanto, puede experimentar descomposición ulterior. Son compuestos: el agua, la sal, el ácido sulfúrico, el dióxido de carbono, el alcohol etílico, el azúcar, el benceno, el butano y cientos de miles más. A las par tes que forman un compuesto se les llama constituyentes; así, por ejemplo, los constituy entes del agua son hidrógeno y oxígeno; de la sal común (cloruro de sodio) son el sodio y el cloro; del ácido sulfúrico son el hidrógeno, el azufre y el oxígeno. 01-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 19 4/20/12 12:25:18 PM 20 Unidad 1 Objeto de estudio de la química Como características de los compuestos podríamos mencionar las siguientes: • • • • Las partes que los forman pierden sus propiedades originales. Durante su formación hay manifestaciones de energía. La proporción de los constituyentes que forman un compuesto es fija. Los constituyentes sólo se pueden separar por medios químicos. (Compara estas características con las de las mezclas que se mencionan más adelante.) Respecto de las características de que los compuestos únicamente se pueden separar por medios químicos, es posible afirmar que, por ejemplo, al separar los constituyentes del agua se obtienen dos sustancias completamente diferentes. Las otras son gaseosas; una de ellas es combustible (el hidrógeno) y la otra comburente (el oxígeno). Esto indica que el agua se ha transformado en otras sustancias cuya estructura íntima es distinta: ha ocurrido un cambio químico. Al llevarse a cabo esta operación, decimos que se ha efectuado el análisis del agua. Hasta ahora hemos establecido algunos conceptos generales, par tiendo de la clasificación de la materia y de que ésta tiene la misma estructura química: está formada por átomos y moléculas, pero ¿qué es un átomo?, ¿qué es una molécula? Cuadro 1.1 Algunos compuestos comunes. Nombre del compuesto 01-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 20 Fórmula Usos Acetaminofén C8H9NO2 Analgésico Ácido acético C2H 4O 2 Ingrediente del vinagre Amoniaco NH3 Fertilizantes, limpiadores domésticos cuando está disuelto en agua Ácido ascórbico C6H 8O 6 Vitamina C Aspartame C14H18N2O5 Edulcorante artificial Aspirina C 9H 8O 4 Analgésico Bicarbonato de sodio NaHCO3 Para cocinar Butano C 4H 10 Combustible de encendedores Cafeína C8H10N4O2 Estimulante del café, té y algunas bebidas Carbonato de calcio CaCO3 Antiácido Dióxido de carbono CO2 Para carbonatar bebidas gaseosas Etanol C 2H 6O Desinfectante, bebidas alcohólicas Etilenglicol C 2H 6O 2 Anticongelante Ácido clorhídrico HCl Llamado ácido muriático, limpia morteros para los tabiques Hidróxido de magnesio Mg(OH)2 Antiácido Metano CH4 Gas natural, combustible Ácido fosfórico H3PO4 Saborizante de bebidas Tartrato de potasio K 2C 4H 4O 6 Crema tártara, para cocinar Propano C 3H 8 Combustible para cocinar Sal NaCl Saborizante Carbonato de sodio Na2CO3 Sosa para lavar Hidróxido de sodio NaOH Limpieza de cañerías Sacarosa C12H22O11 Edulcorante Ácido sulfúrico H2SO4 Ácido de las baterías Agua H 2O Para lavar, cocinar, limpiar 4/20/12 12:25:19 PM que es un elemento. La unidad para medir las moléculas es el angström.16) la de sal por uno de sodio y otr o de cloro. y la del o xígeno por dos átomos de oxígeno. sal y oxígeno. sal y oxígeno). lo mismo las de sal. sal (cloruro de sodio) y oxígeno. las moléculas de agua están formadas por átomos de distinta clase. por ejemplo. consideremos las siguientes sustancias: agua.16 Dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno forman una molécula de agua. y el soluto la que se encuentra en menor pr oporción. entre ellas existen espacios huecos (poros) llamados espacios intermoleculares. ya que estas sustancias son compuestos. Fundamentalmente las soluciones constan de dos partes: el disolvente y el soluto. El disolvente es la parte que existe en mayor proporción. Dada la pequeñez de estas par tículas es difícil imaginar su tamaño. una molécula es la menor por ción en que la materia puede dividirse por medios físicos conservando las características de las sustancias. La aparente continuidad de la materia se debe al limitado poder separador de nuestros sentidos. En resumen. En cualquier estado de agregación molecular. representa lo que en química se llama solución y de acuer do con la figura 1. siendo las más comunes las líquidas. Moléculas Para dar respuesta a estas preguntas. Las tres están constituidas por moléculas. Para imaginar su tamaño consideremos una gota agrandada hasta el v olumen de la Tierra. lo que tendríamos sería una molécula de cada una de estas sustancias. las del agua están formadas por tres partículas más pequeñas. las de sal. de líquido en gas (niebla) y de sólido en gas (humo).14.indd 21 4/20/12 12:25:19 PM . La molécula del agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno (figura 1. considerando las moléculas de las sustancias que hemos mencionado como ejemplo (agua.2 Materia 21 21 Átomos El átomo es la partícula más pequeña en que se puede dividir la materia mediante procedimientos químicos. líquidas. Las de oxígeno. Soluciones La palabra y su raíz átomo Atoms (latín). de gas en gas (air e). Como puedes deducir. O H H H 2O Figura 1. líquidas o gaseosas. Ahora bien. si las dividimos hasta obtener la última partícula de agua. que interviene en los cambios o reacciones químicas. El ejemplo mencionado en el apartado “Sustancias” (agua salada).1. En general. Las soluciones pueden ser sólidas. Una molécula de agua es la par tícula más pequeña que sigue siendo agua. una molécula de oxígeno es la partícula más pequeña de esta sustancia que sigue siendo oxígeno. éstas no se tocan. cada molécula de agua tendría aproximadamente el tamaño de una naranja. 01-RECIO_QUIMICA_INORG. 1 Å= mm = 1×10 −10 m 10 000 000 Las dimensiones de las diferentes moléculas dependen de su clase. Unidad más pequeña en que se puede dividir la materia. una solución es una mezcla homogénea que puede tener composición v ariable. Estas partículas que forman las moléculas son los átomos. los compuestos son sustancias cuyas moléculas están formadas por dos o más tipos de átomos. su diámetr o es del orden de diez millonésimos de milímetro. Puede haber soluciones gaseosas. están formadas por átomos de la misma clase. es decir. de gas en líquido (bebidas gaseosas). y éste del griego atomos. indivisible o no divisible. por dos y las del o xígeno por dos partículas. para que la acción de la gravedad los separe (figura 1. Como característica de las mezclas podríamos mencionar las siguientes: • • • • Las partes que las forman no pierden sus propiedades originales.17). la filtración o la centrifugación. Métodos de separación de mezclas Existen varios métodos de separación de mezclas y su uso depende de las características de los componentes que las forman. y sólidas.5% Cobre (Cu) 7. Decantación En este método se deja reposar durante cierto tiempo una mezcla de componentes sólidos y líquidos. las cuales reciben el nombre de componentes. 01-RECIO_QUIMICA_INORG. ya sean homogéneas o heterogéneas. Cuadro 1.22 Unidad 1 Objeto de estudio de la química de líquido en líquido (alcohol en agua) y de sólido en líquido (sal en agua). cubiertas inoxidables Latón Hierro (Fe) 73-79% Cromo (Cr) 14-18% Níquel (Ni) 7-9% Cobre (Cu) 70-95% Zinc (Zn) 1-25% Estaño (Sn) 1-18% Cobre (Cu) 50-80% Zinc (Zn) 20-50% Plata (Ag) 92. de líquido en sólido (amalgama de plata) y de sólido en sólido (acero).5% Joyería.5% Cobre (Cu) 12. adornos Joyería Conexiones eléctricas Mezclas Hemos visto que las soluciones son mezclas homogéneas y en general podemos definir las mezclas. de gas en sólido (hidrógeno en platino). La proporción de los componentes es variable.indd 22 4/20/12 12:25:19 PM .5% Estaño (Sn) 63% Plomo (Pb) 37% Joyería Acero inoxidable Bronce Oro de 14 kilates Oro blanco de 18 kilates Soldadura (para electrónica) Esculturas. C uando se aprovecha la diferente densidad de los componentes se emplea la decantación. Nombre de la aleación Usos Composición como porcentaje en masa Utensilios de cocina. Por lo general. el material por oso se acomoda en un embudo para facilitar la separación (figura 1. Filtración Este procedimiento se basa en el empleo de material por oso que retiene las partículas sólidas. Sus componentes se pueden separar por medios físicos. cuchillos. películas Plateado. Durante su formación no hay manifestaciones de energía. como la materia que resulta de la unión aparente (no química) de dos o más sustancias. vajillas Platería Oro (Au) 58% Plata (Ag) 14-28% Cobre (Cu) 14-28% Oro (Au) 75% Plata (Ag) 12.18). mientras deja pasar el líquido en el que estas partículas estaban en suspensión.2 Algunas aleaciones comunes. Filtro Embudo Figura 1.19). Evaporación Este método se emplea para separar un sólido de un líquido. Simplemente se calienta la mez cla y al ev aporarse el componente líquido queda el sólido en el recipiente. la sublimación y la destilación. cuando se quiere recuperar el sólido. Se coloca la mezcla en recipientes que se hacen girar a gran velocidad.indd 23 4/20/12 12:25:19 PM . los componentes más densos se depositan en el fondo (figura 1.2 Materia 23 23 Aceite Agua Aceite Arena Agua Agua Figura 1.1.17 Decantación Para separar los componentes de una mezcla.19 Centrífuga eléctrica La fuerza centrífuga acelera la sedimentación de los componentes sólidos de una mezcla. Figura 1. Hay otros procedimientos en los que se aprovecha el diferente punto de ebullición de los componentes: tales pr ocedimientos son la ev aporación.18 Filtración Utiliza un material poroso para separar partículas sólidas de un líquido. se aprovecha la fuerza de gravedad. Centrifugación En ocasiones la sedimentación del sólido es muy lenta y se acelera mediante la acción de la fuerza centrífuga. 01-RECIO_QUIMICA_INORG. se aprovecha la diferencia entre sus puntos de ebullición.22.indd 24 Agua destilada Entrada de agua fría 4/20/12 12:25:20 PM . evaporando el líquido y condensándolo en un aparato especial llamado r efrigerante. En dos líquidos.21 y 1. ya que el yodo se sublima al calentarlo.22 Alambique común para la destilación del agua. es decir. éste pasa al estado gaseoso y luego se condensa.21 Destilación Mediante procesos de evaporación y condensación se separan los componentes de una mezcla.20). 01-RECIO_QUIMICA_INORG. Mediante este procedimiento se puede separar un líquido de un sólido. aprovechando sus diferentes puntos de ebullición. Destilación Este método consta de dos procesos fundamentales: evaporación (paso de líquido a vapor) y condensación (paso de vapor a líquido). llamada agua destilada. Rejilla metálica que distribuye el calor Trozos de vidrio o porcelana para impedir la ebullición violenta Receptor Entrada de agua Destilado Mechero Salida de agua fría Vapor Agua en ebullición Figura 1. Condesador Residuo Figura 1. Termómetro Desagüe Figura 1. Observa las figuras 1.20 Sublimación Al calentar el yodo. También se puede separar un líquido de otro (agua y acetona). Por este método se obtiene el agua químicamente pura. pasa directamente del estado sólido al gaseoso y se condensa en una superficie fría (figura 1.24 Unidad 1 Objeto de estudio de la química Sublimación Este procedimiento se utiliza para separar al yodo de otros materiales sólidos. Ahora tienes: azufre en polvo.indd 25 ____________________________________ 4/20/12 12:25:22 PM . es análisis cuantitativo gravimétrico. hierro en polvo. queremos separar una mezcla cuyos componentes sean sal y carbón en polv o.14). 3. ahora caliéntalo con cuidado. Escribe las características que se piden en la tabla de resultados de la página siguiente. 01-RECIO_QUIMICA_INORG. 2. La síntesis es un proceso contrario al de análisis y consiste en formar un compuesto a partir de sustancias más sencillas.1. Cuando se indica que el agua está constituida por hidr ógeno y o xígeno. los compuestos y las mezclas Materiales y sustancias • mechero • tubo de ensayo • imán • azufre en polvo (2 g) • limadura de hierro (2 g) Procedimiento 1. el análisis es cuantitativo volumétrico. se ha hecho el análisis cualitativ o de esta sustancia. Si la cantidad de los constituyentes se da en unidades de volumen. las dos últimas filas de la tabla mencionada. por cada 2 cm3 de hidrógeno existe 1 cm3 de oxígeno. son sustancias que en general se dividen en compuestos y elementos (véase figura 1. a) ¿Es soluble el azufre en bisulfuro de carbono? ____________________________________ ____________________________________ b) ¿Se disuelve el hierro en bisulfuro de carbono? ____________________________________ ____________________________________ c) Del azufre y hierro revueltos ¿qué parte es la que se disuelve en bisulfuro de carbono? ____________________________________ 4. y el líquido filtrado (agua salada) se separa por evaporación. Mezcla parte de la otra mitad del hierro y del azufre y colócalo en el tubo de ensayo. azufre y hierro revueltos. el agua y el carbón (carbono cuando es químicamente puro). y será cuantitativo gravimétrico cuando se indica que por cada gramo de hidrógeno hay ocho de oxígeno. Es cualitativo cuando sólo interesa conocer la clase de constituyentes que forman un compuesto. se le agrega agua que disolverá sólo la sal y. y sulfuro de hierro. en especial. Separación de compuestos El análisis es el procedimiento químico que permite conocer los constituy entes de un compuesto. Manos a la obra Características de los elementos. Si. S i se determina que en el agua. Revuelve la mitad del azufre en la mitad del hierro. Hemos mencionado que la sal. más tarde. por ejemplo. El análisis puede ser cualitativo o cuantitativo. Analicemos estas observaciones. y cuantitativo cuando se indica la cantidad de esos constituyentes. la mezcla se filtra para separar el carbón.2 Materia 25 25 Hay otro procedimiento que combina algunos de los ya descritos y que r ecibe el nombre de separación por solubilidad. es análisis cuantitativo volumétrico y si se da en unidades de peso. a) ¿Es atraída por el imán la sustancia que formaste? ____________________________________ i ) Del azufre y hierro revueltos ¿qué parte es la que atrae el imán? ____________________________________ ____________________________________ b) ¿Hubo desprendimiento de energía cuando ésta se formó? ____________________________________ ____________________________________ j ) ¿Perdió propiedades el hierro? ____________________________________ ____________________________________ 01-RECIO_QUIMICA_INORG. Después compara la sustancia que se formó con el sulfuro de hierro que tienes. 6.indd 26 k) ¿Es atraído el sulfuro de hierro por el imán? ____________________________________ c) ¿Conservó el hierro sus propiedades? ____________________________________ 4/20/12 12:58:30 PM . Ahora toma la mitad del azufre y hierro revueltos y colócalos en un tubo de ensayo.26 Unidad 1 Objeto de estudio de la química Azufre Hierro Azufre y hierro revueltos Sulfuro de hierro Color Olor ¿Se disuelve el bisulfuro de carbono? ¿Es atraída por el imán? d) ¿Perdió sus propiedades el azufre al revolverse con el hierro? ____________________________________ ____________________________________ e) ¿Se disuelve el sulfuro de hierro en bisulfuro de carbono? ____________________________________ ____________________________________ f ) ¿Perdió sus propiedades el hierro al formar sulfuro de carbono? ____________________________________ ____________________________________ g) ¿Es atraído el azufre por el imán? ____________________________________ h) ¿Atrae el imán al hierro? ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ l ) ¿Perdió sus propiedades el hierro al formar esta sustancia? ____________________________________ ____________________________________ 5. Acércale un imán. Aplícale calor y espera unos minutos. ¿Es la misma sustancia? ____________________________________ ____________________________________ 7. constantemente se generan cambios en ella. Entonces el hierro es ______________________ a) En el azufre y el hierro revueltos hay átomos de distinta clase. la materia no se encuentra estática.indd 27 4/20/12 12:25:22 PM . b) El hierro es una sustancia simple. Cambios químicos Los fenómenos químicos son aquellos cambios que producen alteraciones en la estructura íntima de la materia. Después de comentar con tus compañeros las siguientes características. b) El azufre y el hierro se pueden separar fácilmente por medios físicos. Ahora bien. los cambios de estado (figura 1. etcétera. Entonces el azufre es ______________________ a) El hierro está formado por átomos de la misma clase.3 Energía 8. Entonces el sulfuro de hierro es _____________ 1. c) El hierro no se puede descomponer en sustancias más sencillas. 27 27 ____________________________________ a) El sulfuro de hierro está formado por átomos de distinta clase que son átomos de hierro y átomos de azufre. escribe sobre la línea si pertenecen a un elemento. d) Al unirse el azufre con el hierro para formar sulfuro de hierro se presentan manifestaciones de energía. d) Al revolver el azufre con el hierro no hay manifestaciones de energía.3 Energía La energía y su relación con los cambios Se ha indicado que la masa y la energía están íntimamente relacionadas. y ocurren cuando una o más sustancias se transforman 01-RECIO_QUIMICA_INORG.1. a) El azufre está formado por átomos de la misma clase. b) El azufre es una sustancia simple. Entonces el azufre y el hierro revueltos son c) El azufre no se puede descomponer en sustancias más sencillas. fragmentar un trozo de madera. c) El azufre y el hierro pierden sus propiedades al formar sulfuro de hierro. es decir. Estos cambios pueden ser de orden físico o químico. Son cambios físicos doblar un alambre. c) El azufre y el hierro al revolverse no pierden sus propiedades.9). a un compuesto o a una mezcla. b) El azufre y el hierro no se pueden separar por medios físicos cuando forman el sulfuro de hierro. sin que haya transformación de sustancias. Cambios físicos Son fenómenos físicos aquellos cambios que sufre la materia sin alterar su estructura íntima. la que en nuestr os hogares puede transformarse en calor. En estos cambios. apar ecen las manifestaciones de energía que conocemos (calor. un martillo que se encuentra a cier ta altura. la oxidación del hierro. las que poseen Ep en reserva (energía química) que al reaccionar produce luz y calor. podemos indicar que toda la materia posee energía en estado potencial a la que se llama energía química. energía nuclear. como el carbón o los derivados del petróleo. por lo que no es posible concebirla separada de la masa.28 Unidad 1 Objeto de estudio de la química Mapa conceptual 1. U sualmente definimos a la energía como la capacidad para efectuar un trabajo. es la energía disponible para efectuar un trabajo en un momento dado. En química denominamos a estos cambios reacciones químicas. Son cambios químicos la combustión.3 Energía existe en forma provoca Cambios sus manifestaciones son Potencial y Cinética Energía química Energía calorífica Energía nuclear Energía luminosa Energía mecánica Energía eléctrica Energía magnética Energía sonora Físicos que son Químicos Nucleares en otra u otras diferentes. la que se manifiesta cuando las sustancias reaccionan. Podemos mencionar también el sistema de sustancias que forman un cerillo. ¿Sabías que. Tiene energía potencial desde el punto de vista físico. energía química. etcétera. el agriado de la leche. etcétera. sonido. etcétera). y la energía termoeléctrica por la combustión del material fósil. electricidad. Cuando ocurre la transformación de energía potencial a cinética.. Energía cinética Es la que tienen los cuerpos en virtud de encontrarse en movimiento.? La energía hidroeléctrica se origina por el movimiento del agua. luz. el agua almacenada en una presa (Ep) al poner en movimiento (Ec) a una planta hidr oeléctrica produce electricidad. 01-RECIO_QUIMICA_INORG. Energía potencial Es aquella que se encuentra almacenada en un cuerpo en virtud de su posición con r especto a otros cuerpos. un resorte de acero. sonido.indd 28 4/20/12 12:25:22 PM . ya sean físicos o químicos.. y desde el punto de vista químico. La energía mecánica sólo puede existir en dos formas: potencial y cinética. La energía cinética depende de dos factores: la masa y la velocidad. está pr esente la energía. Por ejemplo. el agua almacenada en una pr esa. etcétera. luz. La unidad que se emplea para medir el calor es la caloría.23 Una reacción exotérmica La energía liberada durante una explosión de nitroglicerina rompe y mueve las rocas. E n el Sistema Internacional de Unidades (si) la unidad deriv ada de energía es el joule (J). La caloría corresponde al sistema métrico de unidades. es la cantidad de calor que se requiere para elevar un grado Celsius la temperatura de un gramo de sustancia. 1 cal = 4.184 J El calor específico (Ce).88 Hierro 0. 01-RECIO_QUIMICA_INORG. propiedad específica de la materia. Una caloría es la cantidad de calor necesario para elev ar 1°C la temperatura de un gramo de agua.13 4/20/12 12:25:23 PM .3 Energía 29 29 Figura 1. La compleja molécula de nitroglicerina es transformada en cuatro productos gaseosos: dióxido de carbono.14 Oro 0. nitrógeno.24 Una reacción endotérmica Cuando los dos compuestos tiocianato de amonio y octahidrato de hidróxido de bario se mezclan.24 Mercurio 0.03 Aluminio 0. La energía que inter viene en las r eacciones químicas casi siempr e es calorífica. Sustancia J/g°C Alcohol etílico 2. Ce = cal/g°C En el caso del agua es de 1 cal/g°C.138 Hielo 2. oxígeno y vapor de agua.1. que si en el fondo del matraz hubiera una película de agua ésta se congelaría haciendo que el matraz se adhiera a un bloque de madera. La rama de la química que estudia exclusivamente la energía calorífica que acompaña a un proceso químico se denomina termoquímica. El matraz se enfría tanto. 1 000 calorías constituyen una kilocaloría (kcal). aunque en ocasiones incluye energía eléctrica o luminosa.3 Calor específico de algunas sustancias.45 Plata 0. Figura 1. Las reacciones químicas se denominan exotérmicas cuando hay desprendimiento de calor y endotérmicas cuando lo absorben.indd 29 Cuadro 1. se produce una reacción en la cual se absorbe el calor de los alrededores. tenemos: Ce = = 10. para la temperatura (∆ t). en joules y en calorías.3 g) (21°C) (0.1 J 10.45 J/g°C) = (1.3 sabemos que la muestra se trata de plata.1 J = (2.1 J (2.) Problemas resueltos 1.3 g) (46C – 25°C) (0. Las unidades empleadas son: para la masa (m). 2.45 J/g°C) = 12 J y sabiendo que 1 cal = 4. Calor = m Δt Ce Entonces: Ce = Calor m Δt Sustituyendo. Sustituimos los valores conocidos en: Calor = m Δt Ce = (1.184 J Se necesitan 12 J o 2.1 J de energía para que su temperatura cambie de 21°C a 36°C.30 Unidad 1 Objeto de estudio de la química La cantidad de calor que se requiere para elevar la temperatura de cierta cantidad de materia se calcula multiplicando la masa (m) por el cambio de temperatura (∆t) por el calor específico (Ce). se r equiere para calentar un pedazo de hierro cuya masa es de 1. el grado Celsius (°C) y para el calor específico (cal/ g°C). el gramo (g). 01-RECIO_QUIMICA_INORG.3 sabemos que el calor específico del hierro es de 0.184 J. Una muestra de metal puro de 2. ¿Qué cantidad de energía calorífica.indd 30 4/20/12 12:25:24 PM .8 g) (15 C) 42 g C = 0.3 g de 25°C a 46°C? Solución Al consultar el cuadro 1. ¿De qué metal se trata? Solución En este caso necesitamos investigar el Ce.45 J/g°C.87 cal.87cal 4.24 J / g C Al consultar el cuadro 1. entonces: 12 J ⋅1 cal = 2.8 g requiere 10.8 g) (36 C − 21C) 10. (El símbolo ∆ es la letra griega “ delta” y se emplea para indicar la v ariación entre dos cantidades. haya establecido la ley que lleva su nombre o ley de la conMoléculas de agua Moléculas de hidrógeno Moléculas de oxígeno + m Átomo de oxígeno Átomo de hidrógeno Átomo de hidrógeno Átomo de oxígeno * La abreviatura (ac) signifi ca que la sustancia se encuentra en solución acuosa. las reacciones químicas se representan mediante ecuaciones que sólo se refieren a la transformación de las sustancias.indd 31 Figura 1. ¿Cuántos joules se necesitan para elev ar la temperatura de 7.36 kcal Así.1. Una muestra de 12. 4/20/12 12:25:24 PM . de ahí que Antoine Laurent Lavoisier. mientras las dos últimas son endotérmicas. Cuando en esas ecuaciones se indica. las tres primeras reacciones son exotérmicas.63 kcal*1 2H 2(g) + ½O2 (g) → H2O(l) + 68.3 Energía 31 31 Ejercicios 1. Cuando se descomponen.40 g de agua de 29. Observa el signo positiv o en las ex otérmicas y el signo negativ o en las endotérmicas. pero no indican el cambio de energía que tiene lugar en ellas. en el segundo miembro.6 kcal H2O(g) + Cl2(g) → 2HCl(g) + ½O2(g) – 27.25 Conservación de la masa (átomos) Dos moléculas de agua contienen dos átomos de oxígeno y cuatro átomos de hidrógeno. el calor producido o absorbido. la masa no se altera. Por ejemplo: H2SO4(ac) + Zn(s) → ZnSO4(ac) + H2(g) + 37. Como toda la materia está compuesta de átomos y el número de átomos es el mismo antes y después del cambio químico.32 kcal C(s) + O2(g) → CO2(g) + 94. reciben el nombre de ecuaciones termoquímicas. forman una molécula de oxígeno que tiene dos átomos de oxígeno y dos moléculas de hidrógeno que contiene cuatro átomos de hidrógeno. puedes decir que la materia se conserva.0°C a 46°C? 2.05 kcal BaO2(s) → BaO(s) + ½O2(g) – 18. Calcula las calorías necesarias para elev ar la temperatura de 10 g de aluminio de 15°C a 35°C. Calcula el calor específico de la aleación. 3. 01-RECIO_QUIMICA_INORG.5 g de una aleación r equiere 145 J para elev ar su temperatura de 25°C a 110°C. Conservación Leyes de conservación En una reacción química con desprendimiento de energía. (l) en forma de líquido. En general. (s) como sólido y (g) en estado gaseoso. al introducir el uso de la balanza para el estudio de los cambios químicos. Al mismo tiempo se liberan más neutrones que a su vez son absorbidos por otros núcleos de uranio. Por ejemplo: Fisión de uranio 235 1 92 U + 0 n 90 1 12 → 143 cal/mol 56 Ba + 36 Kr + 3 0 n + 4. La fórmula que establece esta relación es: E = mc2 donde E = energía.indd 32 Núcleo de 92 36 Kr 92 36 Kr 3 neutrones más de 235 U 92 141 56 Ba 92 36 Kr 4/20/12 12:25:24 PM . sólo se transforma. la cantidad de materia antes de efectuarse dicho cambio. un gramo de materia que se transforma totalmente en energía m “ antendría encendido un foco de 100 watts durante 40 000 años ”. un valor muy pequeño de m corresponde a una cantidad muy grande de energía (E). y concluyó que “la masa es de por sí transformable en energía”.26 Fisión del uranio En esta fisión se produce una reacción en cadena: un neutrón entra en el núcleo de uranio-235 y provoca la división del núcleo en núcleos más pequeños. sólo se transforma. que resulta ser la fuerza más potente conocida hasta ahora. 01-RECIO_QUIMICA_INORG.32 Unidad 1 Objeto de estudio de la química servación de la masa : “En todo cambio químico.” En 1905. es la misma que r esulta después de que se efectúa. Como c tiene un valor muy grande (300 000 km/s). Las reacciones nucleares son de fisión.6 ×10 Fusión del hidrógeno Un neutrón se aproxima Núcleo de 141 56 Ba 9 neutrones liberados 3 neutrones liberados 141 56 Ba 92 36 Kr 141 56 Ba Núcleo de 235 92 U Figura 1.” Se conoce más comúnmente de la siguiente manera: “La materia no se crea ni se destruye.” Una ley semejante a la de la conservación de la energía indica que: “La energía no se crea ni se destruye. Por ejemplo. m = masa y c2 = el cuadrado de la velocidad de la luz. La energía liberada en las reacciones nucleares es tan grande. el destacado científico Alber t Einstein estableció que una pér dida en masa corresponde a un desprendimiento de energía. Se llama fisión al proceso de escisión (división) de un núcleo pesado en dos partículas aproximadamente iguales. La fusión es el proceso opuesto a la fisión y consiste en fundir (unir) átomos liger os para formar otro u otros de más peso. La comprobación experimental de la ecuación de Einstein (E = mc2). P or ello. En la actualidad. Mientras que las plantas hidroeléctricas la producen aprovechando el movimiento del agua.3 Energía 2 3 1H + 1H 33 33 → 42 He + 01 n + Energía Lo indicado anteriormente ha llevado al hombre a unificar las leyes de la conservación de la masa y de la conservación de la energía en una sola.27 Fusión del hidrógeno Cuando un núcleo de hidrógeno-2 (deuterio) y uno de hidrógeno-3 (tritio) experimentan una fusión nuclear. la eficiencia de estas celdas es r elativamente baja. el carbón natural y el átomo. se inv estiga cómo convertirla en una fuente común de electricidad para el consumo humano. el petróleo. que establece: “En cualquier reacción la masa-energía de los reactores (sistema inicial) es la misma que la masa-energía de los productos (sistema final). N o obstante. ya que se obtiene mediante la transformación de fuentes primarias a través de procesos físicos. Casi toda la energía proviene del Sol. es de gran impor tancia para la humanidad la pr oducción de energía por reacciones de fisión nuclear que se utilizan con fines pacíficos en plantas eléctricas. está sujeta a v ariaciones estacionales y es obstr uida por la pr esencia de nubes. Otra forma de aprovechar la energía solar consiste en utilizar los vientos. m + 2 1H + 3 1 H m + 4 2 He + 1 0 n Figura 1. 01-RECIO_QUIMICA_INORG. químicos o nucleares. etcétera. se forma un núcleo de helio-4 y un neutrón. La electricidad es una fuente secundaria. y que conectadas a una turbina pueden producir electricidad. Dentro de éstas encontramos: la energía proveniente del Sol. que hacen girar grandes aspas montadas en una torre. para producir electricidad con las llamadas celdas solares como las que hacen funcionar a algunas calculadoras. Las nucleoeléctricas aprovechan para producir la fisión del átomo del uranio.indd 33 4/20/12 12:25:26 PM . Las plantas termoeléctricas producen electricidad mediante el calor que se produce usando combustibles como el carbón y el petr óleo. industrias.” A esta ley se reconoce como ley de la conservación de la materia. tuvo lugar en forma trágica en la llamada bomba atómica.1. Energía limpia Las dos formas de energía citadas pr oducen lo que se denomina energía limpia. lo cual no ocurre al utilizar carbón o petróleo. Fuentes de energía Las fuentes de energía primarias son aquellas donde un recurso natural se aprovecha directamente para producir energía. por ejemplo. naves espaciales. barcos. laenergía eólica. Actualmente se investiga para producir combustibles que no provengan del petróleo o que no sean obtenidos en laboratorios químicos. También se ha estudiado el uso de la combustión de hidrógeno para producir energía. sin embargo. uno de los ácidos más fuertes. Esta combustión es la menos contaminante.indd 34 4/20/12 12:25:26 PM .34 Unidad 1 Objeto de estudio de la química En la actualidad. ya que al entrar en combustión producen una cantidad considerablemente menor comparada con la combustión de la gasolina. ya que cuando el hidrógeno reacciona con el oxígeno sólo se produce agua. como se ha v enido haciendo. debido a que. por ejemplo. la energía solar constituirá un recurso importante en lo futuro. la mayor parte de la energía que utilizamos proviene de reacciones químicas como la combustión de sustancias fósiles (carbón y petr óleo). Es la forma más barata. el cual. en gas metano y alcoholes aprovechando la fermentación de la materia orgánica. se agotarán. No olvidemos que tanto el petróleo como el carbón mineral son recursos naturales no renovables y de continuar su explotación. al contacto con el oxígeno (O2) del aire produce trióxido de azufre (SO3). además del monóxido de carbono (CO) que es altamente tóxico y óxidos de nitrógeno y azufre que son los causantes de la “lluvia ácida” que deteriora el ambiente por su acción corrosiva. como se indicó anteriormente. al reaccionar con el v apor de agua que existe en la atmósfera. ha contribuido en gran medida a la contaminación del ambiente al producirse gases como el bióxido de carbono (CO2) cuyo exceso en la atmósfera produce el efecto invernadero. En resumen. 01-RECIO_QUIMICA_INORG. El dióxido de azufre (SO2). genera “energía limpia”. forma el ácido sulfúrico (H2SO4). Observa y contesta: a) Dibuja la flama y descubre las regiones que aprecias. indica su aspecto o color. a) ¿Qué color toma? _______________________ b) ¿Qué gas se expele durante el proceso respiratorio? ___________________________________ 8. el cual hace que se enturbie la solución.indd 35 c) ¿Qué componente del aire permite la combustión? ____________________________________ 4/20/12 12:25:26 PM . con el fin de fijarla de manera firme. a) ¿Qué color tiene? _______________________ b) ¿Qué sustancia supones que es? ____________ 3. Coloca sobre la flama una cápsula de porcelana sin tocar la parafina o el pabilo. 7. 10. retírala y observa lo que se depositó. 200 mL) Procedimiento 1. Coloca inmediatamente la base de la vela sobre esas gotas antes de que se solidifiquen. 2. 6. Vierte en el tubo de ensayo la solución de hidróxido de calcio hasta que se cubra la tercera parte. 4. Coloca el matraz Erlenmeyer invertido sobre la vela de tal modo que quede bajo la superficie del agua. a) ¿Se extiende la llama? ____________________ b) ¿Qué más observaste? ___________________ b) ¿Conserva la parafina su estado físico? ____________________________________ 01-RECIO_QUIMICA_INORG. Vierte el agua en el recipiente que contiene la vela de manera que suba poco más de 1 cm.1. c) ¿Qué es lo que se quema y en qué forma ocurre la combustión? ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ 5. El dióxido de carbono reacciona con el hidrógeno de calcio contenido en el tubo de ensayo formando carbonato de calcio. Colócala horizontalmente de tal manera que caigan varias gotas en el centro del plato. Haz una inspiración profunda con el popote y usando el tubo burbujea lentamente el gas que expeles en esa solución. 9.3 Energía Manos a la obra ¿Qué ocurre cuando una vela se quema? Materiales y sustancias • • • • • 35 35 vela • plato hondo cerillos • cápsula de porcelana tubo de ensayo • popote matraz Erlenmeyer solución de hidróxido de calcio (agua de cal. Enciende la vela. p. Investiga si el uso del taxol pudiera ser una amenaza para el árbol del tejo del Pacífico y si el riesgo aún es preocupante. por tal razón se comenzaron a buscar otras fuentes de taxol. Victor S. Strozak y Cheryl Wistrom. por ejemplo. Los investigadores Andrea y Donald Stierle descubrieron un hongo que crece en el tejo y que produce taxol. La corteza del sauce contiene además otras sustancias químicas. ¿qué tomas para calmarlo. Este hallazgo traería como consecuencia que al presentar dicho fármaco gran demanda podría destruir la población de árboles del tejo. Con la aspirina ocurre lo mismo. 1. McGraw-Hill Interamericana Editores. buscar una manera fácil y económica de producirlo en grandes cantidades y tratar de cambiar la composición y estructura del compuesto original para mejorar el modelo de la naturaleza. México. 01-RECIO_QUIMICA_INORG. los fármacos y otras sustancias naturales que las purificadas o las sintéticas que producen las compañías farmacéuticas? Algunos empaques de vitaminas tienen un rótulo que dice completamente natural. ¿qué se hace? El procedimiento para elaborar fármacos seguros y eficaces es el siguiente: aislar y purificar el fármaco. disminuye el tamaño de los tumores cancerosos de ovarios y mamas en 30 por ciento. y en 1994 lograron obtener taxol puro en el laboratorio. los científicos produjeron aspirina en el laboratorio a partir de ácido salicílico y anhídrido acético. la estructura química y la pureza de ambos es idéntica.28 Compuestos químicos naturales contra sintéticos En caso de un fuerte dolor de cabeza. su estructura es distinta y no produce el dolor de estómago tan agudo que provoca el ácido salicílico. Figura 1. Conceptos y aplicaciones. 4/20/12 12:25:26 PM . el hecho de que se pueda sintetizar taxol es una gran ventaja porque las compañías farmacéuticas pueden producirlo a menor costo y quizá modificar su estructura para aumentar su eficacia. Construye ¿En qué se parecen las estructuras del ácido salicílico y del ácido acetilsalicílico (aspirina)? ¿En qué difieren? 3. sin embargo. una taza de corteza de sauce o dos aspirinas? Los ingredientes activos de los dos remedios tienen estructuras químicas semejantes y los dos alivian el dolor de cabeza. Nuevos fármacos Cuando los científicos descubren en la naturaleza un nuevo compuesto químico que puede ser un tratamiento potencial o curar una enfermedad. Adaptada de John S. una sustancia química que se encuentra en la corteza del árbol del tejo del Pacífico. Casi todas estas vitaminas se extraen de fuentes vegetales o animales. determinar su composición y estructura. 32. ¿qué preferirías tomar. produce varios efectos colaterales dañinos. Química. pero el ácido salicílico. Cuando tienes dolor de cabeza. 2007. el ácido acetilsalicílico. Analiza las ventajas y desventajas del uso de las yerbas medicinales. como dolor de estómago. Phillips. pero es un analgésico más eficaz y se puede tomar en dosis más bajas. contiene un solo ingrediente activo. una aspirina o una taza de té de corteza de sauce? Después de años de investigación. La aspirina no es una sustancia pura. investigar cómo sintetizarlo. de los fármacos naturales purificados y de los fármacos sintéticos.36 Unidad 1 Objeto de estudio de la química Lectura Compuestos químicos naturales contra productos sintéticos ¿Son mejores las vitaminas.indd 36 Curar el cáncer Los científicos descubrieron que el taxol. el compuesto químico de la corteza del sauce. Otros encontraron que las agujas del tejo europeo contienen un compuesto químico semejante al taxol. Los químicos intentaron descifrar la estructura del taxol. 2. ¿Cuál taxol es mejor: el purificado naturalmente o el sintético? En realidad. 27 fenómeno químico. 13 heterogénea. 21 sustancia. 21 calor específico. 14 solución. 12 material amorfo. Estudia los compuestos del carbono. 4 compuesto. 19 teoría. 6 reacción endotérmica.indd 37 ( ) 4. Necesidad básica del hombre que se satisface con el uso del cemento. 13 materia. 29 caloría. 33 líquido. 29 reacción exotérmica. entre otros productos… ( a) la energía b) el núcleo atómico c) los alimentos d) la materia ) a) alimentación b) comunicación c) habitación d) vestido 2.Lo que aprendí 37 37 Palabras clave átomo. 15 elemento. 16 propiedad de la materia. 18 homogénea. 32 fuentes de energía. 29 sólido. 28 energía limpia. 4 mezcla. 12 Lo que aprendí I. 16 método científico. 4 teoría cinética molecular. 22 molécula. 27 fisión. Anota en el paréntesis el inciso correcto y escribe en la línea la respuesta que complete la cuestión. Fundamentalmente. la química estudia… ( ) 3. 33 fusión. ( ) a) química orgánica b) química inorgánica c) química analítica d) química general 4/20/12 12:25:27 PM . 1. La fotosíntesis es un ejemplo en el que se relaciona la química con la… a) física b) biología c) matemáticas d) astronomía 01-RECIO_QUIMICA_INORG. 19 energía. 33 fenómeno físico. 17 química. 18 ley de la conservación de la materia. 32 gas. 21 plasma. 29 ciencia. 19 cristal líquido. Escribe a la derecha de cada enunciado. si se trata de un fenómeno físico o químico. Escribe sobre la línea si el enunciado se refiere a ener( ) a) flúor b) hidrógeno c) cloro d) carbono 6.38 Unidad 1 Objeto de estudio de la química 5. a) Físicos b) Químicos c) Nucleares 4/20/12 12:25:28 PM . Indica qué cambios o manifestaciones de energía ( ) b) Al quemar un trozo de carbón c) Al usar un soplete de oxiacetileno d) Al prender una linterna 8. Ejemplo de elemento químico… ocurren en los siguientes casos: a) Al encender la radio a) compuesto b) elemento c) solución d) sustancia mediante procedimientos químicos… d) Un litro de gasolina e) Una roca en lo alto de una montaña 7. Constituyente de los que contribuye a la reducción de la capa de ozono… 11. a) compuesto b) elemento c) solución d) mezcla 9. Tiene volumen y forma definidos… a) Una cucharada de azúcar __________________ b) Hule de un globo inflado c) Un aerolito ( ) a) gas natural b) alcohol c) agua d) oxígeno f) Un automóvil en movimiento 12. Materia cuyas partes se pueden separar ( ) a) La oxidación de un clavo de hierro b) La evaporación del agua ( ) a) alcohol b) agua c) sal de cocina d) dióxido de carbono a) hierro b) agua c) azúcar d) monóxido de carbono 01-RECIO_QUIMICA_INORG. Escribe un ejemplo de cómo el hombre utiliza para su 10.indd 38 c) La formación de nubes d) Una vela quemándose e) El empañamiento de la plata 14. Materia cuyas partes se pueden separar mediante procedimientos físicos… gía potencial o energía cinética. ( ) beneficio los cambios de la materia. Sustancia que está formada por átomos de la misma clase… 13. Lo que aprendí 39 39 15. decantación filtración sublimación evaporación destilación centrifugación separación por solubilidad 01-RECIO_QUIMICA_INORG. Enumera en orden los procedimientos que emplearías para separar estos componentes. Se tiene una mezcla formada por azufre. sal de cocina y agua.indd 39 4/20/12 12:25:28 PM . 5 Lectura Actividades 02-RECIO_QUIMICA_INORG. pero éstos son grandes pedazos de vacío.2 Modelo atómico de la mecánica ondulatoria y números cuánticos 2. Contenido ¿Cuánto sabes? 2.Unidad 2 Estructura atómica y tabla periódica Los átomos son los bloques de construcción de la materia. que es donde se concentra la masa del átomo. ya que si imaginamos a uno de ellos del tamaño de una casa.1 Lectura Manos a la obra Partículas subatómicas y modelos atómicos Los monitores para TV y computadoras y las luces de neón Espectros de emisión 2.3 2.indd 40 Tabla periódica Cuentos de isótopos Distribución electrónica Principales familias de elementos Los fluoruros y la caries dental Lo que aprendí 4/20/12 12:39:41 PM .4 Configuraciones electrónicas Lectura Manos a la obra 2. su núcleo tendría la proporción de una canica. reconociendo su importancia.Objetivo de la unidad El estudiante explicará la estructura y propiedades del átomo identificándolo como partícula fundamental de la materia. 02-RECIO_QUIMICA_INORG. para que de manera crítica y responsable valore el uso de modelos y las implicaciones de las investigaciones atómicas en el desarrollo de la disciplina y sus repercusiones en la sociedad. describiendo e interpretando los experimentos que llevaron a establecer los modelos atómicos y resaltando la importancia de la clasificación de los elementos químicos.indd 41 4/20/12 12:39:47 PM . 2. Envoltura Núcleo Dalton formado por formada por Thomson Protones Neutrones Electrones Rutherford Bohr 02-RECIO_QUIMICA_INORG.¿Cuánto sabes? 1. no metales y gases nobles. En esta unidad estudiaremos con detalle cómo es su estructura y el llenado de los subniveles electrónicos. ¿Qué entiendes por símbolo? 8. Conjunto de métodos y técnicas para adquirir y organizar conocimientos sobre un cúmulo de fenómenos objetivos. metaloides. 6. de transición y de transición interna. Describe o dibuja lo que para ti es un átomo. Escribe el nombre y símbolo de diez elementos químicos. Menciona las partículas fundamentales que forman el átomo. ¿Qué entiendes por incertidumbre? 5. Escribe lo que recuerdes de la tabla periódica. ¿Dónde has oído de semiconductores en tu vida diaria? Introducción Aunque no podemos verlos toda la materia está formada por átomos. ¿A qué te refieres cuando hablas de un grupo en la vida cotidiana? 7. 4. ¿Qué entiendes por radio? 3. Hablaremos de la clasificación de los elementos químicos a la que se le llama tabla periódica y en ella identificaremos a los elementos r epresentativos. 9.1 Partículas subatómicas y modelos atómicos Mapa conceptual 2. además localizaremos por sus propiedades a los metales.1 Modelos Átomo se presenta mediante consta de como los de La palabra y su raíz ciencia Scientia (latín) conocimiento.indd 42 se les llama Sommerfeld Nucleones Moderno 4/20/12 12:39:53 PM . 2. Protones (carga positiva) Partículas subatómicas fundamentales A continuación se describen estas partículas subatómicas: • Electrón Los electrones son estables y forman la envoltura del átomo. a las que llamamos partículas subatómicas fundamentales (figuras 2. su carga eléctrica es positiva y su masa es de 1. México.675 × 10–24 g). Los neutr ones no tienen carga eléctrica y su masa es ligeramente may or a la del pr otón (1.* + – Electrón (e–) Protón (p+) Neutrón (n) Figura 2. los neutrones constituyen el núcleo de los átomos (debido a esto a ambas par tículas se les llama nucleones). p . su masa es prácticamente nula (9. La materia es de naturaleza eléctrica. • Neutrón Junto con los protones.2). Las partículas que interesan en el estudio de química general son el electrón.1 y 2. * María del Consuelo Alcántara Barbosa.67 × 10–24 g. 02-RECIO_QUIMICA_INORG.1 Los electrones y protones son las unidades fundamentales de carga. ecl aisa.1 Partículas subatómicas y modelos atómicos 43 43 Estructura básica del átomo En la actualidad sabemos que el átomo consta de dos partes: el núcleo y la corteza o envoltura.2 Partículas fundamentales de los átomos.11 × 10–28 g o 1/1830 la masa de un átomo de hidr ógeno). Química inorgánica moderna. • Protón Es estable y forma parte del núcleo de todos los átomos. Electrones (carga negativa) Figura 2. 68. el protón y el neutrón.indd 43 4/20/12 12:39:53 PM .2. a ésta la llamó átomo.. sir Wiliam Crookes inventó el tubo de rayos catódicos (figuras 2.3 Representación del átomo de Dalton.4 Tubo de rayos catódicos. Hace más de 2000 años el filósofo griego Demócrito. 02-RECIO_QUIMICA_INORG. Los rayos catódicos son electrones que se dirigen del cátodo (–) al ánodo (+). para llegar a esta conclusión.? Demócrito creía que la materia estaba formada por pequeñas partículas indivisibles llamadas átomos. particularmente en peso. Las sustancias simples (elementos) están formadas por la unión de átomos iguales. Después de Dalton y principalmente a finales del siglo xix. Figura 2. se realizaron descubrimientos muy importantes.indd 44 4/20/12 12:39:54 PM . Ya hemos indicado que el átomo está constituido por un núcleo positiv o formado por protones y neutrones. palabra que significa “indivisible”.5 Tubo de rayos catódicos con rehilete. su importancia es indiscutible e influyó. entre otros. + – + Fuente de corriente eléctrica de alto voltaje A la bomba de vacío Figura 2. Aun cuando en la actualidad conocemos ciertas inexactitudes de la teoría atómica de Dalton. en la forma de pensar de los químicos durante más de un siglo. el hombre tuvo que seguir un camino bastante laborioso. Todos los átomos de un elemento son exactamente iguales entr e sí. átomos que nunca se dividen.5).. la cual ya no se podría dividir. Se caracteriza por su masa. pero diferentes a los átomos de otros elementos. cuyo peso es invariable y característico. Esta idea cayó en el olvido al no demostrarse. Sin embargo. A la civilización griega le debemos el concepto filosófico de átomo. Las sustancias compuestas se forman al unirse átomos de diversos elementos. – + Figura 2. 2. 3. de manera extraordinaria.44 Unidad 2 Estructura atómica y tabla periódica Modelo atómico de Dalton ¿Sabías que. Rayos catódicos En 1875. y fue hasta los años 1803-1808 que el químico inglés J ohn Dalton la hizo renacer para explicar las r elaciones de masa que guardan entre sí todas las sustancias.4 y 2. La teoría atómica de Dalton se basa en los siguientes enunciados: 1. rodeado por una env oltura o corteza de electrones. sino que entran enteros en la combinación formada. indicó que al dividir la materia se tendría que llegar a una última par tícula. además. Garritz y J. Química. La longitud de onda de estas radiaciones es mil v eces más pequeña que la luz visible. Electrodo positivo Electrodo negativo + – – – c) – – + + + + + – d) + + + + – + + + + + + Rayos canales – + – a) b) + + Rayos canales + + + + + + Brillo tenue + Figura 2. cuya frecuencia puede medirse para conocer el número atómico del elemento en el ánodo Ánodo + La frecuencia de los rayos X está relacionada con el número atómico Figura 2. * A. b) En su trayectoria pueden chocar con átomos (o moléculas) del gas remanente en el tubo. Röntgen llamó a estas radiaciones rayos X (figura 2. a) En un tubo de rayos catódicos los electrones viajan del cátodo al ánodo. La colisión da por resultado iones positivos que tienden a viajar hacia el electrodo negativo.7). Chamizo.7 Rayos Röntgen.* Rayos Röntgen (rayos X) En 1895. Electrones de alta energía Cátodo Fuente de electrones – Rayos X.1 Partículas subatómicas y modelos atómicos 45 45 Rayos canales Fueron descubiertos por Goldstein en 1886. c) Como el cátodo está horadado. pueden atravesar sustancias y no son desviadas por campos eléctricos o magnéticos.2. pp. Al hacer una horadación en el cátodo observó que era atravesado por partículas positivas a las que llamó rayos canales.A. 02-RECIO_QUIMICA_INORG. algunos iones acelerados lo atraviesan. Wilhelm Conrad Röntgen descubrió unas radiaciones electr omagnéticas que se producían cuando los rayos catódicos chocaban con un metal. Addison-Wesley Iberoamericana.indd 45 4/20/12 12:39:55 PM . y d) forman los rayos canales que se detectan en la pared del tubo. 1994.6 Rayos canales. 338-339. Y con la computadora puedes hacer trabajos para la escuela. Cuando se aplica una fuente de energía eléctrica a las placas se produce un haz luminoso. se utilizan diversos compuestos que emiten colores distintos al ser golpeados por los electrones. Pero el tubo de rayos catódicos de Thomson no sólo dio como resultados la pantalla de y el monitor de computadora. Radiactividad En 1896. En todos sus experimentos obtuvo el mismo tipo de partículas negativas. Pero. 60 segundos. próxima a la de la luz. p. el físico francés Henri Becquerel al observar que una placa fotográfica cubierta con una envoltura opaca se ennegrecía al colocar cerca de ella pechblenda (un compuesto de uranio). tiene gas y placas metálicas separadas conectadas con alambres externos (véase la figura 2. Adaptado de Steven Zumdahl.indd 46 Rayos alfa (𝛂) Son núcleos de helio ionizados (dos neutrones y dos protones). un año luz es la distancia que recorre la luz en un año. 1 hora. el tubo brillará con un color rojo-anaranjado. o algún otro programa favorito. o platicar con amigos que no conoces y que se encuentran en otras ciudades o en otros países. ed. son más penetrantes que los rayos alfa. Investiga La luz recorre 300 000 km en un segundo.46 Unidad 2 Estructura atómica y tabla periódica Lectura Los monitores para tv y computadoras y las luces de neón Seguramente en tu casa hay un televisor y. 93. Ahora sabes que gracias a Thomson se pudieron construir los monitores para el televisor y la computadora.4). te has preguntado ¿cómo sería tu vida sin estos aparatos tan comunes hoy en día? Los inventos de Joseph John Thomson. buscar información en Internet. los anuncios de “neón” constan de tubos de rayos catódicos de diámetro pequeño con distintos tipos de gases para producir colores diferentes. Thomson. y 1 minuto. descubrió que ese haz luminoso lo originaba una corriente de partículas con carga negativa procedentes de la placa metálica. 2007. Su velocidad es apr oximadamente 1/15 de la velocidad de la luz. descubrió la radiactividad. un día. 24 horas. y un campo magnético los desvía fuertemente. permitieron la construcción de los monitores para el televisor y la computadora. adquiere luminosidad azulosa. 60 minutos. si se trata de argón. México. Para lograr imágenes de color en las pantallas de los . El tubo de rayos catódicos es un tubo de vidrio sellado. Por ejemplo. Él descubrió que los átomos contienen electrones mediante un dispositivo llamado tubo de rayos catódicos (). que ahora llamamos electrones. sino muchas aplicaciones más. Radiactividad es el nombr e de la propiedad que tienen ciertas sustancias de emitir partículas alfa.. La pantalla del televisor o el monitor de la computadora se componen de un tubo de rayos catódicos. Fundamentos de química. per o actúan enérgicamente en la ionización de los gases. rayos beta y gamma. ¿qué distancia recorre la luz en un año? 02-RECIO_QUIMICA_INORG. 4/20/12 12:39:56 PM . La presencia del kriptón genera una intensa luz blanca. La televisión te permite ver noticias tanto de tu país como de otras partes del mundo. tal vez. una computadora. Rayos beta (𝛃) Son electrones que tienen una gran v elocidad. físico inglés. aquí los electrones chocan contra una pantalla que contiene compuestos químicos que brillan cuando los golpean los electrones de movimiento rápido. 5a. y también los anuncios luminosos. su poder de penetración es menor que el de las otras radiaciones. por lo que es más correcto llamarlos partículas alfa. sufren poca desviación bajo la acción de un campo magnético. Forman la mayor parte de la emisión de una sustancia radiactiva. quien obtuvo el premio Nobel de física en 1906. McGraw-Hill Interamericana Editores. Si un año tiene 365 días. Cuando el gas del tubo es neón. no son desviados por la acción de un campo magnético. y se representaba como una esfera de electricidad positiv a cuyos electrones se encontraban dispersos como pasas en un pastel.10 Experimento de Rutherford de bombardeo de una placa de oro con partículas alfa. Modelo atómico de Rutherford Esfera con carga positiva Figura 2. Thomson destacó la naturaleza eléctrica de la materia. la radiactividad y los trabajos r ealizados por Thomson a fines del siglo xviii. hicieron que los químicos admitieran que el átomo era divisible. Electrón con carga negativa Modelo atómico de Thomson En 1897. Rayos gamma (𝛄) Son semejantes a los rayos X. y los consideró como partículas eléctricamente negativas que existen en toda la materia y los llamó electr ones. el físico inglés J oseph John Thomson descubrió que los ray os catódicos pueden ser desviados por un campo magnético.9 Modelo de Thomson Él representó el átomo como electrones incrustados en una esfera con carga positiva.indd 47 La mayoría de las partículas pasan sin desviarse a través de la placa Placa de metal delgado Figura 2. pero con un gran poder de penetración. en 1911. 4/20/12 12:39:57 PM . per o todavía concebía al átomo como una partícula material compacta e indivisible. su modelo del átomo era el más aceptado.2. P ara 1910. El descubrimiento de los ray os X. Rutherford. empleando una sustancia radiactiv a. bombardeó una lámina delgada de or o con par tículas alfa y obser vó que la may or parte de las par tículas Algunas partículas B se dispersan Fuente de partículas B Haz de partículas B Pantalla para detectar las partículas B que se dispersan 02-RECIO_QUIMICA_INORG.1 Partículas subatómicas y modelos atómicos _ 47 47 + S R N Figura 2.8 Desviaciones que experimentan las diversas radiaciones emitidas por el radio en un campo magnético. P lanck propuso que la energía estaba cuantizada. y en 1932 junto con su colaborador Chadwick demostraron que la mayoría de los núcleos también tienen partículas neutras a las que nombraron neutrones. hizo una propuesta revolucionaria que marcó el nacimiento de la mecánica cuántica: la energía. al girar deberían perder energía y al final chocar con el núcleo produciendo la destrucción del átomo.? Ernest Rutherford (1871-1937). pero el ganador del primer lugar decidió quedarse en su país para casarse. Electrones dispersos en el átomo Carga positiva - - - - - - - n+ - a) - - - b) - Figura 2. formando la mayor parte del volumen del átomo. b) Resultado real.. Se especializó en diseñar experimentos para probar determinados conceptos. Aunque le debemos a Rutherford el descubrimiento del átomo nuclear. En 1908 recibió el premio Nobel de química.48 Unidad 2 Estructura atómica y tabla periódica ¿Sabías que. concursó a los 24 años por una beca para la Universidad de Cambridge.indd 48 Sabemos que los objetos calientes emiten luz de diferentes colores. Rutherford determinó que el núcleo de un átomo contenía partículas a las que les llamó protones. La unidad fundamental de la energía es el cuanto o quantum. usando la teoría de Planck. Einstein desarrolló las ideas de Planck y demostró que no sólo la radiación es emitida en porciones discretas o cuantos. En 1905. sino que existe siempre en forma de energía en la luz.. lo aplicó a un modelo atómico. 02-RECIO_QUIMICA_INORG. La física clásica (física de principio del siglo xx) no podía dar una explicación completa de la emisión de luz por los sólidos calientes. quedó en segundo lugar. como la materia. En relación con los espectros luminosos. El arco iris es un ejemplo de espectro continuo. En 1900 Max Planck. De 1913 a 1915. como el rojo mate de una resistencia de un horno eléctrico o el blanco brillante del filamento de tungsteno de un foco. que la may or parte de la masa del átomo se ubicaba en el núcleo y que los electrones se encontraban alrededor del núcleo. En 1919. entonces la beca se le otorgó a Rutherford. y supuso que la energía luminosa desprendida por partículas atómicas es emitida en paquetes o cuantos de energía a los que generalmente se les llama fotones. En otras palabras. debido a esto propuso que el átomo estaba formado por un pequeño núcleo positiv o. diremos lo siguiente: cuando la luz blanca se hace pasar por un prisma. otras se desviaban y algunas regresaban. atravesaban la lámina. su modelo no se aceptó debido a que los electrones eléctricamente negativos.11 a) Resultados que se hubiesen obtenido en el experimento de la placa de oro si el modelo del budín de pasas fuera correcto. el físico danés N iels Bohr. al explicar dichas radiaciones. y esto en la realidad no ocurre. quien nació en un rancho de Nueva Zelanda. 4/20/12 12:39:58 PM . nos da una imagen continua en la que apar ecen bandas de distintos colores que se llaman espectro continuo. Modelo atómico de Bohr La palabra y su raíz cuanto o quantum (latín). es discontinua. La cantidad más pequeña de energía. discípulo de Rutherford. D. F. 02-RECIO_QUIMICA_INORG. así como muchos otros objetos calientes. B. La radiación ultravioleta es la parte de la luz del Sol que provoca quemaduras en los seres vivos. Los rayos gamma tienen las frecuencias más altas y las menores longitudes de onda. Estos rayos atraviesan los tejidos blandos del cuerpo. mientras que las longitudes de onda oscilan desde casi 200 m hasta 600 m. pero son detenidos por tejidos más duros. Los rayos X tienen menor frecuencia que los rayos gamma.13 El espectro electromagnético Todas las formas de la energía electromagnética interactúan con la materia. Nuestros ojos y cerebro interpretan las diversas frecuencias como diferentes colores. Siempre que la luz blanca pasa a través de un prisma o una rejilla de difracción. Las microondas son ondas de baja frecuencia y baja energía que se usan para las comunicaciones y para cocinar. pero se consideran rayos con alta energía.indd 49 4/20/12 12:39:58 PM . 24 10 22 10 20 10 A Rayos gamma –16 10 10 –14 10 –12 18 16 10 10 B Rayos X C UV 10 –10 10 –8 14 12 10 E Infrarojo (IR) 10 –6 10 10 10 10 F Microondas –4 10 D Espectro visible 400 500 600 Longitud de onda en nanometros –2 8 10 FM AM 10 10 0 10 2 6 4 10 Frecuencia en Hertz 2 0 10 10 G Ondas de radio 10 4 6 8 10 10 Longitud de onda en metros 700 Figura 2. Las ondas infrarrojas tienen menor energía que la luz visible. Cuando la luz del Sol atraviesa las gotas de lluvia. pueden atravesar la mayoría de las sustancias. G. se separa en los colores del arco iris. se separa en un intervalo de colores llamado espectro de la luz visible. En la banda de radio de AM. como el tejido óseo. y la capacidad de las diferentes ondas para penetrar en la materia es una medida de la energía de las mismas A. C. emiten radiación infrarroja. Las ondas de radio tienen las menores frecuencias del espectro electromagnético. Las ondas de luz visible son la parte del espectro electromagnético a la que son sensibles los ojos. El ozono de la parte alta de la atmósfera de la Tierra absorbe la mayoría de la radiación ultravioleta del Sol.1 Partículas subatómicas y modelos atómicos 49 49 Figura 2. Las ondas ultravioleta son ligeramente más energéticas que las ondas de la luz visible. el intervalo de las frecuencias va desde 550 kHz (kilohertz) hasta 1700 kHz. Experimentamos los rayos infrarrojos como el calor radiante que sientes cuando estás cerca del fuego o de un calentador eléctrico. Debido a que los rayos gamma son los más energéticos del espectro electromagnético.12 Espectro de la luz blanca La luz blanca es una mezcla de todos los colores de la luz visible. El cuerpo humano. E.2. frecuencia y hertz. Pide ayuda a tu profesor de física.16 Formación de un espectro discontinuo..14 Formación de un espectro continuo.. Figura 2. 02-RECIO_QUIMICA_INORG. no da lugar a un espectr o continuo. sólo a rayas de colores distintas para cada elemento.50 Unidad 2 Estructura atómica y tabla periódica Investiga Investiga qué significa amplitud y longitud de onda.? Una radiación electromagnética es la transmisión de energía a través del espacio en la que los campos magnéticos y eléctricos actúan como una onda. Rendija Prisma Lámpara de hidrógeno Figura 2. Rendija Prisma Figura 2. Estas rayas se llaman espectro de emisión discontinuo. ¿Sabías que.indd 50 4/20/12 12:40:00 PM . si una sustancia se calienta en un ar co eléctrico y la luz que emite se descompone mediante un prisma. Foco luminoso Pantalla Rojo Violeta 7000 A 700 nm 4000 A 400 nm Ahora bien.15 Espectro de emisión continuo de los colores de la luz blanca. 1 500 404.1 579 624.5836 × 10–37 kcal-s = 6. 02-RECIO_QUIMICA_INORG. H 400. • Los electrones en movimiento en un nivel estacionario no emiten energía.1 Partículas subatómicas y modelos atómicos 420.18 Cambio de órbita del electrón por absorción o emisión de energía.1 435.4 Espectro de emisión discontinuo del mercurio. La relación entre la cantidad de energía irradiada y la longitud de onda de la luz que se emite (de la cual depende el color de la banda luminosa) está dada por la ecuación de Planck: E = hν donde: E =Energía emitida o absorbida h = Constante de Planck ν = Frecuencia en ciclos/s Entonces E = 1.2 577 407.6282 × 10–27 ergios/s = 6. Hg 400.3 486.625 × 10–34 J · S Para explicar las bandas de los espectros.1 500 700 600 Figura 2. hv Figura 2.17 Espectros de emisión discontinuos del hidrógeno y el mercurio.1 Espectro de emisión discontinuo del hidrógeno.1 434 51 51 656. Bohr propuso un modelo de átomo basado en los siguientes postulados: • Los electrones describen órbitas circulares alrededor del núcleo formando niveles de energía a los que se llama niveles estacionarios.8 507.5 700 600 546.2.8 615.indd 51 4/20/12 12:40:01 PM . la que r epresentaría el tercer nivel. nivel) Figura 2. etcétera. en seguida imaginemos este forro de pelota y la canica dentro de una pelota de volibol. Si n = 1. 6 5 4 3 Niveles energéticos 2 1 Núcleo • Cuando un electrón pasa de una órbita a otra. nivel) Canica (núcleo) 4/20/12 12:40:01 PM . Cuando los electrones regresan a los niveles más bajos. etcétera. ahora éstas dentro de una pelota de básquetbol. se tiene el nivel con menor energía (más cercano al núcleo). imaginémosla dentro de una pelota de beisbol (únicamente el forro de la pelota).20 Simil de los cortes para representar los niveles energéticos. Los electrones deben absorber sólo ciertas cantidades de energía para desplazarse hacia niveles más altos. ésta representaría el segundo nivel. S i cortamos imaginariamente estas pelotas por la mitad.52 Unidad 2 Estructura atómica y tabla periódica Figura 2.20. Pelota de basquetbol (3er. quedaría como se muestra en la figura 2. n = 3. Cada nivel de energía queda determinado por medio del númer o cuántico n. los electrones no pueden estar entre niveles energéticos. No puedes hacerlo entre éstos. desprenden la diferencia energética en forma de luz. La cantidad está determinada por la diferencia de energía entre los niveles. Podríamos imaginar el átomo de Bohr de la siguiente manera: una canica pequeña representaría al núcleo.19 Los niveles energéticos son como los peldaños de una escalera Cuando subes o bajas una escalera debes pisar un peldaño. El mismo principio aplica para el movimiento de los electrones entre los niveles energéticos de un átomo. Al igual que tu pie en una escalera. emite o absorbe un fotón cuya energía es igual a la diferencia de energías de los niveles entre los que tiene lugar la transición. nivel) Forro de pelota de beisbol (1er.indd 52 Pelota de volibol (2o. siguen en orden creciente de energía n = 2. 02-RECIO_QUIMICA_INORG. este forro representaría el primer nivel. indd 53 . El número máximo de niveles que un átomo puede tener es siete. principiando por el nivel 1 que es el más cercano al núcleo. 6o. y aunque la regla establece que admite hasta 18. donde los valores de n van desde uno hasta siete. Esta regla no se aplica para los niveles 5o.2.21 Representación del átomo de Bohr Se postulan trayectorias circulares y niveles energéticos cuantizados. Problemas resueltos Empecemos con el litio 3Li: 2 electrones en el 1er. no puede haber más de 8 electrones. nivel También se puede representar de la siguiente manera: 3Li . de acuerdo con el doble del cuadrado de los números naturales. La misma regla establece que en el nivel que quede como último. no podemos dejarlo así.1)8)4) Si un átomo tiene suficientes electrones. sino que se sigue una r egla establecida por R ydberg. Lo que debemos hacer es repetir el número anterior (nivel 2). nivel) (32 electrones como máximo en el 4o.2)8)3) 9F Como se aprecia. pues como es el último no puede tener más de 8 electrones.2)8)18) Veamos ahora un ejemplo con el calcio: 20Ca . llenaremos los niveles de la siguiente forma: . ni más de 18 en el penúltimo.2)1) . que se enuncia de la siguiente manera: los electrones se distribuyen alrededor del núcleo. nivel) (8 electrones como máximo en el 2o . ya que el nivel que quedó como último tiene 10 electr ones. que es 8 y colocar los últimos 2 electrones en el 4º nivel. nivel) (18 electrones como máximo en el 3er..2)7) 13Al . Esto es: 2n2. nivel) Figura 2. en los diferentes niveles de energía.1 Partículas subatómicas y modelos atómicos 53 53 El número de niveles energéticos depende del número de electrones que tenga el átomo. Sería incorrecto distribuir los electrones del aluminio (13Al) como se indica a continuación: 2)7)4) o . debemos llenar con el máximo de electr ones permitidos cada uno de los niveles. y 7o. n=1 n=2 n=3 n=4 2 × 12 = 2 × 22 = 2 × 32 = 2 × 42 = 2×1 = 2 2×4 = 8 2 × 9 = 18 2 × 16 = 32 (2 electrones como máximo en el 1er. esto es: 20Ca 02-RECIO_QUIMICA_INORG.2)8)10) Lo anterior es incorrecto.2)8)8)2) 4/20/12 12:40:07 PM . Los electrones no se distribuy en en forma arbitraria en los difer entes niveles de energía. nivel y 1 en el 2o. - - -- - - - - .- - - - - 25Mn 4/20/12 12:40:08 PM .- . nivel y admite 32.- -- - 14Si - . Debemos aclarar que esta regla.. con los 25 electrones repetimos el número anterior.- .22 Representación esquemática de los átomos de varios elementos..- - - 16S -- - .- - 7N - - - - .- . que es 18 y los últimos 7 se colocan en el nivel 5o. Tratemos ahora con el yodo: 53I . pues con ella se obtiene rápidamente el númer o de electrones que tienen los átomos en su último nivel.2)8)18)18)7) Después del 3er. - .. como veremos más adelante. ya que hubo suficientes electrones para llenar el nivel 3 y nos quedan 7 para el niv el 4 que. los cuales se llaman electrones de valencia.- - - - Figura 2. siendo el último.indd 54 - ... los que no se pueden colocar en el niv el 4... este resultado es de gran importancia. no contiene más de 8 electrones.- - - - . quedaría como último y tendría más de 8.- - - - 10Ne - 13Al - - 8C - - - - - 11Na - - 5B - - - .- - - 6C - 3Li - - - - - 2He 1H - - - - - - .54 Unidad 2 Estructura atómica y tabla periódica Otro ejemplo más con el bromo: 35Br . entonces.- - - . 02-RECIO_QUIMICA_INORG. pues dichos electrones son los que emplean los átomos de los elementos representativos para combinarse con otros y así constituir las moléculas. De todas maneras la hemos incluido. se aplica únicamente para los átomos de los elementos representativos (grupos A de la tabla periódica larga) y que en la actualidad existe otra forma para distribuir los electrones.- .- - -- - 24Cr - .- - - - - - - - - - -- .19K - - - 20Ca - - .- .-- . nivel quedan 25 electrones. pues aunque es el 4o.- - ..2)8)18)7) El átomo de bromo (Br) no presenta problemas.. como hemos visto.- - - - ..- - . 25 Según Sommerfeld.23 Niveles de energía de un átomo de hidrógeno.1 Partículas subatómicas y modelos atómicos 7 6 5 4 -1. En el caso de este elemento. la energía depende sólo del primer número cuántico. Modelo atómico de Sommerfeld Sommerfeld introdujo el concepto de subniv eles para explicar estas bandas finas.37 -.2. Con este modelo no se puede explicar el desdoblamiento del espectr o del hidrógeno en bandas más finas.24 Modelo atómico de Sommerfeld. modificando el modelo de Bohr e indicando que las órbitas de los electrones no sólo son circulares. 02-RECIO_QUIMICA_INORG. Estos subniveles son indicados por el número cuántico ℓ.54 -.indd 55 Figura 2.85 55 55 -13.58 1 Figura 2.49 3 -3. al que en un principio se le llamó secundario. 4/20/12 12:40:08 PM . sino también elípticas. Figura 2.39 2 electrón volts 0 -. el electrón describe en torno al núcleo elipses que dibujan una especie de roseta. la longitud de onda. Retira cuidadosamente la madera del lápiz dejando al descubierto el grafito o utiliza una puntilla de carbón. emplea los sustitutos que te anotamos adelante de algunas de ellas. que considera todas sus propiedades como la energía. mientras que una línea de absorción ocurre cuando un electrón pasa de un nivel de energía inferior a uno superior. Con la información de las pruebas a la flama y la configuración electrónica llena la siguiente tabla: Cloruro de Color de la flama Litio Sodio Potasio Calcio Estroncio Según los resultados del experimento. ¿Existirá alguna relación entre el color y la configuración electrónica? ______________________________________ ______________________________________ 6.indd 56 Análisis de resultados 1. nuestro cerebro puede interpretar como colores diferentes. por lo tanto. pp. ¿Cómo se relaciona el espectro de emisión con la coloración? ______________________________________ ______________________________________ 5. Material • Mechero de Bunsen • Lápiz de madera o puntilla de carbón • Navaja • 6 vasos de precipitados de 20 mL • Agitadores de vidrio • Balanza Sustancias 10 mL de ácido clorhídrico (HCl) concentrado 10 mL de solución acuosa 1 M de: cloruro de litio (LiCl) cloruro de sodio (NaCl) (sal de cocina) cloruro de potasio (KCl) (sustituto de sal de cocina que consumen personas con problemas de hipertensión) cloruro de calcio (CaCl2) cloruro de estroncio (SrCl2) Nota Si no te es posible encontrar algunas de las sustancias solicitadas para la actividad. Prácticas de laboratorio. Repite el mismo procedimiento para los demás cloruros. emite o absorbe energía con longitudes de onda particulares. que en el caso de la luz visible. estamos seguros que tendrás suerte. NaCl. McGraw-Hill Interamericana. México. 2. Rojero. ¿Por qué se obtuvieron colores diferentes en las pruebas a la flama? ______________________________________ ______________________________________ 4. 3. etcétera. 1. ¿Podrán diferenciarse los colores en todas las pruebas a la flama? ______________________________________ ______________________________________ 2. Ponle a cada vaso su etiqueta correspondiente. Procedimiento 1. puede decirse que son como las huellas digitales de los átomos y las moléculas. Prepara 10 mL de soluciones acuosas.56 Unidad 2 Estructura atómica y tabla periódica Manos a la obra Espectros de emisión La espectroscopia es el estudio detallado de la luz. Los químicos emplean los espectros de emisión o absorción de elementos y compuestos para identificarlos. así como la configuración electrónica correspondiente a cada estado. Aunque te recomendamos busques en las boticas de tu localidad. Velázquez. 89-91. 4/20/12 12:40:09 PM . después colócala sobre la flama y observa el color que adquiere. En seguida introduce dicha punta en la solución de cloruro de litio. Cada átomo tiene una distribución única en los niveles de energía de sus electrones. Moja la punta del grafito en el HCl concentrado. 5. 2004. 02-RECIO_QUIMICA_INORG. responde las siguientes preguntas. 1 M de LiCl. Química experimental. ¿Consideras que el experimento podría mejorarse? ¿Qué sugieres? ______________________________________ ______________________________________ Adaptado de Zárraga. KCl. Una línea de emisión se presenta cuando en un átomo un electrón desciende de un nivel de energía alto hacia uno más bajo. 2. Determina para cada metal su estado de oxidación. 4. CaCl2 y SrCl2 y colócalas en vasos de precipitados. ¿Cuáles tendrán colores que corresponden a una mayor longitud de onda? ______________________________________ ______________________________________ 3. según Dalton y Thomsom. Thomsom. Sin embargo. los químicos necesitan contar con un modelo que describa la distribución de los electrones.26 Construcción de un modelo atómico La teoría atómica se desarrolló durante un periodo de 2000 años.2. Sabemos que el átomo no es compacto. 02-RECIO_QUIMICA_INORG. la evidencia de los experimentos en los últimos 200 años reveló la compleja naturaleza del mundo submicroscópico.2 Modelo atómico de la mecánica ondulatoria y números cuanticos 57 57 2. Como los electrones son responsables de las propiedades químicas de un elemento. aunque a este último se le debe haber destacado su naturaleza eléctrica. Rutherford y Bohr tienen un gran valor en el desarrollo del modelo atómico.2 Mecánica ondulatoria está fundamentada por explica el Principios modelo atómico actual de que muestra la Dualidad de Broglie distribución electrónica Shrödinger Incertidumbre de Heisenberg en Dirac orbitales números cuánticos por medio de los Principal Por orientación Por forma Por giro Las aportaciones de Dalton. Rutherford descubrió el núcleo atómico pero de acuerdo con su modelo los electrones colapsarían con el núcleo.indd 57 4/20/12 12:40:10 PM .2 Modelo atómico de la mecánica ondulatoria y números cuánticos Mapa conceptual 2. 1803 1897 Electrones con carga negativa 1911 Esfera con carga positiva Modelo de Dalton Modelo de Thomson 1913 Modelo de Rutherford Actual e2 e2 e2 Modelo atómico de Bohr Modelo moderno Figura 2. Lo anterior nos llev a a considerar únicamente la pr obabilidad de encontrar al electrón en cierta región del espacio que rodea al núcleo. al igual que los fotones (cuantos de energía luminosa) se compor tan como partículas (masa) y ondas (energía). El modelo esférico (derecha) representa el orbital 1s del hidrógeno en tres dimensiones. Principio de incertidumbre No es posible conocer al mismo tiempo la posición y la velocidad de un electrón. Figura 2. en forma elemental. La probabilidad de encontrar un electrón alrededor del núcleo se puede representar como lo muestra la figura 2. En realidad. de acuer do con sus propiedades ondulatorias. l y m.27. 02-RECIO_QUIMICA_INORG. al comportarse como onda (energía). La representación de la probabilidad se llama nube de carga o nube electrónica. establece la relación entre la energía de un electrón y la distribución de éste en el espacio. Principio de Shrödinger La ecuación de onda de Shrödinger. se llaman orbitales. define un orbital en dos dimensiones (centro). De esta manera el electr ón. el electrón del hidrógeno está dentro de la nube dispersa del dibujo en dos dimensiones (izquierda). el electrón puede estar en cualquier sitio alrededor del núcleo.58 Unidad 2 Estructura atómica y tabla periódica y en el caso de Bohr su modelo es aplicable únicamente para el átomo de hidrógeno y no para átomos con un gran número de electrones. como indicó Bohr. Principio de dualidad Los electrones. Tratemos de ilustrar lo anterior: un lápiz (una masa) ocupa un lugar en el espacio. Las regiones del espacio que rodean al núcleo y donde la probabilidad de encontrar el electrón es mayor. es más probable localizar al electrón cerca del núcleo. “existirá” en el espacio (volumen) que rodea al núcleo y no en capas.indd 58 4/20/12 12:40:11 PM .27 La nube electrónica del hidrógeno La mayor parte del tiempo. En esta ecuación aparecen los parámetros cuánticos n. con el núcleo en el centro y enmarcando 95% de la nube. Un círculo. menos en el núcleo mismo: hay regiones de ese espacio donde es muy probable encontrarlo y otras donde es poco probable localizarlo. algunos de los principios que fundamentan la mecánica ondulatoria para la construcción de un modelo atómico moderno. A continuación veamos. presentada en 1926. + + + Como se observa. esta probabilidad decrece a medida que la región se encuentra más alejada del mismo. la luz que emite una lámpara incandescente (energía) no ocupa un lugar en el espacio pero “existe” en todo el espacio. l. Es menos probable hallar los electrones en las regiones más claras de cada nivel. El estudio del átomo debe efectuarse con base en los últimos adelantos científicos. s. 2. 02-RECIO_QUIMICA_INORG. mientras que orbital es una región espacial alrededor del núcleo en la que es más probable encontrar el electrón. Las zonas oscuras representan el área donde es más probable encontrar los electrones de nivel energético. alrededor del núcleo de un átomo. concéntricas alrededor del núcleo. El número cuántico principal se representa con la letra n e indica el nivel de energía en el que se encuentra el electr ón. En lugar de ello. Núcleo Niveles energéticos 1 2 3 4 Figura 2.28 Modelo atómico de la nube electrónica Este dibujo representa el modelo atómico de la nube electrónica.? Los números cuánticos son valores numéricos que indican las características de los electrones de los átomos. n = 1. 4. Las aplicaciones prácticas. considerando las limitaciones de este curso. Los niveles energéticos son regiones espaciales esféricas. en la actualidad los científicos han comprobado que los niveles energéticos no son exactamente órbitas. y aunque el modelo actual es matemático y de alta complejidad. ¿Cómo existen los electrones en los orbitales? Esto lo explicaremos al describir los cuatro números que se indican con las letras: n. tratarán de concretarse en el siguiente tema... No debemos confundir los conceptos de órbita y orbital. Actualmente. la ecuación de Dirac-Jordan es la que establece con mayor exactitud la distribución de los electrones. m. trataremos de lograr su r epresentación visual lo más fielmente posible.2 Modelo atómico de la mecánica ondulatoria y números cuanticos 59 59 Principio de Dirac En la ecuación de D irac-Jordan aparece el cuarto parámetro cuántico denominado de espín s. en las cuales es más probable encontrar los electrones.indd 59 4/20/12 12:40:11 PM . Ahora bien. Órbita indica una línea o camino definido. Números cuánticos ¿Sabías que. cada nivel energético puede contener un número limitado de electrones dado por la expresión 2n2. se puede decir que son r egiones espaciales esféricas alr ededor del núcleo. Número cuántico principal Como resultado de la investigación continua durante el siglo xx. como las de los planetas.. Sus valores son enter os positivos del 1 en adelante.. 3.2. Número cuántico por forma Cuando los científicos inv estigaron los átomos multielectr ónicos descubrieron que los espectros eran mucho más complejos de lo que esperaban por la sencilla serie de niveles energéticos supuestos del hidrógeno. el cual está ubicado en el primer nivel energético. Este nivel energético puede contener un máximo de 2 electr ones. puede contener un máximo de 8 electrones. Dos de ellos llenan el primer nivel energético y los seis restantes están en el segundo nivel energético. se distribuyen en un intervalo de niveles energéticos. Un átomo de oxígeno tiene 8 electrones. 2 y 3 con la colocación de los electrones en el modelo del átomo de azufre de la derecha. como se muestra en el diagrama.29 Niveles energéticos Un átomo de hidrógeno sólo tiene 1 electrón. que es más grande por que está más alejado del núcleo.30 Distribución de los electrones en el azufre Los electrones de un átomo de azufre.Unidad 2 Estructura atómica y tabla periódica 60 n Número máximo de electrones 1 2 2 8 3 18 4 32 El nivel energético menor (n = 1) es el más pequeño y el más cer cano al núcleo. El segundo nivel energético.indd 60 4/20/12 12:40:12 PM . 8 protones 8 neutrones 2 electrones 6 electrones 1 protón 1 electrón Átomo de hidrógeno Átomo de oxígeno Energía Figura 2. Relaciona la energía de los electrones de los niveles 1. e– e– e– e– e– e– e– e– e– e– e– e– e– 3 e– e– e– 2 6e– 8e– 2e– 1 Niveles energéticos en el azufre Figura 2. así como los átomos de todos los demás elementos. 02-RECIO_QUIMICA_INORG. Un nivel está formado por subniveles con energía muy parecida. Cuando l es igual a 1 se le asigna la letra p y la forma del orbital es como lóbulos.2 Modelo atómico de la mecánica ondulatoria y números cuanticos 400 nm 500 nm 600 nm 700 nm Figura 2. A los subniveles se les asignan las letras s.2. cuyo valor es 0.32 Orbital s. para el primer niv el energético (n = 1) el v alor de l (subnivel) se obtendrá restándole uno al número del nivel. l = 0. se representa con la letra l. El número cuántico por forma determina el subniv el y se relaciona con la forma del orbital. Para el segundo nivel (n = 2). los valores de l comenzarán con 0 y terminarán con 1. en el segundo nivel. Los subniveles tienen valores numéricos obtenidos de acuer do con el númer o del nivel energético al que pertenece.31 Comparación de los espectros de emisión Los espacios grandes entre las líneas espectrales indican que los electrones se mueven entre niveles energéticos que tienen una diferencia grande de energía. Esto es. ya que 2 – 1 = 1. z indican la orientación de los lóbulos a lo largo del eje. Los grupos de líneas finas indican que los electrones se mueven entre niveles energéticos que tienen energías cercanas. y. Entonces si n = 1. 02-RECIO_QUIMICA_INORG. estos valores comienzan con 0 y terminan con el valor de (n – 1). d. b) 2pz . y x b) 61 61 x c) Figura 2. a este subnivel. f. Cada orbital se muestra en forma de mapa probabilístico y como una superficie que abarca 90% de la probabilidad electrónica. H Hg Ne 400 nm 500 nm 600 nm 700 nm Esta complejidad indica que existen subniv eles —divisiones de un niv el— en determinados niveles energéticos. esto es 1 – 1: que es igual a 0. Por ejemplo. los valores de l serán 0 y 1. Cada nivel energético tiene un número específico de subniveles. Nivel (n) Número de subniveles 1 1 2 2 3 3 4 4 Z Y z z y a) z y x S esférica X Figura 2.33 Los tres orbitales 2p: a) 2px . Los subíndices x.indd 61 4/20/12 12:40:14 PM . se le asigna la letra s y la forma del orbital es de esfera. p. La existencia de subniveles en un nivel energético puede explicar las líneas finas de los espectros de estos elementos. c) 2py . que es el mismo que el número del nivel energético. medida.indd 62 4/20/12 12:40:15 PM . z z y Nivel principal 2 Energía Figura 2. 3s nivel forma (esfera) La siguiente tabla resume lo anterior. Nivel energético Subniveles 1 2 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 3 4 02-RECIO_QUIMICA_INORG. en el tercer nivel los valores de l serán 0. Para representar un subnivel se indica el número del nivel seguido de la letra que representa la forma del orbital. 1. Cuando l = 3 se le asigna la letra f. Cuando l = 2 se le asigna la letra d. Esto es. los valores de l comenzarán con 0 y terminarán con 4 – 1 = 3.62 Unidad 2 Estructura atómica y tabla periódica Subnivel 2s La palabra y su raíz nanómetro Nano (latín) nanus. 1 y 2. ya que 3 – 1 = 2. Se abrevia como nm. De acuerdo con esto.34 Diagrama de los niveles de energía principales 1 y 2 que muestra la forma de los orbitales que comprenden los subniveles. pequeñez excesiva. en el cuarto nivel l tendrá los valores 0. los valores de l comenzarán con 0 y terminarán con 2. De igual forma cuando n = 4. metro (latín) metrum. Subnivel 2p z y x y x x 2s 2px 2py Nivel principal 1 2pz 1s En el tercer nivel (n = 3). Medida de longitud que equivale a la mil millonésima parte del metro. 2 y 3. 10–9 m. +1. 2s y 3s. 2s y 3s Figura 2.. p.2..36 Diagrama de árbol para n = 1. pasan por 0 y terminan en el valor de +l. −1. 0 y +1. m = −2 .2 Modelo atómico de la mecánica ondulatoria y números cuanticos z z y z 63 63 z y x x 1s 2s 3s y y x x Traslape de los orbitales 1s. m = −1 .. +1. 0 .indd 63 4/20/12 12:40:15 PM . 2... Número cuántico por orientación o magnético Este número cuántico indica la orientación de un orbital atómico y se epresenta r con la letra m. luego m = 0. lo que significa que en el subnivel p hay tres orbitales. esto es: −lm = −l .. 0 . Ejemplifiquemos: Si l = 0 (al que se le asigna la letra s) entonces m = −0 .... 2 y 3 asignándoseles las letras s. Si l = 1 (al que se le asigna la letra p) n=1 ↓ l =0 ↓ m=0 1s (Primer nivel de energía) Subnivel 1 orbital Figura 2.. Los valores del número cuántico por orientación (m) dependen de los valores del número cuántico por forma ( l ).? Los valores de n son enteros y positivos: 1... +2. 0 . m tiene tres valores –1.. esto significa que en el subnivel s solamente hay un orbital. El núcleo del átomo está en la intersección de los ejes coordenados. 02-RECIO_QUIMICA_INORG.. 4. 3... 1. +0. m tiene cinco valores −2. aumenta el tamaño y la energía del orbital.. El modelo de la derecha muestra el traslape de los orbitales 1s.. esto indica que cuando l = 1. Son números enteros que empiezan con el v alor de −l. Los valores de l dependen de los valores de n comenzando por 0 hasta n − l y son 0. d y f. respectivamente. Si l = 2 (al que se le asigna la letra d ). 0. + l ¿Sabías que.. 0 .35 Comparación de los orbitales s A medida que aumenta el nivel energético externo.. +2. Este modelo podría representar al sodio. esto significa que cuando l = 2. lo que indica que el subnivel d tiene cinco orbitales. sabemos que el −0 y el +0 no existen. z dyz z z z z y y y y y x x x x x dxz dxy dx2–y2 dz2 Figura 2. m = −1 3p m=0 3s 1 orbital m=0 3p l = 2 (subnivel d) m = +1 3p m = −2 3d m = −1 3d m=0 3d m = +1 3d m = +2 3d 5 orbitales 3 orbitales Figura 2. 02-RECIO_QUIMICA_INORG.39 Formas de los cinco orbitales 3d.64 Unidad 2 Estructura atómica y tabla periódica n = 2 (Segundo nivel de energía) l = 0 (subnivel s) l = 0 (subnivel p) m = −1 2p m=0 2s m=0 2p 1 orbital m = +1 2p 3 orbitales Figura 2. n = 3 (Tercer nivel de energía) l = 1 (subnivel p) l = 0 (subnivel s) Investiga Obtén el número de orbitales para el subnivel f y dibuja el diagrama de árbol para n = 4.indd 64 4/20/12 12:40:16 PM .37 Diagrama de árbol para n = 2.38 Diagrama de árbol para n = 3. 2 Modelo atómico de la mecánica ondulatoria y números cuanticos 65 65 La siguiente tabla resume lo tratado hasta ahora con respecto a los números cuánticos. 3p y 3d. 3s.40 Distribución de electrones en un átomo El diagrama muestra la energía relativa de los subniveles 1s. 3p y 3d están más alejados del núcleo. 2p. s â . 2s. Los electrones del subnivel 1s están más cerca del núcleo. 1s Número cuántico por giro (espín) Se relaciona con el giro o movimiento de rotación que el electrón efectúa sobre su propio eje.2. Nivel energético Subniveles Orbitales por subnivel Electrones en el subnivel Electrones en el nivel 1 1s 1 2 2 2 2s 1 2 8 2p 3 6 3s 1 2 3p 3 6 3d 5 10 4s 1 2 4p 3 6 4d 5 10 4f 7 14 3 4 18 32 Nivel de energía 3d 3 3p Energía 3s 2p 2 2s 1 Figura 2. Los electrones de los subniveles 3s. 4/20/12 12:40:17 PM .41 Espín del electrón.1/2 02-RECIO_QUIMICA_INORG. Figura 2.indd 65 s â 1/2 Investiga Investiga el significado en español del vocablo inglés spin. este proceso de llenado de los niveles recibe el nombre de aufbau (del alemán “ arquitectura”) o de construcción. Se representa por s.indd 66 Letra s p d f 4/20/12 12:40:17 PM . de máxima sencillez y de máxima multiplicidad. Esto nos lleva a la conclusión de que en un orbital sólo puede haber 2e– con espines opuestos.3 Configuraciones electrónicas se abrevian para determinar las se determinan por el proceso Estructuras de Lewis Aufbau o de construcción se basan en los principios de Máxima sencillez Exclusión Máxima multiplicidad Principio de aufbau Con los conceptos tratados en el tema anterior . sus valores son +1/2 y –1/2 o ↑↓. Principio de máxima sencillez de Yeou-Ta El orden que se sigue para estructurar los distintos subniveles se basa en el principio de máxima sencillez de Yeou-Ta. este número cuántico se relaciona con la posibilidad de que una orientación del orbital acepte o no al electrón diferencial. Principio de exclusión de Pauli El principio de exclusión de Pauli establece que dos electrones en un átomo dado no pueden tener iguales sus cuatro números cuánticos. y se basa en tr es principios fundamentales: de exclusión. 2. Te resultará de gran utilidad recordar lo siguiente: l 0 1 2 3 02-RECIO_QUIMICA_INORG.66 Unidad 2 Estructura atómica y tabla periódica Como el giro del electrón solamente podrá ser en un sentido o en contrasentido. se puede desarr ollar la estr uctura electrónica de los átomos. se estructuran primero aquellos en donde n sea menor.3 Configuraciones electrónicas Mapa conceptual 2. el cual indica que en un átomo primero se estructuran aquellos subniveles cuya suma de n + l sea menor y si en varios es igual. ) 02-RECIO_QUIMICA_INORG. Si comparas 3d con 4s. Cuadro 2.3 Configuraciones electrónicas 67 67 Como se puede obser var. estructurarás primero 4s porque en él la suma (n + l ) es menor. De estos dos últimos subniv eles. procurando estructurar cada subnivel con el máximo de electrones permitido.1 Orden de los subniveles. Para elaborar la configuración electrónica de los átomos. como máximo.2. primero se estructura el subnivel 1s. cada orbital. luego el 2 s y en seguida están 2p y 3s que suman lo mismo . se sigue el orden que indican las flechas según la ilustración: Diagrama de configuración electrónica 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 7s 7p Recordemos el número de electrones que admite. orbital s orbital p orbital d orbital f 2e– 6e– 10e– 14e– (s 2) (p6) (d 10) (f 14) 3p5 significa: n=3 l = 1 (se le asigna la letra p) El exponente 5 indica que en ese subnivel hay 5 electrones (los orbitales p pueden tener de 1 a 6 electrones como máximo). se sigue el orden que se indica en el diagrama de configuración electrónica anterior. Subnivel Suma (n + l ) 1s (1 + 0 = 1) 2s (2 + 0 = 2) 2p (2 + 1 = 3) 3s (3 + 0 = 3) 3p (3 + 1 = 4) 3d (3 + 2 = 5) 4s (4 + 0 = 4) 4p (4 + 1 = 5) 4d (4 + 2 = 6) 4f (4 + 3 = 7) Ejemplo: 1H 1s1 7N 1s2 2s2 2p3 17Cl 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 26Fe 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d 6 36Kr 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 (Al sumar los exponentes se obtiene el número de electrones. 2p se estructurará primero porque tiene menor valor de n.indd 67 4/20/12 12:40:18 PM . En general. 7s2. ya que la configuración electrónica es estable (el último nivel completo con 8e –. 3p6. 3s2. 4s2. Kr. 3p6. 2s2. 5d10. 3p6. 2p6 18Ar 1s2. 4p6 54Xe 1s2. 2p6. 4p6. 5s2. 4s 2. etcétera. [Ar] la del argón. 3s2. 3s2. 2p6. 3d10. 4s2. 4p6.indd 68 4/20/12 12:40:18 PM . 3p6. 5p6. 3d 10. 4p6. Ar. 6s2. 4d 10. 2s2. 3s 2. 3p6 36Kr 1s2. 6p6 Las configuraciones electrónicas anteriores se representan con el símbolo de cada gas raro dentro de un paréntesis rectangular. 3d 10. 5d 10. 2s2. 5p6.. 2s2. 4f 14. La configuración electrónica de los gases raros es la siguiente: 2He 1s2 10Ne 1s2. 4f 14. 2s2. 4d 10. así: [He] representa la configuración electrónica del helio.? El número entero en el ángulo inferior izquierdo de cada elemento indica el número de electrones. 6p6. 5s2. Ke y Rn). 2p6. [Ne] la del neón. 5f 14. 5p6 86Rn 1s2. 3s2.68 Unidad 2 Estructura atómica y tabla periódica ¿Sabías que.. 2p6. 6s2. Si distribuimos los electr ones considerando todos los orbitales quedaría (v éase principio de máxima sencillez): 1s2. 4s2. excepto el He que contiene 2e –). Ejercicio Elabora la configuración electrónica de los siguientes átomos: 4Be 19K 25Mn 37Rb 47Ag 53I 56Ba 79Au 82Pb 92U Para elaborar la configuración electrónica de átomos con un gran número de electrones se emplean los gases raros (He. 3d 10. 2s2. 6d10. Ne. 4d10. 2p6. 7p6 02-RECIO_QUIMICA_INORG. 5s2. por ejemplo. 5d10 24Cr − [Ar]4s2. 5d10. 4p6. 4f 14. 3d 4 Ejercicio Elabora la configuración electrónica abreviada de los siguientes átomos. 3d10. es el 2He Entonces: − [He]2s2. 7s2. 3p6. 4f 9. 1H ______________________________ 13Al _____________________________ _____________________________ 14Si _____________________________ ______________________________ 15P ______________________________ 4Be ______________________________ 16S ______________________________ 5B _______________________________ 17Cl _____________________________ 6C ______________________________ 18Ar _____________________________ 7N ______________________________ 19K ______________________________ 8O ______________________________ 20Ca _____________________________ 9F _______________________________ 21Sc _____________________________ 10Ne 22Ti _____________________________ 2He 3Li _____________________________ 11Na _____________________________ 23V ______________________________ 12Mg 24Cr ____________________________ 02-RECIO_QUIMICA_INORG. 5s2.) 38Sr El gas raro anterior al estroncio es el 36Kr. 4d10. 4s2. 6s2. 2p6. 6p6. 6d10. 2s2. 2p3 (Los electrones que faltan se escriben en la forma acostumbrada. 5f 14.3 Configuraciones electrónicas 69 69 En este renglón se puede localizar el último orbital de cada gas raro. 1s2.indd 69 _____________________________ 4/20/12 12:40:18 PM . 7p6 He Ne Ar Kr Xe Rn Problemas resueltos Apliquemos lo anterior para realizar la configuración electrónica abreviada de varios átomos. Entonces: 7N 38Sr − [Kr]5s2 80Hg − [Xe]6s2.2. 7N Localizamos el gas raro anterior al nitrógeno. 3s2. 5p6. 70 Unidad 2 Estructura atómica y tabla periódica 25Mn 26Fe ____________________________ 38Sr ______________________________ _____________________________ 39Y ______________________________ 27Co _____________________________ 40Zr 28Ni 41Nb _____________________________ _____________________________ _____________________________ 29Cu _____________________________ 42Mo ____________________________ 30Zn _____________________________ 43Tc _____________________________ 31Ga _____________________________ 44Ru _____________________________ 32Ge _____________________________ 45Rh _____________________________ 33As _____________________________ 46Pd _____________________________ 34Se _____________________________ 47Ag _____________________________ 35Br _____________________________ 48Cd _____________________________ 36Kr _____________________________ 49In _____________________________ 37Rb _____________________________ 50Sn _____________________________ Principio de máxima multiplicidad de Hund La representación gráfica de un átomo se hace sustituyendo los exponentes (número de electrones) por vectores (flechas).indd 70 2s2 2p6 3s2 3p4 4/20/12 12:40:18 PM . A continuación te mostramos algunos ejemplos de representación gráfica. esto significa que tienen espín (giro) opuesto. Además. cuando hay 2 electrones en un orbital debe indicarse que su sentido es opuesto (↑↓). atendiendo al principio de máxima multiplicidad de Hund: los electrones de un mismo orbital ocuparán el máximo de orientaciones permitidas en ese orbital. Configuración electrónica: 1s2 2s2 2p3 ↑↓ 2s ↑ 2px Representación gráfica: ↑↓ 1s ↑ 2py ↑ 2pz Observa que los tres electrones del subnivel 2p se distribuyen en los tres orbitales que les corresponden. 16S Configuración electrónica: 1s2 02-RECIO_QUIMICA_INORG. luego. El kernel se representa con el símbolo del elemento y alrededor de él se colocan puntos o cruces que simbolizan a los electrones de valencia.? Los electrones en el nivel de energía principal más alto del átomo reciben el nombre de electrones de valencia. Observa los siguientes ejemplos: ++ + H + ++ + O H • ++ C + + ++ + + •• O •• •• • •• + N • • C • • • • N Estructuras de Lewis Los electrones de valencia son aquellos que sobran o faltan en los orbitales s y p exteriores para alcanzar una configuración estable de 8 electrones. como en el ejemplo siguiente: 19K – [Ar] 17Cl – [Ne] Escribe la representación gráfica de los siguientes átomos: 6C 11Na 16S 26Fe 35Br ↑ 1s ↑↓ 3s ↑↓ 3px ↑↓ 3py ↑ 3pz Se da el nombre de kernel al núcleo atómico y a todos los niveles energéticos completos.indd 71 – [Ar]4s2. que contiene 2 electrones. ¿Sabías que.2. 3d 9 4/20/12 12:40:18 PM .. 3s2 El último nivel es n = 3 con un orbital s. es decir. 2p6. Esta forma abreviada se llama estructura de Lewis. a los que se encuentran en el nivel exterior. excepto al nivel que contiene a los electrones de valencia. debemos conocer su estructura electrónica y así poder determinar cuántos electr ones contiene cada uno en su último nivel energético (n). su estructura de Lewis será: •• Mg 29Cu 02-RECIO_QUIMICA_INORG. Para realizar las estructuras de Lewis de los diferentes átomos.. Problemas resueltos Elabora la estructura de Lewis de los siguientes átomos: 12Mg Configuración electrónica 1s2. 2s2.3 Configuraciones electrónicas Representación gráfica: ↑↓ 1s 71 71 Actividad ↑↓ 2s ↑↓ 2px ↑↓ 2py ↑↓ 2pz ↑↓ 3s ↑↓ 3px ↑ 3py ↑ 3pz La representación gráfica también se puede hacer en forma abreviada. En las estructuras de Lewis sólo se indican los electrones de valencia. 5d 8 Último nivel 6 Orbital s e– 2 •• Pt (Es importante no confundir el último nivel con el último orbital).indd 72 4/20/12 12:40:18 PM . su estructura de Lewis será: Cu + +. 3d10. 4p3 Último nivel –4 Orbitales –s y p Electrones = 2 + 3 = 5 ++ ++ As + Ejercicio Representa las estructuras de Lewis de: 4Be 8O 13Al 25Mn 34Se 38Sr 48Cd 53I 82Pb 92U 02-RECIO_QUIMICA_INORG. 78Pt – [Xe]6s2.72 Unidad 2 Estructura atómica y tabla periódica Aquí. 4f 14. 3p5 Último nivel –3 Orbitales en ese nivel –s y p Electrones = 2 + 5 = 7 •• •• • •• Cl 33As – [Ar]4s2. el último orbital es el 3d pero el último nivel. 17Cl – [Ne]3s2. es el 4(n = 4) con el orbital s que contiene 2 electrones. luego. que es el que nos interesa. ideada por Berzelius en 1814.indd 73 4/20/12 12:40:19 PM .4 Tabla periódica Mapa conceptual 2. 02-RECIO_QUIMICA_INORG.4 Tabla periódica actual agrupa se basa en los Elementos químicos Números cuánticos s formando cuyos antecedentes son p los bloques o clases ordenadas d f Tríadas de Döbereiner Octavas de Newlands conforme a sus Ley periódica de Mendeleiev Propiedades químicas Tabla periódica larga representados por Radio atómico Radio iónico Símbolos Energía de ionización como que son consecuencia Electronegatividad los que además El número atómico Afinidad electrónica de La configuración electrónica Un átomo del elemento representan Su masa atómica que es el promedio de las masas de los Isótopos Símbolos químicos Los símbolos químicos son la representación de los elementos en forma clara y sencilla. fácil de recordar.4 Tabla periódica 73 73 2.2. Cadmio Bario Calcio Bromo Cloro Cromo Cd Ba Ca Br Cl Cr En la época en que vivió Berzelius ya se conocían algunos elementos con distintos nombres en los diferentes idiomas. así. el nombre en latín es provisional hasta que se lleve a cabo un consenso acerca de estos nombres. 5 (pent). (En esa época el latín era el idioma científico aceptado universalmente. 8 (oct) y 9 (en). la primera es mayúscula y la segunda minúscula.. Como ya lo mencionamos. inv ariablemente.indd 74 Elemento Nombre en latín Símbolo Azufre sulfur S Cobre cuprum Cu Fósforo phosphorus P Hierro ferrum Fe Oro aurum Au 4/20/12 12:40:19 PM . Si es una letra. son un lenguaje con el que los químicos se pueden comunicar en todo el mundo. 4 (quad).. entonces se usa una segunda letra representativa del nombre del elemento.74 Unidad 2 Estructura atómica y tabla periódica ¿Sabías que.? Los símbolos químicos son universales. la iupac propuso los siguientes nombres para los elementos 104 al 109: • • • • • • 104 dubnio 105 joliotio 106 rutherfordio 107 bohrio 108 hahnio 109 meitnerio Así. 3 (tri). Se exceptúan. los elementos 104 y 105 cambian el nombr e usado por más de 20 años. el nombre del elemento 105 es unnilpentio. 6 (hex). Los símbolos de los elementos químicos constan de una o dos letras como máximo. hay símbolos de elementos que se epresentan r con una letra. 1 (un). un (1). con la terminación io (del latín ium). Para ello empleó las letras del alfabeto. los elementos 104 a 109.) 02-RECIO_QUIMICA_INORG. 7 (sept). usando la inicial del nombre del elemento o la inicial y otra letra representativa de dicho nombre. en el pr esente. pent (5). debe ser mayúscula y si son dos. y para simbolizarlos recurrió a su nombre en latín. nil (0). En agosto de 1994. Como se indica renglones arriba. observa el siguiente ejemplo: Carbono Hidrógeno Oxígeno Nitrógeno C H O N Pero como existen v arios elementos cuyos nombres tienen la misma inicial. pues en 1976 se propuso un sistema para nombrar en forma provisional a estos elementos: su nombre es su número en latín: 0 (nil). 2 (bi). Otros nombres se refieren o tienen relación con alguna región o país: Galio Germanio Europio Californio Francia (las Galias) Alemania Europa California Algunos se relacionan con los astros: Helio Teluro Selenio Uranio Sol (el dios Helios) Tierra Luna (Selene) Urano Otros tienen su nombre en honor a algún científico: Einstenio Mendelevio Einstein Mendeleiev Un símbolo de ninguna manera debe considerarse como una abr eviatura del nombre del elemento. las cargas positivas y negativas siempre son iguales para dar una carga neta igual a cero 4/20/12 12:40:19 PM . Bromo significa “de olor fétido. En un átomo libre. ya que con él se representa: • El elemento en general • Un átomo de este elemento • Su masa atómica El cuadro 2. En síntesis.2. por ejemplo. 1H indica que 02-RECIO_QUIMICA_INORG. emitidos por tubos de ray os catódicos en los que usó diferentes elementos como blanco (ánodo) del haz de electrones.2 consigna en orden alfabético elementos conocidos. desagradable”. el número atómico indica el número de protones que hay en el núcleo del átomo y es igual al de electrones cuando el átomo es neutro. El número atómico se representa con la letra Z y se escribe en la par te inferior izquierda del símbolo del elemento ( zX ). así. Estos nombres han tenido orígenes diversos. número atómico y masa atómica.indd 75 ¿Sabías que.. y varios se refieren a alguna característica del elemento: Hidrógeno significa “productor de agua”. indicando su símbolo.? Todos los átomos del mismo elemento tienen igual número de protones (el número atómico del elemento) y el mismo número de electrones. así.. observó que la longitud de onda depende del elemento usado como ánodo.4 Tabla periódica 75 75 Cuando hablamos de la nomenclatura de los elementos. Plomo quiere decir “pesado”. Número atómico El número atómico fue descubierto por Moseley (1913) al estudiar las longitudes de onda de los ray os X. nos referimos a su nombre. Elemento Actinio Aluminio Americio Antimonio Argón Arsénico Ástato Azufre Bario Berilio Berkelio Bismuto Bohrio Boro Bromo Cadmio Calcio Californio Carbono Cerio Cesio Cloro Cobalto Cobre Cromo Curio Darmstadtio Disprosio Dubnio Einstenio Escandio Estaño Estroncio Europio Fermio Flúor Fósforo Francio Gadolinio Galio Germanio Hafnio Hassio Helio Hidrógeno Hierro Holmio Indio Iridio Iterbio Itrio Kriptón Lantano Laurencio Litio Lutecio Símbolo Ac Al Am Sb Ar As At S Ba Be Bk Bi Bh B Br Cd Ca Cf C Ce Cs Cl Co Cu Cr Cm Ds Dy Db Es Sc Sn Sr Eu Fm F P Fr Gd Ga Ge Hf Hs He H Fe Ho In Ir Yb Y Kr La Lr Li Lu Número atómico Masa atómica Elemento 89 13 95 51 18 33 85 16 56 4 97 83 107 5 35 48 20 98 6 58 55 17 27 29 24 96 110 66 105 99 21 50 38 63 100 9 15 87 64 31 32 72 108 2 1 26 67 49 77 70 39 36 57 103 3 71 0227. 02-RECIO_QUIMICA_INORG.115 35.007 94 55.04 88.94 144.966 54 190.019 7* 157.999 4 106.100 9* 196.224 * Masa del isótopo conocido con la mayor vida media.905 5 260.078 251.012 182 247.50 262* 252.930 32 114.80 138.098 3 140.2 15.2 244.08 207.76 Unidad 2 Estructura atómica y tabla periódica Cuadro 2.59 95.693 4 92.467 8 101.49 265* 4.998 403 2 30.115 140.904 47 65.868 2 195.941 174.2 Características de los elementos.002 602 1.907 65 144.105 4* 6.905 50 272* 85.207 102.383 3 180.061 4* 121.989 768 204.305 0 54.07 261* 150.62 151.60 158.757 39.996 1 247.710 87.indd 76 4/20/12 12:40:19 PM .028 9 50.811 79.025 4 222.011 140.179 7 237.85 285* 289* 238.912 8* 231.955 910 118.038 1 168.327 9.24 20.987 1* 32.96 28.027 8* 26.066 137.82 192.905 85 83.070 3* 208.61 178.39 91.965 257.904 112.982 4* 39.095 1* 18.070 3* 271* 162.006 74 259.085 5 22.947 9 97.973 762 223.88 232.847 164.452 7 58.082 8* 44.934 21 183.933 20 63.546 51.941 5 131.411 40.902 2* 127.921 59 209.035 88 226.25 69.723 72.098 6* 200.906 38 14.079 6* 12.967 Magnesio Manganeso Meitnerio Mendelevio Mercurio Molibdeno Neodimio Neón Neptunio Níquel Niobio Nitrógeno Nobelio Oro Osmio Oxígeno Paladio Plata Platino Plomo Plutonio Polonio Potasio Praseodimio Prometio Protactinio Radio Radón Renio Rodio Roentgenio Rubidio Rutenio Rutherfordio Samario Seaborgio Selenio Silicio Sodio Talio Tantalio Tecnecio Telurio Terbio Titanio Torio Tulio Tungsteno Ununbio Ununquadio Uranio Vanadio Xenón Yodo Zinc Zirconio Símbolo Mg Mn Mt Md Hg Mo Nd Ne Np Ni Nb N No Au Os O Pd Ag Pt Pb Pu Po K Pr Pm Pa Ra Rn Re Rh Uuu Rb Ru Rf Sm Sg Se Si Na Tl Ta Tc Te Tb Ti Th Tm W Uub Uuq U V Xe I Zn Zr Número atómico 12 25 109 101 80 42 60 10 93 28 41 7 102 79 76 8 46 47 78 82 94 84 19 59 61 91 88 86 75 45 111 37 44 104 62 106 34 14 11 81 73 43 52 65 22 90 69 74 112 114 92 23 54 53 30 40 Masa atómica 24.925 34 47.938 05 266* 258.064 2* 208.42 107.980 37 262* 10.048 2 58.017 6* 186.29 126.22 173.948 74.36 263* 78.981 539 243. No resulta práctico medir la masa de los átomos en unidades conv encionales. es decir. Dalton destacó la importancia de este concepto (véase Modelo atómico de Dalton) al indicar que los átomos de distintos elementos sólo diferían en su masa (peso atómico). la masa promedio de la mezcla de los isótopos del elemento. E l número de masa se refiere al númer o de par tículas (protones y neutrones) de un átomo. Conociendo lo que indica tanto el númer o atómico como el de masa.indd 77 4/20/12 12:40:19 PM . El número de masa se representa con la letra A y se escribe en la parte superior izquierda del símbolo del elemento (AX). Este número de neutrones se escribe en la parte inferior derecha del símbolo del elemento (XN). Por ejemplo. por lo que este átomo tendrá un protón en su núcleo y un electrón en la envoltura: 8p+ 17p+ 26p+ 47p+ 92p+ 8O 17Cl 26Fe 47Ag 92U y y y y y 8e– 17e– 26e– 47e– 92e– Número de masa Por número de masa se entiende la suma de nucleones. 146 neutrones y que la suma de ambos (número de masa) es igual a 238.6 × 10–24 g 02-RECIO_QUIMICA_INORG. es decir . mientras que la masa atómica indica la cantidad de materia que hay en los átomos. ya que la masa del átomo de hidrógeno sería: 0. protones más neutrones.000 000 000 000 000 000 000 001 6 g = 1. gramos. se puede obtener el número de neutrones restando al número de masa el número atómico (N = A – Z).2. 238 92 U 146 indica que el átomo de uranio en su núcleo contiene 92 protones. por ejemplo. 35 17 Z = 17 N = 18 A = 35 Cl18 17p+ 18no 35 nucleones Masa atómica El número de masa y la masa atómica son dos conceptos distintos. En ocasiones se coloca en la parte superior derecha. aunque numéricamente son casi iguales.4 Tabla periódica 77 77 el número atómico del hidrógeno es 1 (z = 1). 0 Cloruro de estaño (SnCl4) 260. comparada con la masa de un átomo del isótopo del carbono 12. Es decir: (Ce)(Ma) = 6·4 donde 6–4 Ma = C e 02-RECIO_QUIMICA_INORG. que establece que a temperatura suficientemente elevada. que es la masa atómica del cloro. a par tir de 1961. Cuadro 2. Para determinar las masas atómicas se pueden seguir varios procedimientos. se obtiene como máximo común divisor 35.5 Cloruro de arsénico (III) (AsCl3.3 Cómo determinar la masa atómica del cloro Compuestos de cloro Masa molecular Cloro contenido en la Mol 36.78 Unidad 2 Estructura atómica y tabla periódica Para medir la masa de los átomos hay que emplear una unidad adecuada.) 181.5 106. De esta manera.0 142.0 71.0 Tetracloruro de carbono (CCl4) 154.5 35. Método de los calores específicos Se basa en la ley de Dulong y Petit.5 Cloruro de mercurio (II) (HgCl2) 271. O riginalmente se tomó como base de comparación la masa del hidr ógeno (H1). la masa atómica relativa de un elemento se define como la masa de ese elemento.5.0 Tricloruro de fósforo (PCl3) 137.5 106.indd 78 4/20/12 12:40:19 PM . el producto del calor específico (C e) de diversos elementos sólidos por su peso atómico (masa atómica) M ( a) es una cantidad aproximadamente igual a 6. en seguida se determinan las masas molecular es de tales compuestos y mediante análisis químico cuantitativo se establece la proporción del elemento problema en cada uno de ellos.0 142. se toma como unidad de masa atómica ( u) la doceava parte de la masa del isótopo 12 del carbono (C12).4. después se relacionó con la masa del o xígeno (O16) y en la actualidad.5 Ácido clorhídrico (HCl) Al comparar los números obtenidos en la última columna. entre éstos tenemos: Método del máximo común divisor Este procedimiento consiste en escoger v arios compuestos que contengan al elemento cuya masa atómica se desea conocer. por sustitución puede obtenerse su masa atómica. y que sobre ellas actúa una corriente de air e tal que las desvía antes de llegar al suelo. W..2. boro. con lo cual resaltamos que este procedimiento no es exacto..031 Si se observa el cuadro 2. mientras que la de hierro sufre una desviación menor.. En el espectrógrafo de masas. su masa atómica será: Ma = 6. como carbono.. madera.031 cal/g °C. es posible calcular la masa atómica (figura 2...2..4 0. El principio en que se basa este aparato es muy simple. berilio. medida en calorías. se aceleran a velocidad elevada y se desvían por medio de un campo magnético.. al conocer el calor específico de un elemento..4 = 206. la esfera que pr esenta mayor desviación será la de cor cho. Por ejemplo. la masa atómica del plomo es 207. si el calor específico del plomo es 0. hierro). El calor específico de una sustancia es la cantidad de calor necesaria. Estas partículas se electrizan con carga positiva al perder uno o más electrones. fue inventado por F. sólo aproximado. silicio.4 Tabla periódica 79 79 Como se observa en la segunda fórmula..2. los átomos y las moléculas sustituy en a las esferas del ejemplo anterior. Espectrógrafo de masas Es un aparato empleado para determinar con gran exactitud las masas atómicas. para elevar un grado Celsius la temperatura de un gramo de dicha sustancia (cal/g °C). Este método no es muy exacto y no puede aplicarse a elementos de peso atómico bajo.42).. etcétera. Los átomos de masa diferente se separan y llegan a distintos puntos sobre una placa fotográfica.42 Espectrógrafo de masas. Electrodo + – Electrodo acelerador de alto voltaje Los polos magnéticos se encuentran atrás y adelante del plano del papel Haz de electrones Campo magnético Tubo de entrada .. Supongamos que se dejan caer de cierta altura tres esferas del mismo tamaño per o de diferente material (corcho.indd 79 Figura 2. Aston en 1920.. Según el grado de desviación y la fuerza del campo magnético..Filamento caliente Detector A fuente de voltaje 02-RECIO_QUIMICA_INORG. 4/20/12 12:40:20 PM . se demostró que algunos núcleos del mismo númer o atómico pueden tener masas difer entes. pero la masa atómica de este elemento es 6. El flúor está constituido por un solo isótopo natural.941) está más próximo al 7. el oxígeno. 1 Electrón (–) 1 Electrón (–) 1 Electrón (–) 1 Protón (+) 1 Protón (+) 1 Protón (+) 1 Neutrón (+) 2 Neutrones (+) Deuterio ( 21H) Tritio (31H) Protio ( 11H) Núcleo Núcleo 11 protones 12 neutrones Figura 2.80 Unidad 2 Estructura atómica y tabla periódica Isótopos La palabra y su raíz isótopo (Del griego) isos. O17 y O18. se multiplican las masas de sus isótopos por el por centaje de abundancia y estos pr oductos se suman: el resultado es la masa atómica del elemento.44 Dos isótopos del sodio Ambos tienen 11 protones y 11 electrones. H1 (protio). igual y topos. Los isótopos de un mismo elemento son átomos cuyo núcleo es idéntico en cuanto al número de protones. 02-RECIO_QUIMICA_INORG. pero difieren del número de neutrones en el núcleo.43 Isótopos del hidrógeno. el uranio por U234. se escribe el símbolo y como exponente la masa atómica aproximada.941 que resulta de promediar las masas de los dos isótopos y. el estaño por un total de diez isótopos naturales. como se obser va. U235 y U238. 23 11 Na 11 electrones 11 protones 13 neutrones 24 11 Na 11 electrones Para distinguir a los isótopos entr e sí. Al estudiar la desviación de los átomos con espectrógrafos de masas. H2 (deuterio) y H3 (tritio) son los tres isótopos del hidrógeno. Las masas de los isótopos de litio son 6 y 7.indd 80 4/20/12 12:40:20 PM . Para determinar la masa atómica pr omedio de un elemento. lugar: mismo lugar Figura 2. por ejemplo. pero tienen diferente número de neutrones. por los isótopos naturales O16. Los isótopos son átomos de un mismo elemento con distinto número de masa. Las masas atómicas de los diferentes elementos son realmente el promedio de las masas de sus isótopos. los isótopos de litio de masa 6 son los más abundantes porque el promedio (6. tal como se muestra en la figura.927 28. Los isótopos se identifican indicando el número de masa después del nombre o del símbolo del elemento.0 × 3.2% = 8. como el sodio. El magnesio se encuentra como una mezcla de tres isótopos y el cobre como una mezcla de dos.0 y 3.484 La masa atómica del cloro es 35. 100% Na23 79% Mg24 10% Mg25 30. 92.7% de isótopos de masa 29.09% de isótopos de masa 30.2 % = 25. 02-RECIO_QUIMICA_INORG.7 % = 1.8% y el isótopo 37 con una abundancia de 24. El silicio está formado por una mezcla de tres isótopos naturales.363 30.954 35.816 29.4 Tabla periódica 3 protones 4 neutrones Figura 2.6 del litio.indd 81 4/20/12 12:40:21 PM .2.2% Cu63 11% Mg26 Figura 2.106 u. El litio que se encuentra en la naturaleza tiene dos isótopos.8% Cu65 69.46 Masas atómicas promedio Algunos elementos. 4. Así.4%) son átomos con 3 protones. 4 neutrones y 3 electrones y constituye el 92.106 La masa atómica del silicio es 28. ¿Cuál es la masa atómica del elemento silicio? 28. El resto del litio (7. todos los átomos que contienen 3 protones en el núcleo son átomos de litio.0. ¿C uál es la masa atómica del cloro? 35 × 75.484 u.8% = 26.2% de isótopos de masa 28. 3 protones 3 neutrones Protón Neutrón Li 7 Electrón 81 81 Li 6 Problemas resueltos El elemento cloro está formado por dos isótopos naturales. El isótopo de la izquierda tiene 3 protones. 3 neutrones y 3 electrones. el isótopo 35 con una abundancia de 75.2%. Los dos isótopos del litio son Li7 y Li6.53 37 × 24.09% = 0.0 × 4.45 Las partículas de un átomo El número de protones de un átomo determina qué elemento es.0 × 92.0. sólo tienen una clase de átomos. tienen propiedades similares y además la masa atómica del elemento central de cada tríada es el promedio de las masas de los otros dos. en 1817. los científicos pudieron afirmar que la dieta del rey era rica en carne.indd 82 4/20/12 12:40:22 PM . omitiendo al hidrógeno. azufre. 02-RECIO_QUIMICA_INORG. El análisis de los isótopos de nitrógeno encontrados en el destruido sarcófago del rey reveló detalles de su dieta. quien. presentaba una elevada proporción de N15/N14. bromo y yodo. Estas anécdotas ilustran que los isótopos pueden ser una valiosa fuente de información biológica e histórica. observó que las propiedades de cada octav o elemento eran semejantes. Ley periódica de Mendeleiev Mendeleiev estableció la ley periódica. Los isótopos son átomos que tienen el mismo número de electrones y diferente número de neutrones. se debe al químico ruso Mendeleiev y en éste se basan las actuales tablas periódicas. sugiere colocar a los elementos conocidos en su tiempo en grupos de tres: cloro. han permitido a las autoridades identificar el origen de muestras ilegales de marfil. Octavas de Newlands En 1865. en general. (y que según cuenta la leyenda. ya desintegrado. comparada con aquellos que consumen principalmente hojas de árboles. llamados tríadas de Döbereiner. todo lo que tocaba lo convertía en oro). Otro caso de investigación isotópica se refiere a la tumba del rey Midas.82 Unidad 2 Estructura atómica y tabla periódica Lectura Cuentos de isótopos Los átomos de un elemento constan. La proporción de isótopos en los elementos que se encuentran en animales y humanos vivos reflejan cuál es su dieta. Desarrollo de la tabla periódica Tríadas de Döbereiner El primer intento serio se atribuye a Döbereiner. C. de varios isótopos. litio. etcétera. El organismo responsable de la desintegración del sarcófago de madera del rey tenía altos valores de nitrógeno. Li Na Be Mg B Al C Si N P O S F Cl Un arreglo más exacto de los elementos conocidos en 1869. éstas a su vez son más altas que las de las plantas. los elefantes africanos que se alimentan de pastos tienen distinta proporción de C13/C12 en sus tejidos. sodio y potasio. Como los elefantes que comen hojas de árboles y los que se alimentan de pastos habitan en distintas áreas de África. Newlands ordenó los elementos conocidos en su época en forma cr eciente. las diferencias observadas en las proporciones de isótopos C13/C12 en las muestras de marfil de elefante. Los investigadores descubrieron que el origen de este nitrógeno era el mismo cuerpo del rey muerto. Como la madera podrida bajo su cuerpo. Por ejemplo. el octavo es como una repetición del primero. selenio y telurio. empezando en cualquier elemento. A este arreglo se le llama ley de las octavas de Newlands. entonces se adquieren distintas cantidades de C13/C12 del CO2 atmosférico. Los científicos descubrieron que las proporciones de N15/N14 de los carnívoros son más altas que las de los herbívoros. rey de Frigia en el siglo a. Esto se debe a que el pasto tiene un patrón de crecimiento muy diferente al de las hojas de los árboles. es decir . la cual indica que las pr opiedades de los elementos químicos están en función periódica de sus masas atómicas. atendiendo a su peso atómico y. Los elementos que integran estos grupos. 4 11 12 14 16 19 23 Mg Al Si P S Cl K Ca ? ?Er ?Yt ?Im 24 27. cuando se conoció más a fondo la estructura del átomo y los elementos se ordenaron de manera creciente. esto fue modificado a principios del siglo xix. la ley periódica se modificó indicando que las propiedades de los elementos están en función periódica de sus números atómicos. pr edijo la existencia de algunos cuyo descubrimiento fue posterior.4 28 31 32 35.4 104. O bserva esto en el encabezado de cada grupo en la tabla periódica de la página 82. los periodos se identifican con números del 1 al 7. hay cuatro pares de ellos que no siguen el orden ascendente de su peso o masa atómica.indd 83 4/20/12 12:40:22 PM .4 65.4 87.6 Ti V Cr Mn Fe Ni.4 Tabla periódica 83 83 La gran importancia de esta ley radica en que muestra que la clasificación de los elementos es completamente natural. La tabla periódica de los elementos organiza los elementos químicos. el Comité de Nomenclatura de la American Chemical Society recomendó designar el gr upo con los números del 1 al 18. de tal forma. y no atendiendo a su masa. En esta tabla se distinguen columnas verticales llamadas grupos y renglones horizontales llamados periodos. De esta manera M endeleiev. el cero y las letras A y B. al clasificar los elementos.6 108 112 116 118 122 128? 127 133 137 ? Ta W Pt Ir Os Hg 180 182 186 197.4 106.4 198 199 200 Au 197? Bi 210? TI Pb 204 207 Ley periódica basada en el número atómico En el arreglo de los elementos de M endeleiev.6 92 94 95 188? Zr Nb Mo Rh Ru Pd Ag Cd Ur Sn Sb Te 1 Cs Ba 90 94 96 104.2 68 70 75 79. Primera tabla de Mendeleiev (1869) H Li 1 7 Be B C N O F Na 9. A los grupos se les asignaban números romanos. Pero a partir de 1987. sino a su número atómico (z).2. Co Cu Zn ? ? As Se Br Rb Sr Ce La Dy Th 50 51 52 55 56 59 63. que se llama tabla periódica.4 80 85. En tanto.5 39 40 45 45 60 75. Tabla periódica larga La clasificación actual recibe el nombre de tabla periódica larga. 02-RECIO_QUIMICA_INORG. 90 I Bromo 79.33 132. 8 45 2 3 6 Rutenio 9 VIII B Sólido Líquido Gas Artificial 101.22 Zr 3 40 Titanio 47.3 Xe 54 Criptón 83.9 Tb 3 65 Roentgenio (272) Rg 111 Oro 196.62 85.81 B 13 5 13 III A 13 115 Bismuto 208.97 Lu 2 71 Itrio 88. 3 76 4 6 5 Tecnecio (98) Tc 8 8 Fe 4.90 At 2 85 4 6 Cloro 35.96 Se 34 Azufre 32.94 Li Hidrógeno 1.21 Re Hierro 55.90 Y 2 39 IV B 4 5 VB 5 Protactinio 231 Pa 4 91 Praseodimio 140.22 Ir Rodio 102.84 Plutonio (244) Pu 5 94 6 4 3 Samario 150.1 K 19 24.49 Hf 3 72 Circonio 91.02-RECIO_QUIMICA_INORG. 2 43 5 4 3 Molibdeno 95.97 P +– 3 5 5 4 2 +– 3 Nitrógeno 14.36 11 Berquelio (247) Bk 3 97 Terbio 158.47 Sr 1 38 Calcio Potasio Rb 37 40.82 In 2 49 Galio 69.98 Bi 2 83 4 16 VI A 16 – 116 Polonio (209) Po Teluro 127.72 Ga 2 31 Aluminio 26.94 V 4 23 3 Número atómico 44.87 Ag 2 47 4 Cobre 63.18 Ne 10 Helio 4.9 Ho 3 67 Ununtrio (284) Uut 113 Talio 204.01 C 3 14 3 6 14 IV A 14 0 0 0 0 0 0 84 Unidad 2 Estructura atómica y tabla periódica 1) Los lantánidos y actínidos se insertan en el lugar donde señala la flecha.91 Nb 4 41 Vanadio 50.indd 84 7 6 5 4 3 2 1 1 +– 1 Radio Francio Actínidos Lantánidos (226) (223) Ra 1 88 Bario Cesio Fr 87 137. sin embargo esto no ha sido confirmado.3 Sm 3 62 Hassio (265) Hs 108 Osmio 58.09 Pt 4 78 2 3 6 Paladio 106.54 Cu 2 29 3 Inertes No metales 10 Pd 3 46 2 4 IB 11 Metaloides Metales 10 Ni 2 28 3 Grupo Californio (251) Cf 4 98 3 Disprosio 162. 3) Los elementos con letra gris son artificiales.95 Ta 4 73 Niobio 92.99 Cr 5 24 4 3 2 6 Estado de agregación Masa atómica Nombre Símbolo Número de oxidación VI B 6 Níquel 58.37 Ti 2 81 1 Indio 114.69 Curio (247) Cm 3 96 2 4 Gadolinio 157.85 W 5 74 7 Mn 3 25 6 2 6.5 Dy 3 66 4 Ununbio (285) Uub 112 Mercurio 200.45 Br 4 53 –2 6 Flúor 18.38 Zn 2 30 1 12 II B 12 Einstenio (252) Es 3 99 Holmio 164.2 Nd 3 60 4 Seaborgio (263) Sg 106 Tungsteno 54.01 N 15 VA 15 Uuq Uup Uuh 114 Plomo 207.95 Sc 2 21 2 2 III B 3 VII B 7 Uranio 238 U 5 92 4 Neodimio 144.9 La 57 Laurencio (262) Lr 2 103 Lutecio 174. 4/20/12 12:40:23 PM . 3 26 2 7 6 Manganeso 6.40 Cd 1 48 Cinc 65.93 Americio (243) Am 4 95 6 5 3 Europio 152 Eu 3 63 2 Meitnerio (268) Mt 109 Iridio 192.08 Ca 1 20 39.97 Au 4 79 2 Plata 107.64 Ge 3 32 Silicio 28.06 S Fermio (257) Fm 3 100 Erbio 167.94 Neptunio 237 Np 6 93 5 4 3 Prometio (145) Pm 3 61 Bohrio (264) Bh 107 Renio 186. 2 75 5 4 3 183.8 Kr 36 Argón 39.2 Er 3 68 Ununquadio (289) Mendelevio (258 ) Md 3 101 Tulio 168.03 He 2 0 18 Uus 117 Astato (210) 3 5 7 +– 1 5 7 +– 1 5 +– 1 3 5 7 –1 +– 1 126.01 Be 1 4 6.59 Hg 3 80 1 Cadmio 112.98 Al Boro 10.90 Ti 3 22 4 138.008 2 II A IA H 11 3 1 2 1 3 Escandio 232 Torio Actinio Th (227) Ac 3 90 Cerio Lantano 89 140.99 17 Cl 4 35 –2 Ununhexio (292 ) 6 4 17 VII A F 17 2 9 +– 2 Oxígeno 15.9 Pr 3 59 4 Dubnio (262) Db 105 Tantalio 180.99 O 16 8 3 84 5 5 +– 3 Antimonio 121.1 Ce 3 58 Rutherfordio (261) Rf 3 104 Hafnio 178.24 Os 9 Co 3 27 2 4.91 Ba 1 56 Estroncio Rubidio Cs 55 87.08 Si 7 4 15 2 +– 4 Carbono 12.07 Ru 7 44 7.94 Mo 5 42 3 Cromo 51.99 Na Berilio Litio 1 12 9.91 Rh Cobalto 4.92 As 4 33 Fósforo 30.2 Gd 3 64 2 Darmstadtio (281) Ds 110 Platino 195.31 Magnesio Sodio Mg 22. 2) En fechas recientes se publicó que existen elementos con número atómico mayor al 111.75 Sb 4 51 2 5 +– 3 Arsénico 74.6 Te 52 Selenio 78.9 Tm 3 69 Ununpentio ( 288) Nobelio (259 ) No 3 102 Iterbio 173 Yb 3 70 2 3 2 3 2 Yodo 18 Neón ( 293) Ununoctio Uuo (291 ) Ununseptio 118 Radón (222) Rn 86 Xenón 131.19 Pb 1 82 3 Estaño 118.94 Ar 18 20.69 Sn 3 50 Germanio 72. 8 77 2 3 6 190. 3s23p6. tratando algunos átomos de los grupos 1(1A). 3s1 1 3 2 4 3 2 1(1A) 1H 3Li 11Na 2(2A) 4Be 12Mg 20Ca 1s2. Configuración electrónica Núm. Veamos qué indica el número de grupo y el número de Grupo 85 85 periodo en esta tabla. de niveles energéticos 1s2. 2s22p6. 13(3A). Te proporcionamos un ejemplo en cada grupo.indd 85 4/20/12 12:40:29 PM . 2s22p6. llamados representativos. 2s2. 17(7A) y 18(8A). 2(2A). 15(5A). 4s2 13(3A) 5B 1s2. 2s2 2p1 13Al 31Ga 14(4A) 6C 14Si 32Ge 1s2. 2s2 2p6. 14(4A). 4s23d104p2 4 4 1s2. 2s22p6. 2p4 6 2 1s2. 2s22p6. 3s23p5 7 3 1s2. 2s2 2p6. 3s23p6 8 3 15(5A) 7N 15P 33As 16(6A) 8O 16S 34Se 17(7A) 9F 17Cl 35Br 18(8A) 2He 10Ne 18Ar 02-RECIO_QUIMICA_INORG. 16(6A). 3s2 3p6.2. de electrones en el último nivel Núm.4 Tabla periódica Manos a la obra Distribución electrónica Efectúa la distribución electrónica de los átomos que se indican. 3s23p3 5 3 1s2. Be. 6. Entonces ¿qué te indica el número de los grupos 1 y 2 y el segundo dígito de los gr upos 13 al 18? _________________________________________________________________ Como ya indicamos. C. 3. ya que su único nivel se completa con 2e –.indd 86 4/20/12 12:40:29 PM . B. Mg. Ca. a los r englones horizontales se les llama periodos y se les asignan los números 1.86 Unidad 2 Estructura atómica y tabla periódica Ejercicios Contesta lo que se te pide: ¿Cuántos electrones tienen en su último niv el energético los átomos de los elementos del grupo 1(1A)? ___________________________________________________________ ¿Cuántos electrones tienen en su último niv el energético los átomos de los elementos del grupo 2(2A)? ___________________________________________________________ ¿Cuántos electrones tienen en su último niv el los átomos de los elementos del gr upo 13(3A) ________________________________________________________________ ¿Y los del 14(4A)? ________________________________________________________ ¿Los del 15(5A)? _________________________________________________________ ¿Los del 16(6A)? _________________________________________________________ ¿Los del 17(7A)? _________________________________________________________ ¿Los del 18(8A)? _________________________________________________________ Se exceptúa el He. F y Ne? __________________ ¿Cuántos niveles de energía tienen? ______________________________________ ¿Cuántos niveles tienen los del periodo 3? (Na. N. …)________________________________________________ ¿Y los del periodo 5? ______________________________________________________ ¿Y los del 6? ____________________________________________________________ ¿Y los del periodo 7? ______________________________________________________ ¿Qué te indica el número del periodo? ______________________________________ El periodo 6 comprende también a los elementos llamados lantánidos. 4. …) ___________________________ ¿Y los del 4? (K. Ga. O. 02-RECIO_QUIMICA_INORG. 2. que forman el primero de los renglones que se encuentran en la parte inferior de la tabla periódica (del 57 al 70). 7. 5. ¿Con qué relacionas esos siete números? _______________________________________ Observa la distribución electrónica que hiciste anteriormente y contesta: ¿En qué periodo se encuentran el hidrógeno (H) y el helio (He)? ________________ ¿Cuántos niveles de energía tienen? ______________________________________ ¿En qué periodo se encuentran el Li. que forman el segundo renglón de la parte inferior (del 90 al 103). y el número del periodo indica el número de niveles.2. indica el número de niveles y el número de electrones que tienen en su último nivel los siguientes átomos: Aluminio (Al) Número de niveles ________________________ Número de e– en el último nivel ________________________ Sodio (Na) ________________________ ________________________ Fósforo (P) ________________________ ________________________ Cloro (Cl) ________________________ ________________________ Argón (Ar) ________________________ ________________________ Francio (Fr) ________________________ ________________________ Radio (Ra) ________________________ ________________________ Hasta ahora hemos visto que el número del grupo indica cuántos electrones hay en el último nivel energético. ¿Cuántos elementos forman el periodo 1? ______________________________________ ¿Cuántos elementos forman el periodo 2? ______________________________________ ¿Y cuántos el 3? _________________________________________________________ ¿Y el 4? ________________________________________________________________ ¿Y el 5? ________________________________________________________________ ¿Y el 6? ________________________________________________________________ ¿Y el 7? ________________________________________________________________ ¿En qué periodo se encuentra el yodo (I)? ______________________________________ ¿En cuál grupo está? ___________________________________________________ ¿Cuántos niveles de energía tiene un átomo de yodo? _____________________________ ¿Cuántos electrones tiene en su último nivel? ___________________________________ ¿En qué periodo se localiza el calcio (Ca)?______________________________________ ¿En cuál grupo se encuentra?_____________________________________________ ¿Cuántos electrones tiene el átomo de calcio en su último nivel?_____________________ ¿Cuántos niveles tiene? ____________________________________________________ De acuerdo con su ubicación en la tabla periódica. la confi- 02-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 87 4/20/12 12:40:29 PM . Ahora bien.4 Tabla periódica 87 87 Al periodo 7 también corresponden los elementos llamados actínidos. 3d Sr 4d 56 Cs Ba Ra Y 71 5d 88 Fr Sc 39 Rb 87 7s Ca 38 55 6s 3 21 Lu 103 6d Lr 4 22 5 23 Ti 40 Hf 104 42 74 106 Db Rf Hs Bh Sg Región s Mt 111 Hg 82 Ti 6p 113 Uub Rg Ds 81 57 4f La 89 5f Ac 58 Ce 90 Th 59 Pr 91 Pa 60 Nd 92 U 53 Te Sb 85 Po Bi At 116 115 Kr 54 I 84 Ar 36 Br Se 83 Región d 35 52 Uuq Uup Uut 7p As Ne 18 Cl S 51 Pb 114 F 17 34 He 10 O P Sn In 5p 112 50 17 9 16 33 Ge 49 Cd N 15 Si 32 Ga 4p 80 Au Pt 110 Zn Ag 79 31 48 14 Al 3p 12 30 Cu 47 Pd 78 Ir 109 11 29 Ni 46 Rh 77 Os 108 10 28 Co 45 Ru 76 Re 107 9 27 Fe 44 Tc 75 W Ta 105 8 26 Mn 43 Mo Nb 73 7 25 Cr V 41 Zr 72 6 24 16 8 C 13 Mg 15 7 B 2p 20 37 5s Be K 4s 14 6 5 12 11 3s 13 2 4 3 Xe 86 Rn 118 Uuo Uuh Región p 61 62 Pm 93 Sm 94 Np Pu 63 Eu 95 Am 64 Gd 96 Cm 65 Tb 97 Bk 66 Dy 98 Cf 67 Ho 99 Es 68 Er 100 Fm 69 Tm 101 Md 70 Yb 102 No Región f Orbital s p d f Número máximo de electrones 2 6 10 14 En la figura 2. 4. 18 1 1 2 H 1s Li 2s Na 19 Figura 2. 02-RECIO_QUIMICA_INORG. Para escribir las configuraciones electrónicas avanza de izquierda a derecha. según la región. f. d y f. recuerda que a los orbitales se les asignan las letras s. la región p con 6 columnas. 5.88 Unidad 2 Estructura atómica y tabla periódica guración de la tabla periódica moderna es el resultado directo del orden con el que los electrones llenan los subniveles energéticos y los orbitales (revisa el principio de máxima sencillez). la r egión d con 10 y la r egión f con 14. p. a lo largo de un periodo. d o f. con lo anterior deducimos que el número de columnas. con esto se deduce también que el nivel energético exterior es el 5. En el caso del Rb su subniv el externo es el 5s con 1 electrón.indd 88 4/20/12 12:40:29 PM . d. corresponde al máximo de electrones que puede haber en los orbitales s. p. d y f que se muestran en esta tabla periódica. llenando los orbitales que corresponden a los bloques s. Además.47 podrás apr eciar cuatro regiones: la región s con 2 columnas. Observa la figura 2. p. 6. 2.47. 7) y el orbital s. p.47 La tabla periódica: clave para la configuración electrónica No es necesario memorizar las configuraciones electrónicas si puedes interpretar los bloques s. Para conocer qué representan estas regiones veamos la configuración electrónica abreviada de dos elementos de cada región: Región s 1 37Rb[Kr] 5s 2 56Ba[Xe] 6s Cada renglón de la r egión s empieza con los númer os de los niv eles energéticos (1. 3. 15P Al consultar la tabla periódica vemos que su último subnivel es el 3p. así puedes interpretar los bloques o regiones s. 3d 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Escandio 21 Sc [Ar]4s2 3d1 Titanio 22 Ti [Ar]4s4 3d2 Vanadio 23 V [Ar]4s2 3d3 Cromo 24 Cr [Ar]4s1 3d5 Manganeso 25 Mn [Ar]4s2 3d5 Hierro 26 Fe [Ar]4s2 3d6 Cobalto 27 Co [Ar]4s2 3d7 Níquel 28 Ni [Ar]4s1 3d8 Cobre 29 Cu [Ar]4s1 3d10 Zinc 30 Zn [Ar]4s2 3d10 Región f 2 58Ce[Xe] 6s . pero el nivel exterior es el 4 con 2 electr ones en el orbital s. Región d 2 1 21Sc[Ar] 4s . 4s 4p En este caso es el 4p5 el subnivel externo y su nivel energético de mayor energía es el 4 con 7 electrones (4s 2 4p5). lo cual satura los orbitales d. La clave para la configuración electrónica hace innecesario memorizar tales configuraciones. pero su nivel exterior es el 4 con 2 electrones en el orbital s que son los electrones de valencia para este elemento. 13Al[Ne] 3s 23p1 El último subnivel del Al es el 3p1 y su último nivel es el 3 con 3 electrones.4 Tabla periódica 89 89 En el Ba su último subnivel es el 6s2. Observa que el cromo y el cobre tienen un solo electrón en el orbital 4s. 3d 10 Último subnivel: 3d 10. Tales excepciones no predecibles muestran que las energías de los subniveles 4s y 3d son parecidas.48 Configuración electrónica de los elementos de transición 3d A lo largo del bloque d se adicionan 10 electrones. 30Zn [Ar]4s 2.indd 89 4/20/12 12:40:30 PM . Región p 10 2 5 35Br[Ar] 3d . Veamos la gráfica que nos pr oporciona el orden de llenado de los subniv eles y marquemos el subnivel 3p. p. 2 92U[Rn]7s . pero sus electrones de valencia están en el nivel 6 y son 2. d y f. sigamos el or den inverso llenando. que es el de mayor energía. 4f 2 Su último subnivel es el 4f 2. 3d Su último subnivel es el 3d 1. Las dos filas de la r egión f son los lantánidos (númer os atómicos del 58 al 71) y los actínidos (números atómicos del 90 al 103) y reciben el nombre de elementos de transición interna. con el máximo de electrones.2. 5f 4 Su último subnivel es el 5f 4 y sus electrones de valencia son 2 y están en el nivel 7. Veamos el siguiente ejercicio: Figura 2. los subniveles internos al 3p: 02-RECIO_QUIMICA_INORG. En la tabla cuántica los elementos químicos también se encuentran or denados en forma creciente de acuerdo con su número atómico y. Obsérvala más adelante.indd 90 4/20/12 12:40:30 PM . además. Los valores de l del orbital exterior de los átomos se localizan en la parte superior (l = 3. en la parte superior izquierda. l = 1 y l = 0) y constituyen cuatro agrupamientos verticales formando cuatro clases de elementos que se indican en la parte inferior de la tabla. indicando que la periodicidad en la variación de las propiedades químicas de los elementos es consecuencia y función del númer o atómico y de la configuración electr ónica. Los valores de n de los electrones del orbital de más energía (exterior) se localizan siguiendo ese desplazamiento diagonal de derecha a izquierda. Los periodos se leen horiz ontalmente. entonces los 3 que faltan se colocan en el subnivel 3p y quedaría 15P 1s 2. Incluye.90 Unidad 2 Estructura atómica y tabla periódica 1s 2s 3s 4s 5s 6s 7s 2p 3p 4p 5p 6p 7p 3d 4d 5d 6d 4f 5f 1s2. 02-RECIO_QUIMICA_INORG. además del número de electrones que hay en el último orbital. 2s 22p6. Clase f Clase d Clase p Clase s cuando cuando cuando cuando l=3 l=2 l=1 l=0 Los valores de m y s también se localizan en la parte superior. 3s2 Contemos los electrones que son 12. en su estructuración se toma en cuenta la configuración electrónica en orbitales atómicos. de izquier da a der echa. En esta tabla se aprecia un desplazamiento diagonal de los v alores de n para indicar los valores progresivos de la suma (n + l ). l = 2. los cuatro números cuánticos. y se les asignan números arábigos: son ocho y r epresentan la suma de los v alores de n + l (recuerda el principio de máxima sencillez que indica el or den en que deben estructurarse los subniveles). 3s 23p3 Ley periódica actual La ley periódica mencionada debe modificarse con base en la tabla cuántica. 2s22p6. Tabla cuántica Los elementos vistos en estos temas son el fundamento de la tabla cuántica. 4 Tabla periódica 91 91 8 4/20/12 12:40:30 PM . Cl Ar 17 S 16 18 10 9 8 6 F Ne 5 O 4 +1 53 4 3 81 82 83 85 86 3a 4a 5a 7a 8a p REPRESENTATIVOS 6a 113 114 115 116 117 118 84 20 Ca 12 38 1a 119 87 s 2a 120 88 Ra 56 Cs Ba 37 Rb Sr 19 K 11 Fr 52 Be Li Tl Pb Bi Po At Rn 51 2 1 55 50 Xe 36 He H Na Mg 2 0 1 54 49 I In Sn Sb Te 33 35 32 34 31 Ga Ge As Se Br Kr 13 7 6 5 N 3 C 2 B 1 –1.02-RECIO_QUIMICA_INORG. 6 –1 7 0. 10 11 +3 12 13 14 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 26a 27a 28a 29a 30a 31a 32a f DE LAS TIERRAS RARAS 19a 20a 21a 22a 23a 24a 25a 89 Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No 57 La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb 1 –3. +2. 21 Sc Ti 1 –2.indd 91 8 7 6 5 4 CLASES FAMILIAS S O D O I 3 2 E R 1 P electrones 2 3 4 5 –2. 6 7 +1. Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Uub Uut Uuq Uup 71 Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg 39 Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd 25 Y 24 22 23 V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn 3 –1. 7 6 5 4 3 2 1 2. 8 9 +1. 2 4 5 0. +2 8 9 10 26 27 28 29 30 40 41 42 43 44 45 46 47 48 72 73 74 75 76 77 78 79 80 P 15 Al Si 14 108 109 110 111 112 14a 15a 16a 17a 18a 9a d DE TRANSICIÓN 10a 11a 12a 13a 103 104 105 106 107 0. familias constituyen la clase s. Te presentamos los siguientes ejemplos. a la 18a. El número de electrones que hay en ese subniv el se localiza en la par te superior y es 6. ¿A qué clase pertenece este elemento? ____________________________________ Esto indica que sus electrones exteriores están en un subnivel d. Fe 26 En primer lugar se localiza en la tabla. _____________________________ La 1a. _____________________________________ De la 3a. a la 32a. El valor de n del subnivel exterior se encuentra siguiendo los renglones diagonalmente hacia la derecha y es 3. la clase ________________________________________________ ¿Cuántas familias forman la clase s ? __________________________________________ ¿Cuántas familias forman la clase p ? _________________________________________ ¿Cuántas familias forman la clase d ? _________________________________________ ¿Cuántas familias forman la clase f ? _________________________________________ ¿Con qué relacionas estos números? _________________________________________ La tabla cuántica sir ve para conocer la configuración electr ónica de los átomos y encontrar fácilmente los electrones que tienen en su último subnivel. la clase _________________________________________________ De la 9a. 02-RECIO_QUIMICA_INORG. la clase ________________________________________________ De la 19a. y 2a.92 Unidad 2 Estructura atómica y tabla periódica Ejercicio Contesta las siguientes preguntas: ¿Cuántos elementos forman el periodo 1? _____________________________________ ¿Cuántos e1 2? _________________________________________________________ ¿Cuántos el 3? _________________________________________________________ ¿Cuántos el 4? _________________________________________________________ ¿Cuántos el 5? _________________________________________________________ ¿Cuántos el 6? _________________________________________________________ ¿Cuántos el 7? _________________________________________________________ ¿Cuántos el 8? _________________________________________________________ ¿Está completo el periodo número 8? ________________________________________ ¿Cuántos elementos le faltan? ______________________________________________ Las familias forman las columnas verticales y son 32. a la 8a.indd 92 4/20/12 12:40:34 PM . s Número de electrones… 2 El último subnivel será el 4s2 Investiga Comprobemos lo anterior representando su configuración electrónica: 20Ca 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 Según la tabla cuántica. familia). p. cuya configuración es 1s2).. Elementos de transición En éstos un orbital d está incompleto pudiendo tener de 1 a 10 electrones. ns2np4 (6a. familia). Los conocimientos anteriores son fundamentales para comprender algunas de las propiedades químicas de los elementos. familia). 30Zn. familia) y ns2np5 (7a. 35Br.5 Principales familias de elementos 93 93 Comprobemos los tr es aspectos anterior es representando la configuración electrónica de 26Fe. ns2np1 (3a. familia). espacio energético fundamental o número de nivel principal de la capa de valencia excepto el He. Al emplear como criterio or denador la configuración electr ónica y obser var las cuatro clases o bloques de elementos (s. d. En el nivel antepenúltimo está incompleto el orbital f. indica con sus electrones los subniveles exteriores de: 11Na.. que puede tener de 1 a 14 electrones. 26Fe 1s 2 2s 2 2p6 3s 2 3p6 4s 2 3d 6 ¿Cuántos electrones tiene en su último subnivel el 20Ca y cuál es éste? Valor de n… 4 Clase. 02-RECIO_QUIMICA_INORG. elementos r epresentativos. ns2np3 (5a. pues se ha demostrado que durante los cambios químicos el núcleo atómico no sufre alteración alguna. El orbital s del siguiente nivel energético tiene 2 electrones (excepcionalmente uno solo). Elementos representativos En su capa de v alencia los electrones ocupan los orbitales s y p. 47Ag. elementos de transición y elementos de transición interna. ns2np2 (4a. y que son los electrones de los subniveles exteriores los que juegan un papel determinante en dichos cambios. configuración ns2np6 (donde n es el número cuántico. familia). la configuración respectiva de la capa de valencia es: ns1 (1a. familia). 92U La tabla cuántica te será útil para conocer la configuración electr ónica de cualquier elemento de acuerdo con las instrucciones dadas.4 Diferencias entre la tabla periódica y la tabla cuántica. f ) se reconocen cuatro tipos fundamentales de elementos: gases rar os o nobles. ns2 (2a. Gases raros o nobles Tienen la capa de valencia (n) llena. Elementos de transición interna Tienen incompletos los niveles penúltimo y antepenúltimo.2. Tabla periódica Tabla cuántica Características de los elementos para su ordenamiento Número atómico Número atómico y configuración electrónica Número de periodos 7 (se basan en los niveles energéticos) 8 (se basan en los valores de n + l ) Modelo atómico en el que se basa Modelo atómico de Bohr Modelo atómico actual de Dirac-Jordan Situación de los lantánidos y actínidos Fuera de la tabla Integrados a ella constituyen la clase f Cuadro 2.indd 93 4/20/12 12:40:35 PM . Hasta ahora se han mencionado características comunes de los metales y no metales. el hidrógeno (H) no es metal. En la tabla cuántica. 2 o 3) y a que el núcleo no los atrae firmemente.) Propiamente. familia. por ser 2e– externos. Por ejemplo. no metales. gases raros o nobles y semimetales o metaloides. 02-RECIO_QUIMICA_INORG. los no metales se localizan en el triángulo mencionado en el párrafo anterior y el ersto son metales. Las propiedades de los metales y no metales se pueden explicar en función de su distribución electrónica. familia. (El He.5 Elementos químicos se clasifican en Metales Semimetales sus ramas principales son No metales Gases raros su familia representativa son los Halógenos (VII A) Metales alcalinos (I A) Metales alcalinotérreos (II A) Metales de transición (Bloque d) Metales de transición interna (Bloque f ) De acuerdo con ciertas características comunes. se coloca en la 2a. el resto de los elementos son metales. no metal. ya que tienen gran tendencia a atraer electrones. se debe a que tienen pocos electr ones de valencia (1. los no metales en el triángulo comprendido al trazar una línea diagonal del B (bor o) al At (astato) y de éste al F (flúor).5 Principales familias de elementos Mapa conceptual 2. el hecho de que los metales sean buenos conductor es del calor y la electricidad. En la tabla periódica larga los gases rar os se localizan en el gr upo 18(8A). los elementos se clasifican en metales.indd 94 4/20/12 12:40:35 PM . pasando con facilidad de un átomo a otro.94 Unidad 2 Estructura atómica y tabla periódica 2. A continuación veamos las propiedades de las principales familias de elementos en la tabla cuántica. En los no metales la situación es inversa. aunque no forma parte de los metales alcalinos. familia. los gases rar os constituyen la 8a. ni gas noble y se le coloca en el grupo 1A o 1a. Los metaloides.2.49 Tendencias de las propiedades metálicas El patrón metal-metaloide-no metal-gas noble es típico en cada periodo de los elementos del grupo principal. Metal No metal Metaloide 18 Hidrógeno Helio H He 1 1 2 1 2 13 14 15 16 17 Litio Berilio Boro Carbono Nitrógeno Oxígeno Flúor Neón Li Be B C N O F Ne Sodio Magnesio Aluminio Silicio Fósforo Azufre Cloro Argón Na Mg Al Si P 15 16 S Cl Ar Potasio Calcio Galio Germanio Arsénico Selenio Bromo Criptón K Ca Ga Ge As Se Br Kr Rubidio Estroncio Indio Estaño Antimonio Teluro Yodo Xenón Rb Sr In Sn Sb Te 52 I 53 Xe Cesio Bario Talio Plomo Bismuto Polonio Astato Radón Cs Ba Ti Pb Bi Po At Rn Francio Radio Ununtrio Ununquadio Ununpentio Ununhexio Ununoctio Fr Ra Uut Uuh Uuo 3 3 4 11 4 12 19 5 7 8 33 82 83 113 114 115 10 17 18 35 84 Uuq Uup 2 9 34 51 50 81 88 87 32 49 56 7 14 31 38 55 6 13 20 37 6 5 36 54 85 116 95 95 86 118 Figura 2. Entre ellos están el metal berilio. el metaloide boro y los no metales carbono. Recuerda que los metales más activos.50 Principales familias de elementos en la tabla cuántica. el litio.5 Principales familias de elementos Figura 2. el neón. El periodo 2 empieza con un metal.indd 95 96 97 98 99 100 101 102 26a 27a 28a 29a 30a 31a 32a 108 109 110 111 112 14a 15a 16a 17a 18a 113 114 115 3a 4a 5a 84 116 117 6a 7a 4/20/12 12:40:35 PM . de los grupos 1 y 2. oxígeno y flúor. nitrógeno. y termina con un gas noble. no metales y los metales menos activos están en la región p de la tabla periódica. están en la región s de la tabla periódica. 1 GASES RAROS H 3 NO METALES He 4 METALOIDES 5 METALES 2 1 2 METALES Li Be 3 4 B C N O F Ne Na Mg 5 6 7 8 9 10 11 12 Al Si P S Cl Ar K Ca 13 14 15 16 18 19 20 17 Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr 21 31 33 36 37 38 22 23 24 25 26 27 28 29 30 32 34 35 Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba 39 44 49 52 53 54 55 56 40 41 42 43 45 46 47 48 50 51 La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra 57 71 81 85 86 87 88 118 8a 119 1a 120 2a 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 72 73 74 75 76 77 78 79 80 82 83 Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bb Hs Mt Ds Rg Uub Uut UuqUup 89 90 91 92 93 94 95 19a 20a 21a 22a 23a 24a 25a 103 104 105 106 107 9a 10a 11a 12a 13a 02-RECIO_QUIMICA_INORG. 6 o 7 electrones en su último nivel energético. los que son sólidos se pulverizan al golpearlos. familia o grupo 1A y por el hecho de tener 1 electrón en su nivel exterior (ns1). el óxido de hierro). d. No brillan. Son maleables. p. Metales No metales Son sólidos a temperatura ambiente. Algunos son sólidos. Ejercicio Escribe las configuraciones electrónicas abreviadas que no están resueltas. el sodio (Na) y el potasio (K). excepto el mercurio (Hg) que es líquido. Sus moléculas no son monoatómicas.96 Unidad 2 Estructura atómica y tabla periódica Cuadro 2. Sus átomos al combinarse pierden electrones convirtiéndose en iones positivos (cationes). es decir. Su molécula es monoatómica. dos o tres electrones en su último nivel energético. f. otros son gaseosos y el único líquido es el bromo a temperatura ambiente. Son dúctiles. se les puede convertir en láminas (el oro [Au] es el más maleable). Con agua forman hidróxidos e hidrógeno: 2M(s) + 2H2O → 2MOH(ac) + H2(g) + energía (M indica cualquiera de los metales alcalinos).indd 96 4/20/12 12:40:38 PM . tienden a perderlo y su número de oxidación es 1+. No son buenos conductores de la electricidad. 02-RECIO_QUIMICA_INORG.5 Principales características de los metales y no metales. Presentan brillo o lustre metálico. Se combinan con el oxígeno para formar óxidos ácidos (por ejemplo. Sus átomos al combinarse ganan electrones convirtiéndose en iones negativos (aniones). En general son menos densos que el agua. Puedes comparar la tabla periódica larga con la cuántica. No son buenos conductores del calor. Metales alcalinos Estos elementos forman la 1a. La mayor parte son más densos que el agua excepto el litio (Li). se puede hacer con ellos hilos o alambres. Sus átomos tienen 5. 1 3Li[He]2s 11Na ____________________________________________________________ 37Rb ____________________________________________________________ 87Fr ____________________________________________________________ 1 29K[Ar]4s 1 55Cs[Xe]6s Estos elementos son los más electr opositivos y químicamente los más activ os. Son buenos conductores de la electricidad (la plata [Ag] es el mejor conductor). No son dúctiles. Son buenos conductores del calor. es decir. el óxido de azufre). No son maleables. Sus átomos tienen uno. Se combinan con el oxígeno para formar óxidos básicos (por ejemplo. apr eciarás que sólo hay una distribución diferente de los bloques s. ? El compuesto del sodio que se emplea en la industria es el hidróxido de sodio llamado comúnmente sosa cáustica. Su estado de oxidación es de 2+.indd 97 4/20/12 12:40:39 PM .. En tu hogar podrás encontrar hidr óxido de sodio (lejía) en los limpiador es para los hornos de la estufa y en el material granulado para desatapar los caños. También en la elaboración de jabones. hidruros: 2M + H2 → 2MH Con el oxígeno. ¿Sabías que. son muy maleables y se obtienen mediante la electrólisis de sus sales fundidas. Con azufre forman sulfuros: 2M + S → M2S Con el hidrógeno. mismos que pierden al reaccionar.. Metales alcalinotérreos Son los elementos que forman la 2a. óxidos: 4M + O2 → 2M2O Los alcalinos son los metales más liger os.5 Principales familias de elementos 97 97 Con los halógenos forman sales binarias: 2M(s) + X2 → 2MX (X denota cualquier halógeno). 4Be ___________________________________________________________ 2 12Mg[Ne]3s ___________________________________________________________ 20Ca ___________________________________________________________ 2 58Sr[Kr]5s ___________________________________________________________ 56Ba ___________________________________________________________ 2 88Ra[Rn]7s ___________________________________________________________ 02-RECIO_QUIMICA_INORG. En la actualidad se emplea en la producción de papel. Ejercicio Escribe las configuraciones electrónicas abreviadas que no están resueltas. en la refinación del petróleo.2. familia de la tabla cuántica o el gr upo 2A de la tabla periódica larga. Los compuestos de sodio y de potasio son importantes para el cuerpo humano porque suministran los iones positivos que tienen un papel clav e para la transmisión de los impulsos ner viosos que controlan las funciones de los músculos. polímeros. El potasio también es un nutrimento indispensable para las plantas. jabones. etcétera. en la r ecuperación del caucho y en la fabricación de rayón. Usos del hidróxido de sodio El hidróxido de sodio se usa en la asimilación de la pulpa en el proceso de fabricación del papel. El hidróxido de sodio tiene la capacidad de conv ertir las grasas en jabón por lo que es un eficaz limpiador de las tuberías del drenaje. y tienen 2 electr ones en su niv el de v alencia (ns2). El magnesio se emplea para hacer aleaciones con aluminio que r esultan sumamente ligeras y se utilizan para fabricar piezas para automó viles y aviones. 02-RECIO_QUIMICA_INORG. los metales alcalinotérr eos son menos electropositivos que los alcalinos. marcos de bicicleta y raquetas de tenis. Estas aleaciones.indd 98 4/20/12 12:40:39 PM . latas de refrescos. se emplean en la fabricación de motores y fuselajes para aviones.98 Unidad 2 Estructura atómica y tabla periódica En general. además de ser muy resistentes. Con el oxígeno forman óxidos: 2M + O2 → 2MO Y estos óxidos al reaccionar con agua forman hidróxidos: MO + H2O → M(OH)2 Los metales alcalinotérreos reaccionan con menos intensidad que los alcalinos y no se les encuentra libres en la naturaleza. que es peligroso cuando se incorpora a los huesos de los seres humanos. Se quema vigorosamente. oxígeno e hidrógeno. El estroncio se da a conocer por el brillante color rojo de las exhibiciones de fuegos artificiales. Los huesos están formados por fibras de pr oteínas. El magnesio resiste la corr osión porque reacciona con el oxígeno del aire y forma una cubier ta de óxido de magnesio. 02-RECIO_QUIMICA_INORG. un compuesto de calcio. por ello se emplean para los motores de avión. México. Mantienen el ritmo cardiaco y ayudan a la coagulación sanguínea. El estroncio revela su presencia A pesar de ser el elemento menos conocido del gr upo 2. Durante el proceso. Phillips. Ca5(PO4)3OH. Los iones calcio son necesarios en tu dieta. McGraw-Hill Interamericana. P ero la may or cantidad de iones calcio de la dieta se usa para formar y mantener los huesos y dientes. agua y minerales. el más importante de los cuales es la hidroxiapatita. produciendo una luz blanca brillante y ó xido de magnesio. Conceptos y aplicaciones.indd 99 4/20/12 12:40:41 PM . Victor S. Química. porque en el centro de cada molécula de clorofila se localiza un átomo de magnesio. Reacciones del magnesio y el calcio También se forma óxido de magnesio cuando el magnesio se calienta al aire. todos ellos elementos del grupo principal. el estroncio puede reemplazar al calcio en la hidr oxiapatita de los huesos y formar Sr5(PO4)3OH. fósforo. 2007. Juntos forman el compuesto iónico MgO. Debido a su semejanza química con el calcio. 2Mg + O2 → 2MgO2 El magnesio y el calcio son elementos indispensables para los seres humanos y las plantas. 268.2.* * Adaptado de John S. Esta cubierta de MgO protege al resto del metal de que pr osiga la reacción con oxígeno. Strozak y Cheryl Wistrom. p.5 Principales familias de elementos 99 99 Uso de los metales alcalinotérreos Propiedades del magnesio Las aleaciones de magnesio son un material ligero y de gran resistencia. El color rojo también identifica al estroncio en el ensayo a la flama en el laboratorio. el estroncio es importante. La siguiente ecuación muestra lo que ocurre. Las plantas necesitan magnesio para la fotosíntesis. Esto podría causar pr oblemas sólo si los átomos de estr oncio fueran isótopos estr oncio-90. el magnesio pier de 2 electrones para formar el ion Mg 2+ y el o xígeno gana 2 electr ones para formar el ion O2–. sal. 4d 5. Química. pp. Mientras que el cloro se emplea en la purificación del agua. el flúor. al igual que el floruro de sodio. Productor de sales. McGraw-Hill Interamericana. CaBr2) y en los compuestos oxigenados es positivo y muy variable. Victor S. México. y en forma de hipoclorito de sodio se utiliza como blanqueador. Los fluoruros previenen la caries dental En la actualidad se agr egan fluoruros al agua que se consume en muchas ciudades y pueblos. Ejercicio Escribe las configuraciones electrónicas abreviadas que no están resueltas: 9F __________________________________________________________________ 17Cl[Ne] 3s. geno. Su número de o xidación es 1 – en los compuestos no o xigenados (HF. ya que tienden a ganar 1 electrón y no se encuentran libres en la naturaleza. Con los metales forman sales binarias llamadas haluros. familia de la tabla cuántica o en el grupo 7A de la tabla periódica larga. Halógenos en la vida diaria* Importancia biológica del yodo La etiqueta del bote de sal de mesa indica que la sal está yodada. 2007. 278 y 279. 5p5 25At _________________________________________________________________ En su nivel exterior tienen 7 electrones (ns2np5). Son los elementos más electronegativos. es componente de algunas pastas dentales debido a que previene la caries. La glándula tir oides. 3p5 35Br ____________________________________________________________________________ 53I[Kr] 5s 2.100 Unidad 2 Estructura atómica y tabla periódica Halógenos Son los elementos que se localizan en la 7a. Conceptos y aplicaciones. Asimismo. también se añade fluor uro de * Adaptado de John S. H2 + X2 → 2HX De esta familia. que produce. 2M + X2 → 2MX M + X2 → MX2 Con el hidrógeno reaccionan formando hidrácidos. Phillips. que regula el metabolismo del organismo. Esto es que la sal contiene una pequeña cantidad de ion y oduro. Strozak y Cheryl Wistrom. El aumento de tamaño de la glándula tiroides en el cuello puede indicar la falta de este elemento. absorbe el yodo. el bromo se emplea en fotografía.indd 100 4/20/12 12:40:43 PM . 02-RECIO_QUIMICA_INORG. como bromuro de plata. La palabra y su raíz halógeno (Griego) halo. NaCl. otro elemento biológicamente esencial. El helio sustituye al hidrógeno en globos meteorológicos y en dirigibles. En la actualidad se ha logrado formar compuestos de manera ar tificial con estos elementos. El cloro que se agrega a las albercas acidifica ligeramente el agua. El bromuro de plata cubre las películas fotográficas Los compuestos de los halógenos son más importantes que los elementos libr es. Los compuestos del cloro con el carbono. Gases raros A estos elementos los localizamos en el gr upo 18A(8A) de la tabla periódica larga. 2He 1s2 ______________________________________________________________ 10Ne[He] 18Ar _________________________________________________________________ 36Kr[Ar] 54Xe 2s2.2. por lo que el nombre más correcto para ellos es el de gases raros. 4p4. El cloro hace que el agua sea segura El cloro se utiliza para eliminar de bacterias el agua que usamos en la casa. por lo que se les llamó gases nobles o inertes. son solv entes importantes. El yodo se utiliza para esterilizar la piel antes de practicar una cirugía. probablemente se deba al ácido. El yodo como bactericida Los halógenos son importantes como agentes bactericidas. así como en las piscinas. formando la 8a. familia de la tabla cuántica. 4p6 ________________________________________________________________ 86Rn[Xe] 6s2. sensibles a la luz. por lo que si tienes los ojos irritados después de nadar en una piscina. El bromuro de plata (AgB r) tiene importancia como recubrimiento de las películas fotográficas.5 Principales familias de elementos 101 101 sodio (NaF) o fluoruro de estaño (II) (SnF2) a los dentífricos para evitar la formación de caries dental. Ejercicio Completa las configuraciones electrónicas abreviadas. el x enón mezclado con oxígeno constituye un excelente anestésico. y mezclado con helio se utiliza en la producción de rayos láser. 2p6 4s2. el neón se emplea en anuncios luminosos y en lámparas. 02-RECIO_QUIMICA_INORG. np6). 6p6 Los gases raros tienen su nivel exterior completo con 8 electr ones (ns2. 5d10.indd 101 4/20/12 12:40:43 PM . 3d 10. excepto el helio (1s2) y debido a esto no reaccionan. como tetracloruro de carbono y cloroformo. el plomo. un metal de transición interna. el cual se usa como antidetonante de las gasolinas. además existe la posibilidad de que estos elementos pierdan o compartan electrones de los orbitales (n – 1)d. se caracterizan por tener el orbital (n – 1)d incompleto. el Eu63. ya que tienen los tr es niveles cuánticos más externos incompletos debido a que el orbital (n – 2)f está incompleto. También. Basta recordar el accidente en Chernovyl. Los reactores nucleares constituyen un peligro latente para la humanidad. En la actualidad el uranio. Rusia. sustituye al acero en los “frenos” para alinear dientes. pp. para impulsar instrumentos meteorológicos a niveles superiores de la atmósfera. los vehículos anteriores al año en referencia continúan contaminando. cerámica. Victor S. tuberías. Estos elementos constituyen las familias 9a. A finales de los años sesenta se empez ó a usar en la aeronáutica para el acoplamiento de tubería. Metales de transición interna Estos elementos forman la clase f de la tabla cuántica. se utiliza en la formación de baterías. Los átomos de estos elementos tienen incompletos sus dos niv eles cuánticos más exterior es. Phillips. En algunos periodos se obser van excepciones en cier tos casos. el 26 de abril de 1986. 278 y 279. Strozak y Cheryl Wistrom. sin embargo. McGraw-Hill Interamericana. esta aleación es sumamente maleable (se moldea con facilidad) y al calentarse recobra su forma original. Conceptos y aplicaciones. a 18a. Al enfriarse.102 Unidad 2 Estructura atómica y tabla periódica Metales de transición Figura 2. 02-RECIO_QUIMICA_INORG.51 El helio en los globos aerostáticos Como el helio no arde. los orbitales de mayor energía aparecen con uno o más electrones. por lo que en Estados U nidos y Japón se ha sustituido el tetraetilo de plomo por catalizador es de metales de transición activados como el platino. el r odio y el r utenio. Su estructura es más compleja en comparación con los elementos de transición. Otro metal de transición. se emplea en la construcción de reactores nucleares y para producir electricidad en las plantas nucleoeléctricas. por ejemplo. que tiene 1 electrón en 5d sin que esté completo el 4f (de menor energía que el 5d ). de la clase o bloque d. 2007. Los metales de transición titanio y níquel forman el nitinol. Algunos metales de transición se adicionan al hierro para obtener el acero inoxidable. De manera específica. se utiliza en lugar del hidrógeno gaseoso. y la gasolina que más se vende es la que contiene plomo. así como en armazones de lentes y utensilios caseros. soldadura. Química. 1 +. Su número de o xidación es de 2 + en general y en ocasiones. estando incompletos otros orbitales de menor energía. que es más ligero. Metaloides* Los metaloides se ubican en la tabla periódica en el límite entre los metales y los no metales.indd 102 4/20/12 12:40:44 PM . El plomo es altamente tóxico. ingeniería y seguridad. En nuestro país estos catalizadores para automóviles nuevos se introdujeron en 1990. protectores contra las radiaciones y tetraetilo de plomo. México. Poseen propiedades físicas y químicas de los metales y otras de los no meta* Adaptado de John S. se emplea en medicina. Los instrumentos reúnen información sobre el clima y las condiciones atmosféricas. pero en la estr uctura cristalina éstos se mantienen apretados entre los átomos vecinos.52 se muestra un cristal de silicio dopado con fósforo. los no metales son malos conductor es y los semiconductores caen entre los dos extremos. a un cristal de silicio. A temperatura ambiente. Un alambre de cobre es un ejemplo de un buen conductor de corriente eléctrica. El televisor.5 Principales familias de elementos 103 103 les. por ello se pueden mover con libertad. Como sabrás. Es posible aumentar la capacidad de un semiconductor de conducir corriente eléctrica al añadirle una pequeña cantidad de otros elementos. Algunos metaloides como el silicio. pero lo hace mejor que un no metal. E l silicio tiene cuatr o electrones de valencia. Se pueden mover libremente y conducir corriente eléctrica. La mayoría de los metales conducen la corriente eléctrica porque sus electrones de valencia no son atraídos con mucha fuerza por el núcleo positivo. en general. El dopado es la adición de una pequeña cantidad de otro elemento a un cristal de un semiconductor. Si Si Si Si Si Si Si P P Si Si = 1 electrón 02-RECIO_QUIMICA_INORG. Se entiende por semiconductor al elemento que no conduce la electricidad tan bien como un metal. los juegos electr ónicos portátiles y la calculadora cuentan con semiconductores de silicio. El silicio (Si) es.indd 103 Si Si Si P Si Figura 2. el silicio pur o no es un buen conductor de electricidad. Las propiedades semiconductoras del silicio hicier on posible la r evolución de las computadoras. La conductividad eléctrica de un semiconductor como el silicio puede aumentar por medio de un proceso que se conoce como dopado. Los circuitos de estos aparatos apr ovechan la propiedad de semiconductor del silicio. ¿cómo funcionan éstos? Una corriente eléctrica es un flujo de electrones. Ambos tienen 5 electrones de valencia.2. buenos conductores de la electricidad. que tiene 5 electrones de valencia. Estos electrones adicionales se mueven libremente a través del cristal generando una corriente eléctrica. El arsénico y el antimonio se usan también para dopar el silicio. pero.52 Silicio dopado con fósforo Aquí los electrones adicionales de los átomos de fósforo no son necesarios para mantener empacado al cristal. el germanio (G e) y el arsénico (As) son semiconductor es. cada átomo de fósforo aporta 1 electrón adicional a la estructura cristalina. 4/20/12 12:40:44 PM . tal vez. Si se añade una pequeña cantidad de fósforo. los metales son. con sólo 4 electrones de valencia. el metaloide más conocido. la computadora. En la figura 2. convirtiéndolo en ion positivo o catión.53). cada átomo está influenciado por otros y su tamaño varía según esté libre o no. El volumen atómico de los elementos de un mismo grupo o familia. es posible asignar a los átomos radios atómicos que indican su tamaño aproximado (figura 2. Otra propiedad periódica es el potencial de ionización o energía de ionización.53 Tamaños atómicos relativos de algunos átomos Observe que el tamaño atómico disminuye a través de los periodos y aumenta al descender por los grupos. Disminución del tamaño atómico 1 3 4 5 6 7 He H Incremento del tamaño atómico Li Figura 2. 02-RECIO_QUIMICA_INORG. aumenta el número de niveles energéticos.54). debido a que el átomo se convierte en ion negativ o ganando electrones en el niv el energético exterior. ya que los electr ones no se encuentran a distancias fijas del núcleo. se deben principalmente a la configuración electrónica de los niveles exteriores. los volúmenes atómicos varían en forma cíclica de un valor grande a otro pequeño y nuevamente a uno grande. El tamaño de los átomos es difícil de establecer .indd 104 8 Be B C N O P Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr In Sn Sb Te I Xe Cs Ba Ti Pb Bi Po At Rn 4/20/12 12:40:45 PM . además.104 Unidad 2 Estructura atómica y tabla periódica Propiedades y tendencias periódicas Las tendencias periódicas. lo anterior se explica debido a que al incrementarse el número atómico. aumenta a medida que se incrementa el número atómico. a medida que aumenta el númer o atómico (figura 2. En los periodos. A pesar de esto. como el volumen atómico. Este aumento también se obser va en los radios iónicos. Los radios de los iones negativos son mayores que los radios de los átomos neutr os. ya que éstos se ionizan en forma positiva al perder electrones. En cambio. Los radios atómicos de los distintos elementos y de sus iones varían periódicamente en función del número atómico. El potencial de ionización lo podemos definir como la energía necesaria para arrancar 1 electrón a un átomo neutro. los iones positivos son menores que los átomos neutros. 2+ y 3+ (grupos 1. con cargas 3–. 1ev = 1. porque aumenta la distancia de la carga nuclear a los electrones externos. 2– y 1– (grupos 15. con cargas 1+.5 Principales familias de elementos 105 105 Número de grupo 1 2 13 15 16 17 Li+ Be2++ Be3+ N3– O2– F– P3– S2– Cl– 2 Número de periodo 3 4 5 Na Mg2+ Al3+ K+ Ca2+ Ga3+ As3+ Se2– Br– Rb+ Sr2+ In3+ Sb3+ Te2– I– Cs+ Ba2+ Ti3+ Bi3+ Aumento de tamaño iónico 41 + 6 7 Disminución de tamaño de los iones positivos Disminución de tamaño de los iones negativos Figura 2. Los iones negativos del mismo periodo. hacia la izquierda.55 Tendencia de la energía de ionización. 2 y 13) disminuye de izquierda a derecha. Los radios iónicos disminuyen porque aumenta la carga nuclear. Los tamaños de los iones de los átomos del mismo periodo. Ejemplo: Na → Na+ + 1e– La unidad de medida para el potencial o energía de ionización es el electrónvolt (ev).2. 16 y 17) muestran la misma tendencia en el tamaño. Aumento de la energía de ionización que se requiere para remover un electrón Grupo La energía de ionización disminuye en un grupo de arriba hacia abajo Disminuye la energía necesaria para quitar un electrón Periodo La energía de ionización generalmente aumenta a través de un periódo (de izquierda a derecha) 02-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 105 Figura 2. en cualquier grupo. la carga nuclear aumenta de izquierda a derecha.60 × 10–12 erg. Aunque los iones tienen la misma configuración electrónica. 4/20/12 12:40:45 PM . El potencial de ionización disminuy e en un mismo gr upo hacia abajo y en un mismo periodo. lo cual genera una atracción más fuerte sobre los electrones y un menor tamaño.54 Tendencias del radio iónico Los radios iónicos aumentan hacia abajo de la tabla. 8 Sb 1.1 Clave < 1.0 At 2.2 Ag 1. Por ejemplo: Cl10 + 1e – → Cl– La afinidad electrónica es la energía desprendida cuando se introduce 1 electrón en un átomo neutro y al igual que la energía de ionización.5 B 2.7 Ba La-Lu Hf 0.5 Cs 0.0 C 2.indd 106 Decremento de electronegatividad H 2.5 W 1. Aumenta Aumenta Afinidad electrónica Figura 2.5 Cl 3.6 Mo 1.1 Li 1.8 As 2.6 Ga 1.9 Ni 1.9 Cd 1.1 S 2.0 .6 Mn 1.1 I 2.9 Th 1.8 Tc 1.4 Hg 1.0 K 0.4.5 V 1.8 Ca 1.9 3.0 Se 2. 02-RECIO_QUIMICA_INORG.4 Nb 1.3 Ta 1.9 Mg 1.6 Cr 1.0 Sc 1.2 Pt 2.0 4/20/12 12:40:46 PM .8 Rb 0. en la escala de electronegatividad. y el más electronegativo de todos los elementos es el flúor (F) al cual.8 Co 1.0 Na 0. Los metales también tienen valores de electronegatividad relativamente bajos y los no metales valores relativamente altos.9 Zn 1.5 .2 Fr 0.8 P 2.5 Fe 1.0-1.2 Au 2. En la tabla periódica estos números aumentan de izquierda a derecha.7 In 1.7 Re 1.3 Pa 1. ya que los halógenos son los más electronegativos.5 Si 1.56 Tendencia de la afinidad electrónica.9 Os 2. La electronegatividad es un número positivo que se asigna a cada elemento y muestra la capacidad del átomo para atraer y retener electrones de enlace. En los grupos A de la tabla periódica larga.2 Ir 2.4-1.4 Br 2.57 Valores de electronegatividad para algunos elementos La electronegatividad suele incrementarse al avanzar en un periodo y disminuye al descender por grupo.4 U Np-No 1.106 Unidad 2 Estructura atómica y tabla periódica Una propiedad periódica más es la afinidad electrónica y es la tendencia que tienen los átomos a ganar electr ones convirtiéndose en iones negativos o aniones.9 Te 2. la electr onegatividad disminuye hacia abajo.2.2 Rh 2.8 Sr 1.7 Ra 0.1.0 O 3.8 Pb 1.5 N 3.5 1.2 1.2 Zr 1.2 Al 1.9 Bi 1.0 Y 1. su unidad es el ev.3 Ti 1.7 Sn 1. Incremento de electronegatividad Figura 2.4 1.9 Po 2. Los menos electronegativos (más electropositivos) son Cs y Fr.0 Be 1.9 2.6 Ge 1.9 Ti 1.9 Cu 1.9 Ru 2.9 1.3 Ac 1. se le asigna el número 4.0 .2 Pd 2.5 F 4. Química. cuál es éste. SnF2 y Na2PO3F (MFP. 1. Conceptos y aplicaciones. Analiza Revisa los ingredientes de algunas pastas dentífricas que vendan en tu localidad y comprueba si contienen un compuesto fluorado y. McGraw-Hill Interamericana.5 Principales familias de elementos Lectura Los fluoruros y la caries dental En la actualidad la prevención total de la caries no ha sido posible. 2007. baje a menos de 6. pero desde hace más de 50 años el problema se ha reducido en gran medida. 3. A pesar de que la hidroxiapatita es insoluble en agua. y si el proceso no se detiene acaban formando cavidades. cuyo espesor aproximado es de 2 mm. Ca5(PO4)3OH(s) → 5Ca2+(ac) + 3PO43– (ac) + OH (ac) El proceso inverso. pequeñas cantidades se disuelven en la saliva mediante un proceso que se llama desmineralización. El flúor mineraliza el esmalte de los dientes y los hace más resistentes. Strozak y Cheryl Wistrom. NaF. Construye Escribe la reacción reversible de la desmineralización y de la remineralización del esmalte dental. contiene 98% de hidroxiapatita. Na2SiF4. destruyen la superficie externa del diente. En los adultos. si es así. presentan 70% menos caries que aquellos que consumieron agua sin flúor.0. pues en la mayoría de las poblaciones el agua que se usa en los hogares es tratada con flúor. Por ello beber agua con pequeñas cantidades de flúor ayuda a prevenir la caries dental. Los estudios han demostrado que las personas que consumen agua con fluoruros son menos propensas de padecer caries. como el pescado y algunas verduras. Ca5(PO4)3OH. 4/20/12 12:40:46 PM . que normalmente es de 6. o en pastas dentífricas. las velocidades de desmineraliza- 02-RECIO_QUIMICA_INORG. 280. Phillips. Adaptado de John S. también tiene mayor dureza y es más resistente al ataque de las bacterias. la remineralización. en forma de NaF.8. Los fluoruros Los compuestos de fluoruro se disocian en agua para formar iones fluoruro. los niños que beben agua que contiene 1 parte por millón (ppm) de fluoruro de sodio.2. 5Ca2+ (ac) + 3PO43 – (ac) + OH– (ac) → Ca5(PO4)3OH(s) Las dos ecuaciones muestran que ésta es una reacción reversible. Cuando llega a este punto. Pero el flúor no sólo lo encontramos en los suministros de agua. es la defensa del organismo contra los ácidos de las bacterias. México. NaF(s) → Na+(ac) + F–(ac) SnF2(s) → Sn2+(ac) + 2F–(ac) Los iones fluoruro reemplazan a los iones hidróxido en algunas moléculas de Ca5(PO4)3OH y forman fluoroapatita. 2. Ca5(PO4)3OH(s) + F–(ac) → Ca5(PO4)3F(s) + OH–(ac) La fluoroapatita es casi 100 veces menos soluble que la hidroxiapatita. Investiga Cuántas ciudades en México utilizan el proceso de fluoración en los suministros de agua. también lo contienen alimentos.indd 107 107 107 ción y remineralización son iguales. la velocidad de la desmineralización aumenta y puede producirse caries. El ácido provoca que el pH de la saliva. La caries es una enfermedad causada por las bacterias que trasforman los azúcares en ácidos. El proceso de la caries El esmalte de los dientes. por sus siglas en inglés). Ca5(PO4)3F. por ejemplo. Victor S. Otra de las medidas para prevenir la formación de caries es mediante el uso de un dentífrico o crema dental con fluoruros. por lo que se establece el equilibrio. Las bacterias Éstas usan el azúcar para tener energía y producir ácido láctico. p. o silicofluoruro de sodio. 71 subnivel. 53 números cuánticos. 42 cuanto. 57 electrón. 89 tabla periódica.indd 108 4/20/12 12:40:46 PM . 44 configuración electrónica. 73 espectroscopia. 57 periodos. 80 incertidumbre. 75 espectro continuo. 63 grupos. 57 tabla cuántica. 71 orbital. 64 dualidad. a) Electrones b) Protones ____________ Forman la envoltura del átomo ____________ Son eléctricamente negativos ____________ Se les llama nucleones c) Neutrones d) Rayos catódicos e) Rayos X ____________ Son eléctricamente positivos ____________ Se localizan en el núcleo atómico ____________ Son eléctricamente neutros ____________ Lugar donde se concentra la masa de los átomos f) Rayos alfa ____________ Átomos del mismo elemento que difieren en su masa g) Rayos beta ____________ Bohr consideró que giran en niveles de energía estacionarios h) Rayos gamma ____________ Su masa promedio se consigna en los casilleros de la tabla periódica i) Núcleo atómico ____________ Su cantidad determina el número atómico ____________ Su suma determinará el número de masa j) Isótopos ____________ En la actualidad se considera que tienen características de partícula material y onda energética 02-RECIO_QUIMICA_INORG. 69 Lo que aprendí 1. 54 número de masa. 80 propiedad periódica. 78 rayos gama. 41 número atómico. 56 masa atómica. 64 ley periódica. 102 protón. 75 nivel energético. 46 neutrón. 41 y 104 y 72 tendencias periódicas. 41 radi. 87 rayos catódicos. Relaciona los siguientes enunciados escribiendo sobre la línea la letra o letras correspondientes (algunas letras pueden repetirse).108 Unidad 2 Estructura atómica y tabla periódica Palabras clave aufbau. 47 símbolo químico. 46 espín. 102 valencia. 56 isótopos. Se relaciona con el giro del electrón. 1. Escribe el número cuántico que corresponda a cada enunciado. además de la letra que lo identifica. Determina las orientaciones espaciales de los electrones. Configuración electrónica Configuración abreviada Electrones de valencia Estructura de Lewis 3Li ____________ ____________ ____________ ____________ 7N ____________ ____________ ____________ ____________ 10Ne ____________ ____________ ____________ ____________ 12Mg ____________ ____________ ____________ ____________ 15P ____________ ____________ ____________ ____________ 3. Número de electrones Número de protones Número de neutrones Número atómico Z Número masa A Be ___________ ___________ ___________ ___________ ___________ 23 11 Na ___________ ___________ ___________ ___________ ___________ 56 26 Fe ___________ ___________ ___________ ___________ ___________ 40 18 Ar ___________ ___________ ___________ ___________ ___________ 9 4 02-RECIO_QUIMICA_INORG. 4. 2 y 3. Se refiere a la forma del orbital. De los siguientes átomos escribe la configuración electrónica. A continuación escribe en cada línea lo que se indica en el encabezado de cada columna. Sus valores son 1.Lo que aprendí 109 109 2. 5. 4. los electrones de valencia y las estructuras de Lewis. 2. la configuración abreviada. Sus valores son 0.indd 109 4/20/12 12:40:47 PM . 3. 6 y 7. 4p3 [Xe]6s2.2pl 1s2.3p6. Tienen sus últimos tres niveles energéticos incompletos: Tienen su último nivel energético completo (configuración estable): No son buenos conductores del calor: Al combinarse se convierten en iones negativos: Son maleables: Son semiconductores: Tienen 1. semimetal o gas raro (los términos pueden repetirse).2s2.2p3 1s2.3d10 1s2.4f4 [Ar]4s2.4p3 02-RECIO_QUIMICA_INORG.4s23d4 [Ar]4s2.4s2.2p3 [Rn]7s2.3f14.3s2.3d9 [Ar]4s2.3s2.3s2.2p6.2p6.2s2.3p6.3d9. 2 o 3 electrones en su último nivel energético: Forman la clase f de la tabla cuántica: 6. Configuraciones electrónicas Número exterior Electrones de valencia 1s 1s2.3p6.2s2.5d10 [He]2s2.4s1 1s2.3d10.5d8 [Xe]6s2.2s2. metal de transición interna.indd 110 4/20/12 12:40:47 PM .110 Unidad 2 Estructura atómica y tabla periódica 5. no metal.2p6.3s2.4f14.3d10.3p2 1s2.2p6.2s2. Escribe a la derecha si las características mencionadas corresponde a metal.2s2.5p1 [Kr]5s2 [Ar]4s2. Observa las siguientes configuraciones electrónicas y escribe el valor del número de nivel exterior y el número (n) de electrones de valencia. metal de transición. investiga a qué átomos corresponden y escribe sus símbolos en las celdas vacías de la tabla cuántica de los elementos que se presenta a continuación. +2 6 7 –1. 8 9 10 4 3 0 5 6 2 4 5 Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn 21 23 22 24 25 26 27 28 29 30 Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd 6 1 2 H He 1 2 Li Be 3 4 B C N O F Ne Na Mg 5 6 7 8 9 10 11 12 Al Si P S Cl Ar K Ca 14 15 16 19 20 13 O 2 +1 1 R 3 I 1 0.Lo que aprendí 111 111 Después. 7 +1. –3. 8 9 +3 10 11 –2. 17 18 Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr 34 35 36 37 In Sn Sb Te I Xe Cs Ba 52 53 54 55 56 Tl Pb Bi Po At Rn 31 32 33 1 2 3 4 5 38 6 D 39 7 O 8 S FAMILIAS 40 41 42 43 44 45 46 47 48 La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg 57 71 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 72 73 74 75 76 77 78 79 80 49 81 50 82 51 83 84 85 Fr Ra 86 87 88 120 Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Uub Uut Uuq Uup 89 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 9a 14a 15a 16a 17a 18a 3a 8a 1a 90 91 92 93 94 95 19a 20a 21a 22a 23a 24a 25a CLASES 96 97 98 99 100 101 102 26a 27a 28a 29a 30a 31a 32a d DE TRANSICIÓN 4a 5a 6a 7a p REPRESENTATIVOS 2a s 8 f DE LAS TIERRAS RARAS 10a 11a 12a 13a 7 Escribe los símbolos de los Metales: No metales: Semimetales: Gases raros: 02-RECIO_QUIMICA_INORG. 5 –1 6 0. 12 13 14 1 2 3 –1. 5 +1.indd 111 4/20/12 12:40:47 PM . 4 0. electrones P E 1 2 3 4 –2. +2. Unidad 3 Enlace químico: modelos de enlaces e interacciones intermoleculares Nos maravillamos al comprender que al enlazarse átomos diferentes forman moléculas tan importantes en nuestra vida como la del ADN. Contenido ¿Cuánto sabes? 3.2 Enlace químico El enlace de los compuestos El brócoli.indd 112 Lo que aprendí 4/20/12 1:34:49 PM .1 Manos a la obra Lectura 3. ¿un alimento milagroso? Enlace molecular Lectura Origen del horno de microondas Lectura Los fullerenos Actividades 03-RECIO_QUIMICA_INORG. 03-RECIO_QUIMICA_INORG.Objetivo de la unidad El estudiante explicará la formación de compuestos utilizando los distintos modelos de enlace entre los átomos para comprender las formas en que interactúan y se unen las moléculas. entender la estructura de los compuestos y sus propiedades.indd 113 4/20/12 1:34:56 PM . y valorar de manera crítica y reflexiva la importancia de la tecnología en la elaboración de nuevos materiales para la sociedad. los de los orbitales f. Estas fuerzas son de carácter eléctrico y en ellas inter vienen. formando las moléculas de sustancias llamadas elementos. Entonces. para los de transición. y para los de transición interna. La sal de cocina (cloruro de sodio) es un alimento indispensable. ¿Cuándo se dice que un átomo tiene configuración electrónica estable? 5. los electrones periféricos que forman los orbitales s y p. Ese choque determina la clase de compuesto que se genera. 03-RECIO_QUIMICA_INORG. ¿Cuáles son las partículas que forman las moléculas? 6. ¿qué mantiene unidas a las moléculas de una gota de agua o a las partículas que forman un pequeño grano de sal? De esto trataremos en la presente unidad. elementos gaseosos. está formada por la unión de átomos de hidrógeno y de oxígeno. sus átomos deben chocar. per o este compuesto resulta de la unión química de átomos de sodio y clor o que son altamente peligrosos. ¿Qué entiendes por atracción? 10. per o en realidad se encuentran unidos con otr os átomos de la misma especie. A estos electrones se les llama electrones de valencia.indd 114 4/20/12 1:35:01 PM . ¿Qué tipo de carga eléctrica poseen los protones? 8. ¿cómo los elementos forman los compuestos? Cuando los elementos reaccionan. ¿Con qué número relacionas la palabra octeto? 4. también los electrones de los orbitales d. ¿Qué significa electronegatividad? Introducción Los elementos forman compuestos con características completamente diferentes. ¿Con cuántos electrones se forma un enlace? 9. para los elementos representativos. importante para nuestra vida. El agua. ¿Cuáles son los electrones de valencia? 3. 3. ¿Qué tipo de carga eléctrica poseen los electrones? 7.1 Enlace químico Hasta ahora hemos considerado a los átomos como corpúsculos aislados. Las fuerzas que mantienen unidos a los átomos para formar moléculas r eciben el nombre de enlace químico. que a temperatura ambiente es un líquido. ¿Cómo difier e la reacción de los átomos de sodio y cloro para formar sal de la r eacción de los átomos de hidr ógeno y oxígeno para formar agua? Ahora bien.¿Cuánto sabes? 1. ¿Qué significa la palabra enlace? 2. o con otr os de distinta especie con los que resultan moléculas de compuestos. que sólo puede contener 2 electrones. pier den o compar ten electrones para lograr una estructura electrónica estable y similar a la de un gas raro. Lewis. La única excepción a esta distribución del octeto es el helio.1 Distribución electrónica de los gases nobles Observa que los átomos de los gases nobles tienen 8 electrones en el nivel energético externo. 2e– 8e– 2e– Helio Figura 3. excepto el helio. tienen 8 electrones en su nivel energético exterior. Esta distribución permite que sean casi no reactivos.1 115 115 Enlace químico puede ser que es la Fuerza de unión entre Iónico Covalente Metálico Átomos que son De la misma especie que se clasifica en De diferente especie y forman Moléculas de elementos Polar No polar Coordinado Moléculas de compuestos Regla del octeto La regla del octeto. Neón 8e– 8e– 2e– 8e– 18e– 8e– 2e– 8e– 18e– 18e– 8e– 2e– Argón Kriptón Xenón 03-RECIO_QUIMICA_INORG. establece que al formarse un enlace químico los átomos ganan. Esta regla se basa en el hecho de que todos los gases raros.indd 115 4/20/12 1:35:01 PM .1 Enlace químico Mapa conceptual 3.3. enunciada en 1916 por Walter Kossel y Gilbert N. El átomo de helio sólo tiene un nivel energético. - - - Ion de sodio (Na+) El sodio.- - l - .. tendrá la distribución electrónica externa del neón y una carga positiva.-- . una carga negativ a y en su niv el externo tiene la configuración electrónica del argón (figura 3. ya que en su núcleo tiene un protón sin balancear (figura 3. 2p6. Respira profundamente. 2p6. 1s2. 1s2.. 3p6 Cl . 2s2. 2p6 Na - - - .- - - l .. 3s2. 3p5 + 1e– → 1s2.- - - - Átomo de sodio (Na0) . 2s2. 2s2.116 Unidad 3 Enlace químico: modelos de enlaces e interacciones intermoleculares Estructura de los gases nobles ¿Sabías que.-- .- Ion cloruro (Cl–) El cloro tiene un electrón más. 3s2. Un gas noble.- - .- Átomo de cloro (Clº) .indd 116 4/20/12 1:35:03 PM .- - .- - .? Elemento Símbolo Electrones en niveles energéticos Helio He 1s2 Neón Ne (He)2s22p6 Argón Ar (Ne)3s23p6 Kriptón Kr (Ar) 4s23d104p6 Xenón Xe (Kr) 5s24d105p6 Radón Rn (Xe) 6s24f 145d106p6 Ejemplifiquemos la regla del octeto con el 11Na y el 17Cl. 2p6. 03-RECIO_QUIMICA_INORG. el argón (Ar).. 2s2.. 3s1 – 1e– → 1s2.. compone aproximadamente 1% de ese aire que acabas de respirar.2).- - .2). al perder su único electrón de valencia.. 1 Reacción de sodio y cloro Átomo de sodio + Átomo de cloro → + Na Cl 2e– 2e– m + 8e– 117 117 Ion sodio + Ion cloruro Na+ + Cl– → Número de protones 11 17 11 17 Número de electrones 11 17 10 18 Número de electrones en el nivel externo 1 7 8 8 Ion– de cloruro Figura 3. El átomo que pier de electrones se transforma en ion positiv o o catión. •• •• •• + H • Cl •• •• H •+ N H •• H •+ O •+ H Agua •• Cloruro de hidrógeno •• Amoniaco H •• •• Cloruro de sodio (–) •• Na(+) •+ Cl (+) (–) •• •• •• Cl •• H •• • H •+ N +H +• H Cloruro de amonio Los puntos o cruces empleados sólo tienen fines ilustrativos y no indican diferencia entre electrones de distintos átomos. Enlace iónico El enlace iónico ocurre cuando hay transferencia completa de electrones de un átomo a otro. El número de electrones perdidos o ganados determina la valencia o número de oxidación del elemento.2 La reacción de los átomos de sodio y de cloro La transferencia de un electrón desde un átomo de sodio hacia un átomo de cloro forma iones sodio y cloruro.1 Enlace químico 8e– 2e– 1e– 7e– 8e– 2e– 8e– 8e– Átomo de sodio + Ion+ de cloro Átomo de cloro + + Cuadro 3. Estas estructuras sirven para ilustrar enlaces químicos. ya que todos son equivalentes. y el que acepta se convierte en ion negativo o anión. E n seguida te mostramos unos ejemplos. Representación de enlaces con estructura de Lewis En las estructuras de Lewis (unidad 2) los electrones de los orbitales externos se r epresentan por medio de puntos o cr uces alrededor del kernel o corazón del átomo. 03-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 117 4/20/12 1:35:03 PM .3. Analiza cuidadosamente el dibujo para ver cómo proporciona esta transferencia un octeto estable a ambos iones. 64 Å Figura 3. por ejemplo.indd 118 4/20/12 1:35:04 PM . En estado sólido se encuentran acomodados de tal forma que cada ion sodio está rodeado por seis iones cloruro y. •• •• •• •• •Cl •• 1s22s22p6 •• O °° •• 2 •F 2– •• •• • Cl •• 1– 1– •• 1s22s22p6 •• 1s22s22p5 1– •• + ° 1s22s22p63s1 •• •F •• ° + •• •• Na1+ ° •• F ••• •• + ° Na0 Respecto de los anteriores compuestos no podemos hablar de moléculas sencillas. a su vez. 03-RECIO_QUIMICA_INORG. Observa los siguientes ejemplos de formación de compuestos electrovalentes: + 2Na0 + O •• •• 2Na1+ + Mg • + 2 •F •• Mg2+ + Na0 + •• Na1+ + ¿Sabías que.3 Disposición de iones de sodio y de cloruro en las moléculas del NaCl. Ion sodio Ion cloruro Celda unitaria Ion cloruro Ion sodio 5. el cloruro de sodio Na+Cl–..118 Unidad 3 Enlace químico: modelos de enlaces e interacciones intermoleculares – 1e– Na+ Mg – 2e– Mg2+ Al – 3e– Al3+ •• •N + 3e– N3– O •• •• + 2e– O2– •• F • + 1e– F1– • Na •• •• • •• •• •• •• La fuerza de atracción de iones de distinta carga es de carácter electrostático y por eso el enlace iónico se llama también electrovalente.? Cuando el átomo es neutro se indica con cero (0) en el ángulo superior derecho. en realidad es una combinación de muchos iones sodio con muchos iones cloruro..3). cada ion cloruro está rodeado por seis iones sodio (figura 3. el radio atómico y. ΔEN. 4/20/12 1:35:05 PM . covalentes polares y covalentes. es iónico.2 vemos que el porcentaje de electrovalencia es 89.2 2.6 2.0 3.5 Mayoritariamente covalente 03-RECIO_QUIMICA_INORG.6 0.8 2. la afinidad electrónica. ya que se considera que los compuestos son electrovalentes o iónicos cuando su porcentaje de electrovalencia es de 50% o más. ∆EN 0 0.5.8 0. En este intervalo hay tres tipos principales de enlaces: iónicos.2 Porcentajes de electrovalencia.1 0.2 1.1 3. Calculamos la ∆EN entre el calcio (Ca) y el flúor (F) 119 119 Investiga Obtén el porcentaje de electrovalencia de los siguientes compuestos: NaCl KF CaCl2 EN F 4.3 0.8 1.6 Porcentaje 0.9 3.0 2. La unión electrovalente pura sería aquella en donde el o los electr ones pasarán completamente (en 100%) del metal al no metal.4 y 3. Cuadro 3.0 EN Ca 1.2 0. de la electronegatividad.4 2.9 1.0 Covalente polar Mayoritariamente iónico Figura 3.0 Al observar esta diferencia en el cuadro 3.57.5 0.5 2.4 1. por lo tanto el compuesto formado por el calcio y el flúor .4 Modelo del enlace de reparto de electrones El enlace entre los átomos en los compuestos puede representarse como un intervalo de repartición de electrones que se mide por la diferencia de electronegatividad. El enlace se puede imaginar como una lucha de estira y afloja entre dos átomos por compartir electrones.7 0.indd 119 3.3.3 2.1 Enlace químico En el enlace electr ovalente los electr ones se transfieren de un átomo a otr o en proporción variable. El porcentaje de electrovalencia en la unión de dos elementos. se puede calcular de manera aproximada basándose en el cuadro 3.3 2. dependiendo de la energía de ionización.7 2.5 1. Diferencia en electronegatividad 0. sobre todo.7 1.9 2.1 1.4 0. que es el fluoruro de calcio (CaF 2). La diferencia de electronegatividad (∆ EN) entre dos elementos se obtiene r evisando la tabla de la figura 2.0 ∆ EN 3.5 1 2 4 6 9 12 15 19 22 26 30 34 39 43 47 Diferencia en electronegatividad 1.1 2.2.3 1.2 Porcentaje 51 55 59 63 67 70 74 76 79 82 84 86 88 89 91 92 Se puede prescindir de la tabla de por centajes de electrovalencia obteniendo la ∆EN conforme a las figuras 3.0 1. b) El sodio y el cloro tienen una ΔEN ligeramente menor que la que hay entre el litio y el flúor. pero es menos iónico que los enlaces del NaCl y LiF.0 Na EN = 0. lýsis disolución.9 Δ EN = 2. Descomposición de un compuesto por medio de la corriente eléctrica. Temperatura de fusión °C Temperatura de ebullición °C NaCl 800 1 413 KCl 790 1 500 CaCl2 772 1 600 CaO 2 570 2 850 • Los compuestos electrovalentes conducen la corriente eléctrica fundidos o en solución acuosa (figura 3. por lo cual el NaCl tiene un carácter iónico ligeramente menor que el LiF. c) El enlace del bromuro de potasio se clasifica como iónico.6).5 Tres compuestos iónicos a) Las diferencias de electronegatividad del fluoruro de litio. c) Li+ F– K+ Br– Cl EN = 3. podemos mencionar las siguientes: • En los compuestos electrovalentes las temperaturas de fusión y de ebullición son elevadas. + H2O OH Cl2 – – Na e Cl2 + + Ánodo e Reacción anódica 2Cl— → Cl2 + 2e— Na – Cl OH Na + H2O Reacción catódica 2H2O + 2e— → H2 + 2OH— Reacción anódica 2Cl— → Cl2 + 2e— Reacción total 2Na— + Cl → 2Na + 2Cl Reacción total 2Cl— + 2H2 O → H2 + Cl2 + 2OH— a) Cloruro de sodio fundido b) Cloruro de sodio en disolución acuosa 4/20/12 1:35:06 PM .8 K EN = 0.1 F EN = 4.0 Br EN = 2.8 Δ EN = 2.0 Na+ Cl– b) Propiedades asociadas al enlace iónico Como propiedades asociadas al enlace electrovalente o iónico. cloruro de sodio y bromuro de potasio demuestran que es mejor representar a estos compuestos como compuestos iónicos. Compuestos La palabra y su raíz electrólisis (Griego) élektron ámbar. Ánodo Cátodo e – e Burbuja Cátodo – + Na + Na Cl Cl 03-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 120 Cl2 Cl2 + H2 H2 – Reacción catódica Na+ + e— → Na Figura 3.6 Electrólisis del cloruro de sodio.0 Δ EN = 3.120 Unidad 3 Enlace químico: modelos de enlaces e interacciones intermoleculares a) Figura 3.0 Li EN = 1. e– e– e– e– e– e– e– e– l e– e– – e O e– e– e– e– e– e– H 2O Figura 3. El oxígeno. Compuesto Calor de formación en calorías AlCl3 166 200 BaO2 150 500 Fe2O3 196 500 PbO2 66 120 Enlace covalente El enlace covalente se forma cuando los átomos que se combinan compar ten electrones (figura 3. acudimos al concepto de espín o sentido de gir o del electrón (tema abordado en la unidad 2). cada hidrógeno mantiene 2 electrones en su nivel externo. Para explicar la gran estabilidad de este enlace. Al compartir un par de electrones con el oxígeno.3. Cl - - - H .indd 121 4/20/12 1:35:06 PM .9 Formación de agua compartiendo electrones La estabilidad de los átomos en una molécula de agua es el resultado de una distribución en la cual los 8 electrones de valencia (6 del oxígeno y uno de cada uno de los 2 hidrógenos) están distribuidos entre los tres átomos.1 Enlace químico 121 121 • Cuando se efectúa la síntesis de un compuesto electr ovalente a partir de sus elementos.7 El sulfato de cobre (II) (CuSO4) se usa para evitar el crecimiento de algas en albercas y en plantas para el tratamiento de agua. cada átomo logra una configuración estable de gas noble. lo mismo que los electrones que forman el par. Mediante este método. - . al compartir 2 electrones con dos hidrógenos. pues éstos son atraídos por los núcleos de los átomos que se unen y estos núcleos deben r epelerse entre sí. puesto que se dificulta r epresentar el par de electrones que forman el enlace. hay gran desprendimiento de calor.- – e e– H + + + H + e– - Figura 3. En este tipo de enlace sí podemos hablar de moléculas sencillas pero es más difícil de visualizar que el electr ovalente.8).- - Par compartido - - - Figura 3.8 Enlace covalente. mantiene un octeto estable en su nivel externo. 03-RECIO_QUIMICA_INORG. 122 Unidad 3 Enlace químico: modelos de enlaces e interacciones intermoleculares Por ser el electrón una carga eléctrica en mo vimiento crea un campo magnético en torno a él. esto es. se sustituye por una pequeña raya o guión. los átomos con electr onegatividades iguales (mismo elemento) o ligeramente diferentes. pueden formar moléculas compar tiendo uno o más par es de electrones. Hidrógeno Cl Cl Cloro H O H Agua H N H Amoniaco H H La palabra y su raíz H C H 03-RECIO_QUIMICA_INORG. 4/20/12 1:35:08 PM .indd 122 H electrolito (Griego) electro electricidad. “sólo los electrones con espines opuestos se pueden aparear”. este par. ahora bien. en forma clásica. el campo magnético de un electrón girando en un sentido posee polos magnéticos nor te y sur orientados en dir ección opuesta a los de otr o electrón que se encuentre girando en sentido contrario y. H Metano H El enlace covalente es más común entre átomos de la misma especie o entre especies semejantes. H +º H Hidrógeno °° º+ H Agua º + ++ H +º N Cloro º + ++ H +º O ++ ++ ++ ° ° +º Cl Cl ° ° ++ H Amoniaco H H º + H º+ C +º H +º Metano H En los anteriores ejemplos hemos encerrado con un óvalo el par de electrones que constituye el enlace covalente. así. Sustancia fundida o en solución acuosa que es capaz de conducir la corriente eléctrica. H(a) H(b) ⎫ ↑ ⎪ 1s ⎪ ⎬ estos electrones se aparean y se forma H2 ↓ ⎪ 1s ⎪ ⎭ Las estructuras o fórmulas de Lewis son una herramienta útil para r epresentar la unión por covalencia. lytós soluble. 3.1 Enlace químico 123 123 Los compuestos son covalentes cuando su porcentaje de electrovalencia es menor del 50% (véase cuadro 3.2 y figura 3.4). Cuadro 3.3 Porcentajes de electrovalencia de algunas sustancias H2 0% Cl2 0% O2 0% SO2 22% H 2O 39% NH3 19% CH4 4% Propiedades asociadas al enlace covalente Como propiedades asociadas al enlace covalente podemos mencionar las siguientes: • En los compuestos covalentes las temperaturas de fusión y ebullición son bajas. Compuesto Temperatura de fusión en °C H 2O Temperatura de ebullición en °C 0 100 CH4 −182.6 −161.4 NH3 −77.7 −33.4 • Los compuestos covalentes no conducen la corriente eléctrica. • El calor de formación de los compuestos covalentes es más bajo que el de los compuestos electrovalentes. Compuesto Calor de formación en calorías NH3 11 400 CS2 21 500 CCl4 33 400 CO2 94 052 El azúcar de mesa (C12H22O11) se llama sacarosa. Es un ejemplo de un compuesto covalente que es un sólido cristalino soluble en agua. 03-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 123 La gasolina y el petróleo crudo son mezclas de compuestos covalentes. El petróleo que se derrama en agua no se disuelve en ella, sino que flota formando capas delgadas. Figura 3.10 Comparación de compuestos covalentes Los compuestos covalentes están formados por moléculas en las que los átomos se unen compartiendo electrones. Debido a las débiles fuerzas interpartícula entre las moléculas, los compuestos covalentes tienden a ser gaseosos o líquidos a temperatura ambiente, además de insolubles en agua, aunque algunos son muy solubles. 4/20/12 1:35:08 PM 124 Unidad 3 Enlace químico: modelos de enlaces e interacciones intermoleculares Figura 3.10 Comparación de compuestos covalentes continuación... La cera de las velas y la mantequilla son mezclas de compuestos covalentes. Como sus moléculas son grandes y pesadas son sólidos, pero se funden a baja temperatura. Manos a la obra En lugares donde no se dispone de gas natural, mucha gente usa propano (C3H8) para la calefacción de sus hogares y para cocinar sus alimentos. Se entrega a negocios y hogares en camiones pipa, a presión. El enlace de los compuestos Los compuestos se clasifican de acuerdo con los tipos de enlaces que unen a sus átomos. Los iones de los compuestos electrovalentes o iónicos se unen mediante enlaces iónicos, mientras que en los compuestos moleculares los átomos se unen por enlaces covalentes. A simple vista no puedes decir que el compuesto de una muestra es del tipo iónico o molecular porque ambos compuestos pueden tener la misma apariencia. Pero se pueden hacer pruebas sencillas para clasificar a los compuestos según su tipo, ya que cada uno tiene propiedades particulares que comparten la mayoría de sus integrantes. Los compuestos iónicos son duros, quebradizos y solubles en agua, tienen altos puntos de fusión y pueden conducir la electricidad cuando están disueltos en agua. Los compuestos moleculares pueden ser suaves, duros o flexibles, en general son menos solubles en agua, tienen puntos de fusión bajos y cuando están disueltos en agua no pueden conducir la electricidad. Después de esta introducción sobre los compuestos iónicos y covalentes, realiza en el laboratorio de tu escuela la siguiente práctica. Con este experimento podrás identificar los compuestos iónicos y los moleculares, según sus propiedades. Material • portaobjetos de vidrio • lápiz graso o crayón • parrilla de calentamiento • espátula • 4 vasos pequeños de precipitados (50 o 100 mL) 03-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 124 • • • • • varilla de agitación balanza aparato para medir conductividad probeta graduada, pequeña termómetro (con graduación mayor de 150°C) Sustancias 4 muestras de 1 a 2 g de algunas de las siguientes sustancias: • sustituto de sal (KCl) • fructosa • aspirina • parafina • urea • sal de mesa • azúcar de mesa • sal de Epson Procedimiento 1. Con un lápiz graso o crayón traza varias líneas en un portaobjetos para dividirlo en cuatro partes. Rotula cada parte con las letras A, B, C y D. 2. Haz en tu cuaderno una tabla semejante a la que se muestra para que anotes datos y observaciones. 3. Con una espátula coloca una décima parte (0.1 a 0.2 g) de la primera sustancia en la parte A del portaobjetos. 4. Repite el paso 3 con las otras tres sustancias en las partes B, C y D. Asegúrate de limpiar la espátula luego de tomar cada muestra. Anota en tu tabla de datos qué sustancia pusiste en cada parte del portaobjetos. 4/20/12 1:35:09 PM 3.1 Enlace químico 5. Coloca el portaobjetos en la parrilla de calentamien- 2. ¿Todos los compuestos se funden a la misma temperatura? to. Regula el calor en la posición media y empieza a calentar. ______________________________________ 6. Coloca un termómetro sobre el cubreobjetos de modo ______________________________________ que apenas se apoye el bulbo. Cuida de no revolver los compuestos. 7. Continúa calentando hasta que se alcance la temperatura de 135°C. Examina cada parte del portaobjetos y anota las sustancias que se hayan fundido. Apaga la parrilla de calentamiento. 125 125 3. Completa tu tabla de datos clasificando cada una de las sustancias de prueba como compuesto iónico o molecular de acuerdo con tus observaciones. ______________________________________ ______________________________________ 4. ¿Qué diferencias existen entre las propiedades de los compuestos iónicos y los moleculares? ______________________________________ ______________________________________ 5. ¿Cómo son los puntos de fusión de los compuestos 8. Marca cuatro vasos con los nombres de tus cuatro sustancias. 9. Pesa cantidades iguales (1-2 g) de cada una de las cuatro sustancias y coloca las muestras en sus respectivos vasos. 10. Añade a cada vaso 10 mL de agua destilada. 11. Agita cada sustancia con una varilla limpia. Anota en tu tabla si la muestra se disolvió completamente o no. 12. Con un dispositivo para medir conductividad prueba en cada sustancia la presencia de electrólitos. Anota en la tabla de la siguiente página cuál de ellas actúa como conductor. Resuelve 1. ¿Qué les ocurre a los enlaces que hay entre las molécu- iónicos en comparación con los de los compuestos moleculares? ¿Qué factores influyen en el punto de fusión? ______________________________________ ______________________________________ 6. Las soluciones de algunos compuestos moleculares son buenas conductoras de la electricidad. Explica por qué es cierto esto, aun cuando se requieren iones para conducir la electricidad. ______________________________________ ______________________________________ 7. ¿Cómo puedes aprovechar las diferentes propiedades las cuando una sustancia se funde? de la arena, la sal y el agua para separarlas cuando están mezcladas? ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ 03-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 125 4/20/12 1:35:11 PM Unidad 3 Enlace químico: modelos de enlaces e interacciones intermoleculares 126 Sustancia ¿El compuesto se disuelve en agua? ¿El compuesto se funde? ¿La solución conduce electricidad? Clasificación A B C D Enlace simple, doble y triple Los ejemplos de enlaces covalentes que hasta ahora hemos visto son simples, es decir, por cada dos átomos que se combinan hay un par de electr ones compartidos (un enlace). Ejemplo H °+ H H H °° °+ H H O H OH °° Sin embargo, algunos átomos sólo pueden alcanzar su configuración electr ónica estable (octeto) cuando comparten más de un par de electrones entre ellos. Si los átomos comparten dos pares de electrones, están unidos por un doble enlace. °+ Ejemplo °° O °° °° O °° e– e– e e– e– e– e– – e– e– + + 03-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 126 e– e– + Oxígeno O= C =O Dióxido de carbono e– e– e– l + O O= O e– e– e– e–– e e–– e e–– e e– e– e– 4e– 4e– O e– e– e– O C O CO2 Ahora bien, si los átomos comparten tres pares de electrones, están unidos por un triple enlace. N +++ N ++ ++ H °+ C ++ ++ C H °°° °° Figura 3.11 Electrones compartidos en el CO2 Cuando los átomos de carbono y de oxígeno reaccionan, el carbono comparte dos pares de electrones con cada oxígeno. Esta distribución proporciona un octeto estable a todos los átomos. e– e– °+ C e– ++ °° ++ O ++ ++ + + °° °° + C +° O ++ ° °° N ––– N H C ––– C H Nitrógeno Acetileno En el oxígeno (O2), que es una molécula con doble enlace, el apareamiento de los 2 electrones de un átomo con dos del otro, se explica de la siguiente manera: 4/20/12 1:35:11 PM 3.1 Enlace químico O(a) 1s2 2s2 2p2x 2p2y 2p2z ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ 127 127 Con estos electrones se forman los dos enlaces. O(a) ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↓ ↓ 1s2 2s2 2p2x 2p2y 2p2z Y el nitrógeno (N2) con triple enlace. N(a) 1s2 2s2 2p1x 2p1y 2p1z ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ Con estos electrones se forman los tres enlaces. ↑↓ ↑↓ ↓ ↓ 1s2 2s2 2p1x 2p1y 2p1z El brócoli, ¿un alimento milagroso? El brócoli posee un producto llamado sulforafano, el cual tiene la siguiente estructura de Lewis (observa los dobles enlaces): •• •• CH3 S (CH2)4 N=C=S = Llevar una dieta sana nos puede ayudar a no enfermarnos y, sobre todo, a vivir más años. Los nutriólogos sugieren agregar más verduras a la alimentación diaria, lo cual no es nada difícil. En el mercado existe gran variedad de verduras, entre ellas se encuentra el brócoli, que en principio tal vez no se te antoje mucho. En los últimos años, se ha descubierto que este vegetal de reputación humilde contiene productos químicos poderosos. O •• •• Lectura ↑↓ •• N(a) Los experimentos indican que el sulforafano contiene protección contra ciertos cánceres y bacterias. Por ejemplo, entre las bacterias más comunes en el hombre se encuentra la Helicobacter pylori (H. pylori), la cual se considera responsable en el desarrollo de diversas enfermedades estomacales, incluyendo inflamación, cáncer y úlceras. Es cierto que los antibióticos son el mejor tratamiento para la infección por H. pylori. Pero en ocasiones, la bacteria evade los antibióticos “ocultándose” en células de la pared estomacal y resurgiendo una vez terminado el tratamiento. Estudios realizados han demostrado que el sulforafano mata a la bacteria H. pylori (aunque se haya refugiado en las paredes de las células estomacales) simplemente comiendo brócoli. Los científicos han encontrado que el sulforafano parece inhibir el cáncer estomacal en ratones. Aunque no hay garantía de que el brócoli nos mantenga saludables, sería muy recomendable agregarlo a nuestra alimentación. Adaptado de Steven S. Zumdahl, Fundamentos de química, 5a. ed., McGraw-Hill Interamericana Editores, México, 2007, p. 486. 03-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 127 4/20/12 1:35:13 PM cuyas cargas eléctricas negativas se encuentran distribuidas simétricamente. c) N S a) O O C H O EN = 3. ya que el cloro atrae con más fuerza a los electrones del enlace. Por ejemplo. b) La ΔEN de 0. Se llama enlace covalente puro a aquel que se forma entre átomos de la misma especie. Todos estos compuestos tienen enlaces covalentes en los que los electrones se comparten casi igual. veremos que el por centaje de electrovalencia es cero para H2. O2.indd 128 4/20/12 1:35:14 PM .9) (véase la figura 3. el NO2 se sigue considerando un compuesto covalente. etcétera. El metano es el componente principal del gas natural.5 Δ EN = 0. lo que hace que en el espacio del átomo más electronegativo haya una may or densidad de cargas eléctricas negativ as. que es positivo. Al consultar el cuadr o 3. en general.5 S EN = 2. estos átomos son de distinta especie y tienen electronegatividades diferentes. (El símbolo δ indica una separación parcial de cargas. formándose un polo negativo en contraste con el polo opuesto.1 Δ EN = 0.5 b) C S H H H C EN = 2. A estos últimos se les llama así porque los átomos que forman sus moléculas están unidos mediante enlaces co valentes. podemos clasificar a los compuestos covalentes en no polares y polares.128 Unidad 3 Enlace químico: modelos de enlaces e interacciones intermoleculares Polaridad de enlace + + ° + C Cl + + + ° + + + Cl + + + + + + + + Cl + + + + + + + Cl ++ ° + + ° Figura 3.4) es lo suficientemente grande para que del lado del cloro se forme un polo par cialmente negativo (δ–) y en el lado del hidr ógeno otro polo parcialmente positivo (δ+). Existen también moléculas poliatómicas cuyas cargas eléctricas están simétricamente distribuidas al considerar todo el conjunto. por ejemplo en el tetracloruro de carbono.4 de los enlaces del metano no es suficiente para afectar de modo significativo las propiedades del compuesto. a) Los enlaces de C—S en el disulfuro de carbono son de tipo covalente puro.5 H EN = 2.4 Enlace covalente no polar y polar Los anteriores ejemplos son de moléculas no polares y. Cl2. CCl4.0 Δ EN = 0.3.) °° °° ° + °° H Cl H Cl δ+ δ– 03-RECIO_QUIMICA_INORG. El valor de ΔEN = 0.5 N EN = 3. la diferencia de electronegatividad (0.0 C EN = 2.12 Tres compuestos covalentes El disulfuro de carbono es un disolvente útil para las grasas y las ceras. pues los átomos de estas moléculas son del mismo elemento. El dióxido de nitrógeno se utiliza para hacer ácido nítrico y también es un contaminante atmosférico. aunque los átomos sean distintos. c) Aunque el grado de desigualdad con que se comparten los electrones en los enlaces N—O del dióxido de nitrógeno es mayor que en los enlaces de C—H. al formarse el cloruro de hidrógeno (HCl). en el cual los átomos que se combinan compar ten electrones. se considera que un compuesto es pr edominantemente covalente polar cuando su por centaje de electrovalencia es de 25 a 49 por ciento. 03-RECIO_QUIMICA_INORG. el átomo que proporciona los electrones tiene un par no compartido en su nivel de valencia. Aunque el límite es arbitrario.1 Enlace químico 129 129 A continuación un ejemplo de moléculas que presentan enlace covalente polar. HBr °° H °+ Br °° H 2S H °°+S°°° ° H H 2O + + °° ° H °O + ° ° H δ+ δ– δ+ δ– δ+ δ– H — Br H—S | H δ+ H—O | H δ+ El enlace covalente polar constituye un fenómeno muy importante en la explicación del comportamiento físico y químico de los compuestos. para que se forme un enlace covalente entre dos átomos. pero el par necesario para formar el enlace es proporcionado por uno de ellos solamente. Mecanismo de coordinación En general. el agua debe sus notables propiedades a su gran momento dipolar.13 Distribución de cargas en un enlace O–H Como el oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno. Como v eremos en el siguiente tema. Esta distribución lleva a una carga parcial negativa sobre el oxígeno y a una carga parcial positiva sobre el hidrógeno. O H δ– δ+ Figura 3.3.indd 129 4/20/12 1:35:15 PM . cada uno de ellos aporta un electrón y así constituir el par necesario para la unión. Existe otro tipo de enlace llamado covalente coordinado. la molécula de agua es muy polar. Enlace por coordinación Como se explicó anteriormente. es decir. los electrones de un enlace O–H pasan más tiempo cerca del átomo de oxígeno. por ejemplo. – H ⎤ 1+ ⎡ ↑ ⎥ ⎢ ⎢H N H ⎥ ⎥ ⎢ H ⎦ ⎣ El siguiente ejemplo es ilustrativo.130 Unidad 3 Enlace químico: modelos de enlaces e interacciones intermoleculares Amoniaco (NH3) ° °° H H °+ N + H° Aquí el nitrógeno tiene un par de electrones no compartidos + El átomo receptor es deficiente en electrones y carece de suficientes electrones de valencia para alcanzar una configuración electrónica estable (octeto). + °° + °N ° H + + + H1+ H ° ° °° H H °+ +N H° ⎡ ⎢ ⎢H ⎢ ⎣ ⎤1 ⎥ H⎥ ⎥ ⎦ + Una forma útil para indicar el enlace co valente coordinado consiste en emplear una pequeña flecha que va del átomo donador al receptor. Una vez formado el enlace. mediante un enlace covalente coordinado. un ion hidrógeno (H1+) puede formar un enlace covalente coordinado con una molécula de amoniaco mediante el traslape de su orbital vacío con un orbital del átomo central nitrógeno. Al disolver el gas cloruro de hidrógeno (HCl) en agua. formándose el ion hidronio [H3O]1+. Investiga + °° + °O ° H + H1+ °° H °+ O + ° H o H ↑ H O – NaClO NaClO2 NaClO3 NaClO4 H °° Hipoclorito de sodio Clorito de sodio Clorato de sodio Perclorato de sodio H °° Encuentra el enlace covalente de los siguientes compuestos: H Ejemplifiquemos ahora los siguientes compuestos: Hipoclorito de sodio Clorito de sodio Clorato de sodio Perclorato de sodio 03-RECIO_QUIMICA_INORG. no se distingue de cualquier otro enlace covalente. que contiene el par de electrones no compartidos. el clor o se queda con los electrones del enlace covalente sencillo: °° °° H °+Cl + ° H1+ ° ° 1– ° Cl °° °° + y el núcleo del hidr ógeno (protón) se une con el o xígeno del agua en uno de los pares de electrones no compartidos.indd 130 NaClO NaClO2 NaClO3 NaClO4 4/20/12 1:35:15 PM . no se circunscribe a los no metales. y en condiciones especiales puede unirse con otro átomo de oxígeno mediante un enlace covalente coordinado. Están formados por átomos que se unen entr e sí mediante enlaces covalentes coordinados.3. °° ° °° O ° + + °° + °° Na °° O °+ Cl + O° + + °° °° ° °° ° °° O ° + + + °° °° + O° Na °° O °+ Cl ° °° + + °° ° °° O °° ° o o Na1+ Na1+ O ⎤ 1– ⎡ ↑ ⎢O Cl → O⎥ ⎦ ⎣ O ⎤ ⎡ ↑ ⎢O Cl → O⎥ ↓ ⎥ ⎢ O ⎦ ⎣ 1– La posibilidad de que un átomo de un compuesto que tenga par es de electrones libres reaccione con otros átomos. y sus características son muy específicas. formándose. la plata es el mejor conductor de electricidad. donde se pueden unir mediante enlaces covalentes coordinados.. Enlace metálico Como su nombre lo indica. Se denominan iones complejos a los que contienen un átomo de metal y otr o u otros átomos. Los iones complejos que no tienen un átomo de un metal r eciben. los átomos se encuentran unidos entre sí por una nube de electrones de valencia que rodea a los kernels. formándose el clorito de sodio (NaClO2) que también es estable. si se observa la estructura de Lewis anterior se aprecia que al cloro le quedan dos par es de electr ones no compar tidos. uno o dos átomos de o xígeno.indd 131 ¿Sabías que. es decir.? De todos los metales. Consiste en un conjunto de cargas positiv as que son los kernels de los átomos metálicos y los electr ones periféricos pertenecen a todos los cationes. Como la plata es más rara y más cara. ya que tiene tr es pares de electr ones no compar tidos. al redistribuirse los electrones hay un enlace electrovalente y uno covalente: °° +° Na °° O °° + + + Cl + + + Na1+ [O – Cl]1– Este compuesto (NaClO) es estable pero el átomo de cloro no ha saturado su capacidad de combinarse. existen algunos elementos metálicos que efectúan este tipo de reacciones.1 Enlace químico 131 131 Los elementos que se enlazan son: °° Na° °° O °° + + + + Cl + + + En el hipoclorito de sodio (NaClO). 4/20/12 1:35:15 PM . El cobre ocupa el segundo lugar. en general. °° + + + °° + O° Na °° O ° Cl °° + + °° ° o Na1+ [O Cl → O]1– + Ahora bien. el enlace metálico es un enlace que ocurr e entre los átomos de metales. respectivamente.. el cobre es el metal que se utiliza en los circuitos eléctricos. el nombre de radicales. el clorato de sodio (NaClO3) y el perclorato de sodio (NaClO4). 03-RECIO_QUIMICA_INORG. esto distingue al enlace metálico del enlace covalente. + + + + + + + + + + + + + + + + –– –– –– –– –– –– –– –– + + + + + + + + + + + + + + + + –– –– –– –– –– –– –– –– + + + + + + + + + + + + + + + + –– –– –– –– –– –– –– –– Antes de la deformación Después de la deformación Cada uno de los átomos de un metal del grupo 2 libera sus dos electrones de valencia en una fuente de electrones que son compartidos por los demás átomos metálicos. En el enlace metálico los electrones pueden moverse en todos sentidos.14 Representación gráfica de una red cristalina de un metal.15 Representación bidimensional de un cristal metálico El movimiento de iones en un sólido metálico no produce cambios en la naturaleza de las fuerzas enlazantes.indd 132 4/20/12 1:35:15 PM . C uando un metal se golpea con un martillo. Propiedades asociadas al enlace metálico Debido a la gran mo vilidad de los electr ones de valencia. los metales son buenos conductores de la electricidad y el calor. 03-RECIO_QUIMICA_INORG. Este modelo explica la maleabilidad y la ductilidad de los metales.132 Unidad 3 Enlace químico: modelos de enlaces e interacciones intermoleculares Representación Podemos representar a un metal como un enr ejado de iones positivos colocados en los nudos de una red cristalina y sumergidos en un “mar” de electrones móviles.15). Figura 3. gracias a esta movilidad. Además. Esta capacidad de reorganizarse explica por qué los metales se pueden estirar en alambres largos y finos. los átomos se deslizan a trav és del mar de electr ones y ocupan un nuev o sitio. Iones positivos Electrones móviles Figura 3. Los enlaces de los metales no son rígidos. La ductilidad y maleabilidad de los metales son explicables por esta movilidad electrónica (véase la figura 3. pero mantienen sus conexiones con los demás átomos. los metales presentan brillo. ya que en este último los electrones están situados en una posición rígida. . de tan sólo unos cientos de átomos de espesor.2 133 133 Figura 3.16 Maleabilidad. b) El oro es maleable: la hoja de oro es oro metálico que se aplana hasta que se obtiene una laminilla muy delgada.2 Enlace molecular a) b) 3..2 Enlace molecular Mapa conceptual 3.3. a) El cobre es dúctil y buen conductor de electricidad.. Enlace molecular es la Atracción entre Moléculas debido a las Fuerzas de Van der Waals por ejemplo Puente de hidrógeno Atracciones de Van der Waals ¿Sabías que. ductilidad y conductividad eléctrica de los metales Estas propiedades reflejan el tipo de enlaces de los metales.? Las fuerzas de Van der Waals son débiles atracciones de carácter electrostático entre las moléculas. se utiliza sobre todo en los circuitos eléctricos. Agua en estado sólido — . — . mientras que las fuerzas intermoleculares son fuerzas de atracción entre moléculas y son las responsables de las propiedades de la materia como el punto de fusión y el punto de ebullición. 03-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 133 4/20/12 1:35:16 PM . — Las fuerzas intramoleculares mantienen juntos a los átomos de una molécula (recuerda el enlace químico). Agua en estado líquido Figura 3.17 Fuerzas de Van der Waals. el lado del hidrógeno tiene una carga neta positiva y el lado del nitrógeno una carga neta negativa.indd 134 4/20/12 1:35:18 PM . Puente de hidrógeno Las moléculas de agua y de amoniaco son ejemplos de cómo los enlaces polares. ordenados geométricamente de cierta manera. O H H + D + + D D Extremo con carga positiva D – Extremo con carga negativa – D N Figura 3. como el agua y el amoniaco . pr ovocada por la influencia del campo eléctrico de los átomos vecinos. pueden generar una molécula polar. 03-RECIO_QUIMICA_INORG. con uno de ellos está unido mediante un enlace co valente normal y con el otro. mientras que el lado del oxígeno tiene una carga negativa. una molécula de amoniaco tiene dos lados distintos. La molécula polar tiene un polo positivo y otro negativo. Debido a la forma curvada del agua. el lado del hidrógeno de la molécula tiene una carga positiva. A causa de los enlaces polares. por una unión especial llamada enlace de hidrógeno o puente de hidrógeno. Con estos enlaces se pueden explicar las fuer zas de cohesión en los líquidos y en los gases.19 La molécula polar del amoniaco Como el agua. también se llama dipolo. La flecha indica la dirección en la que se atraen los electrones. En estos casos el hidr ógeno es atraído por dos átomos de elementos electronegativos. Extremo con carga negativa – D – D Figura 3.18 La molécula polar del agua Los enlaces O–H de una molécula de agua son polares.134 Unidad 3 Enlace químico: modelos de enlaces e interacciones intermoleculares Es el enlace más débil de todos y se debe a la deformación de la configuración electrónica de cada átomo. Se le llama también enlace residual o enlace de polarización. H H + + D D H + D Extremo con carga positiva D + Ciertos compuestos contienen en sus moléculas átomos de hidr ógeno. 03-RECIO_QUIMICA_INORG. Observa la siguiente tabla.2 Enlace molecular Puentes de hidrógeno – D + H O + + H + D H D + H + H + D + + H + + H O D O D – D D – O+ H – + D 135 135 H – O + H + D Figura 3. ¿Sabías que.indd 135 El agua alcanza su máxima densidad a los 4°C y se congela a los 0°C. esto se debe a que las moléculas de agua están unidas por puentes de hidrógeno. y su fuerza es mucho menor que la del covalente. debería ser un gas difícilmente licuable si se compara con los hidruros de azufre (H2S). Los dos átomos unidos mediante un puente de hidrógeno deben ser muy electronegativos y de volumen pequeño. H2O.. elementos del mismo grupo (6A) del oxígeno. lo cual hace que el hielo flote. 4/20/12 1:35:19 PM .20 Puentes de hidrógeno contra los enlaces covalentes del agua. selenio (H2Se) y telurio (H2Te). Un ejemplo interesante es el agua. Enlaces covalentes – + + – – + – + + – + – + – + – – + – + – – + – – + + – + – + – + + – + – + – + – + Figura 3. un compuesto líquido a temperatura ambiente que por su fórmula sencilla. Aquí se representan las atracciones dipolodipolo en los líquidos (izquierda) y en los sólidos (derecha). El enlace de hidrógeno es de naturaleza electrostática. pero mayor que las fuerzas de Van der Waals. ya que su densidad es menor porque a temperaturas menores a 4°C el agua aumenta de volumen hasta convertirse en hielo.? Propiedades asociadas al puente de hidrógeno Cuando existen enlaces o puentes de hidrógeno entre las moléculas de una sustancia..21 Interacciones dipolo en los líquidos y los sólidos La fuerza entre las moléculas dipolo es una atracción del extremo positivo de un dipolo por el extremo negativo de otro dipolo. originan que ésta sea más fácilmente condensable de lo que podría esperarse por el tamaño y masa de sus moléculas.3. es una molécula que contiene ocho enlaces O—H. a lo cual se debe que el azúcar sea muy soluble. Punto de ebullición °C Punto de fusión °C H 2O 100 0 H 2S –61.8 –82. En estado líquido. Cuando se añade agua a la sacarosa sólida. Fusión m m Congelación Figura 3.22 Comportamiento de las moléculas del agua en sus cambios de estado (líquido-sólido).9 H2Se –42 –64 H2Te –4 –51 Otro comportamiento anormal del agua es el volumen que ocupa en estado líquido y en estado sólido (hielo).23 Sacarosa La sacarosa. O H C O O H H H H O C C C H H O C C H H H O C O H H O H O H O O CH2 C H O H C H H O H H H O H O H 4/20/12 1:35:19 PM . cuando debería ser lo contrario.136 Unidad 3 Enlace químico: modelos de enlaces e interacciones intermoleculares Compuesto Investiga Investiga qué es punto de fusión y punto de ebullición. Proporciona un ejemplo de cada uno. Las fuerzas de atracción que actúan entre las moléculas de sacarosa se vencen y sustituyen por fuerzas de atracción entre las moléculas de sacarosa y de agua. las moléculas se entrecruzan libremente y en estado sólido se elimina el mo vimiento molecular libre. debido a la rigidez de los puentes de hidrógeno. cada uno de esos enlaces es un sitio potencial para formar puentes de hidrógeno con el agua. C12H22O11. Este comportamiento sucede porque las moléculas de agua están unidas mediante puentes de hidrógeno. En el hielo hay mucho espacio entre las moléculas.indd 136 H CH2 O H Figura 3. Este volumen es mayor en estado sólido que en estado líquido. Sólido Líquido H H H O H O H H O CH2 H 03-RECIO_QUIMICA_INORG. en esta ciencia la química es la base por el estudio de la materia y sus cambios. se hicieron modelos más pequeños y baratos. Nuevos materiales La ciencia de materiales es una combinación interdisciplinaria de física. Rojero. A partir de los años setenta. Este comportamiento del agua es un claro ejemplo de la importancia de la geometría y polaridad de una molécula.. Mientras trabajaba en su experimento se dio cuenta que el chocolate empezó a derretirse. algunos de los puentes de hidr ógeno se rompen y las moléculas de agua se acercan. décadas más tarde. un científico estadounidense realizaba experimentos con un magnetrón (un equipo que genera microondas).3. p. lo que permitió se convirtiera en uno de los inventos más comunes en la vida diaria de nuestros tiempos. adquiriendo ésta mayor densidad. Lectura Origen del horno de microondas En la década de los cuarenta del siglo . México. pues cuando el hielo se funde. el volumen continúa disminuyendo a medida que se rompen más puentes de hidrógeno. química e ingeniería.2 Enlace molecular 137 137 También esto explica que la máxima densidad del agua sea a 4°C. Castells. Este accidental descubrimiento dio origen. Cuentan que este ingeniero llevaba en uno de los bolsillos de su bata una barra de chocolate. 2004.? Los primeros hornos de microondas eran muy grandes y sólo se usaban en restaurantes. 218. Este hecho se basa en la interacción de las microondas con las moléculas de agua. Siliconas Son compuestos orgánicos que contienen silicio y. 03-RECIO_QUIMICA_INORG. circuitos integrados y los chips de computadora.. debido a sus propiedades lubricantes. De 0 a 4°C. Mencionemos algunos ejemplos: Cristales de silicio de gran pureza Se emplean en la industria de los semiconductores para producir transistores modernos. 4/20/12 1:35:19 PM . se emplean para reemplazar partes del cuerpo como las articulaciones de caderas y rodillas. las cuales. al horno de microondas. debido a su polaridad y geometría. incrementan su energía cinética y elevan así la temperatura del alimento que las contiene. McGraw-Hill Interamericana Editores. Adaptado de Zárraga. el cual permite calentar alimentos. Química. Velázquez.indd 137 ¿Sabías que. indd 138 4/20/12 1:35:21 PM . Fullerenos Se usan como catalizadores en diferentes procesos de producción. cobalto y níquel Se utilizan en vehículos espaciales. bario. el mayor interés recae sobre los sistemas maglev de alta v elocidad. niobio. por ejemplo. cobre y oxígeno Se emplea en trenes de alta velocidad debido a que no presenta resistencia al paso de la corriente eléctrica. 03-RECIO_QUIMICA_INORG. por ejemplo. televisiones en miniatura. y los ingenieros han probado materiales compuestos no metálicos. volframio. En Alemania. etcétera. Por ejemplo. En la industria aeronáutica. computadoras de escritorio y portátiles. en la fabricación de superconductores. elaboración de cristales líquidos. Aleaciones de berilio Debido a su ligereza. mientras que en Japón se han alcanzado velocidades de 517 km/h en trenes meglev completos. Compuesto de litio. Cristal líquido Se emplea en las pantallas de r elojes digitales. así como mayor información. para elaborar “canastas” que filtran coágulos sanguíneos. Aunque los últimos av ances de la ciencia de materiales se han centrado en las propiedades eléctricas. los científicos han desarrollado. para purificación del agua. Aleaciones de tantalio. La tecnología de trenes de levitación magnética se utiliza para recorridos urbanos a velocidades medias (menos de 100 km/h) en ciudades eur opeas. y en la elaboración de “frenos” en la ortodoncia. Nitinol Tiene muchas aplicaciones médicas. calculadoras. con el estudio de nuevos materiales fue posible la invención del tren de levitación magnética o tren maglev. las propiedades mecánicas siguen teniendo gran importancia. un vehículo de alta velocidad que levita sobre un carril denominado carril guía y es impulsado por campos magnéticos. ya que son resistentes al calor que se produce por fricción al entrar en la atmósfera. para unir los tendones y ligamentos con los huesos. también para hacer armazones para anteojos. Aleaciones de niobio y estaño Se utilizan como superconductores a temperaturas extremadamente bajas.138 Unidad 3 Enlace químico: modelos de enlaces e interacciones intermoleculares Fibras ópticas Son cables de dióxido de silicio (SiO2) de gran pur eza con los que se logra rapidez en la comunicación. Sin embargo. Desde 1984 una lanzadera maglev para distancias cor tas se usa en G ran Bretaña entre el aeropuerto de Birmingham y la estación de tren. más liger os. resistentes y fáciles de fabricar que las aleaciones de aluminio y los demás metales que en la actualidad se emplean para los fuselajes de los aviones. rigidez y poca dilatación se usan en la fabricación de piezas para aviones supersónicos. un tren maglev logró la velocidad de 435 km/h. 32. 128 Enlace covalente polar. quien inventó el domo geodésico que aquí se muestra. p.indd 139 Los átomos comparten electrones pero el par electrónico es proporcionado por uno de ellos ______________________________________ En el cloruro de hidrógeno (HCl). y en 1991 se confirmó su forma de balón de futbol. 122 Enlace covalente. Escribe en cada enunciado si lo que se presenta se refiere a: Enlace iónico Enlace no polar Covalente polar Covalente coordinado Metálico Molecular El volumen del agua es mayor en estado sólido que en estado líquido. Victor S. C60. Conceptos y aplicaciones. Los fullerenos tienen fórmulas moleculares con números pares. 117 Catión. lo cual hace que el hielo flote ______________________________________ 03-RECIO_QUIMICA_INORG. Strozak y Cheryl Wistrom. las moléculas de C60 rebotan con su forma original intacta. McGraw-Hill Interamericana Editores. Phillips. 117 Enlace metálico. como C70 y C78. Éste es un modelo del buckminsterfullereno. 131 Regla del octeto. Las estructuras de los fullerenos en forma de jaula son muy flexibles. 131 Puente de hidrógeno. 2007. 117 Dipolo. Radicales. A partir de entonces. Después de estrellarlas en placas de acero a velocidades de 7 000 m/s (cerca de 16 000 millas/hora). en 1985. 134 Electrolito. Palabras clave Anión. Las moléculas de algunos fullerenos son esferas huecas y las de otros son tubos huecos. 114 Iones complejos. 121 Enlace covalente coordinado. La molécula pertenece a un grupo de alótropos de carbono bastante organizados llamados fullerenos.Lo que aprendí Lectura 139 139 Los fullerenos El buckminsterfullereno se descubrió en el hollín. 131 Enlace químico. el cloro atrae con más densidad a los electrones de enlace ______________________________________ Las cargas eléctricas están distribuidas de manera asimétrica ______________________________________ 4/20/12 1:35:21 PM . México. 129 Enlace electrovalente. nombrado así en honor del ingeniero y arqui- tecto Buckminster Fuller. 115 134 Lo que aprendí 1. Tanto el domo como la molécula son muy estables. 118 Enlace iónico. se han descubierto fullerenos naturales o se han producido artificialmente. Adaptado de John S. Química. 129 Enlace covalente no polar. 140 Unidad 3 Enlace químico: modelos de enlaces e interacciones intermoleculares Se forman cuando hay pérdida o ganancia de electrones entre los átomos ¿Por qué los aniones tienen mayor volumen que los átomos neutros? ______________________________________ ______________________________________ Hace que la temperatura de fusión sea elevada ¿Cuál de las siguientes ecuaciones presenta mejor la combinación de sodio (Na) con el flúor (F)? ______________________________________ Causa que la temperatura de ebullición de algunos compuestos sea baja ______________________________________ + – – + b) Na0 + F0 → Na1 F1 c) Na0 + F0 → Na1 F1 El enlace de electrovalencia es mayor que 50% Escribe una ecuación iónica que muestre a un átomo de magnesio convirtiéndose en ion. Consulta la tabla de electrovalencias para dar respuesta a los siguientes ejercicios: • Encierra con una línea continua las sustancias que en estado líquido conducen la corriente eléctrica: NaCl CO2 NH3 K2 S HCl CaO Cu2S CH4 Cu2O AlCl3 • Indica el porcentaje de electrovalencia (carácter iónico) y escribe si el tipo de enlace que forma es covalente no polar. covalente polar o electrovalente. Contesta brevemente: 03-RECIO_QUIMICA_INORG. % Enlace a) C H ______________ ______________ ¿A qué se llama enlace químico? b) Li Br ______________ ______________ ______________________________________ c) S O ______________ ______________ 2. ______________________________________ ______________________________________ Contribuye para que algunos compuestos conduzcan la energía eléctrica ¿Cuál es la diferencia entre ion complejo y ion radical? ______________________________________ Forma compuestos cuando su porcentaje de electrovalencia es de 25 a 49% ______________________________________ ¿Cuándo se forma un doble enlace? Escribe un ejemplo ______________________________________ ______________________________________ ¿Por qué no es posible que ocurra la siguiente reacción? Se forma cuando los electrones periféricos pertenecen a todos los núcleos Ar + Ar → Ar2 ______________________________________ Es la causa de que algunos elementos sean dúctiles y maleables ______________________________________ Explica la fuerza de cohesión en los líquidos ______________________________________ Enlace puente de hidrógeno ______________________________________ 3.indd 140 a) Na0 + F0 → Na0F0 4/20/12 1:35:23 PM . indd 141 141 141 • Representa con estructuras de Lewis los siguientes agregados atómicos: a) CH4 b) CO2 c) FeS d) Cu2O e) Cl2 4/20/12 1:35:23 PM .Lo que aprendí d) C O ______________ ______________ k) Cl O ______________ ______________ e) Fe O ______________ ______________ l) I O ______________ ______________ f ) K Cl ______________ ______________ g) Mg O ______________ ______________ h) H O ______________ ______________ i ) N H ______________ ______________ j) K F ______________ ______________ 03-RECIO_QUIMICA_INORG. indd 142 Fórmula química El dióxido de silicio: componente importante en la corteza terrestre Funciones químicas inorgánicas No hay motivos para reír Antiácidos ¿Cómo se inflan las bolsas de aire? Lo que aprendí 4/20/12 1:42:37 PM .Unidad 4 Nomenclatura de compuestos químicos inorgánicos En la ilustración aparecen acero. óxidos. La química te enseña a nombrarlos y a escribir sus fórmulas. Contenido ¿Cuánto sabes? 4. silicatos.1 Lectura 4.2 Lectura Manos a la obra Lectura Actividades 04-RECIO_QUIMICA_INORG. carbonatos. cemento. etcétera. indd 143 4/20/12 1:42:44 PM .Objetivo de la unidad El estudiante comprenderá la importancia de la nomenclatura sistemática en la química para identificar los compuestos por sus fórmulas. 04-RECIO_QUIMICA_INORG. ¿Cuánto sabes? 1.indd 144 4/20/12 1:42:51 PM . Estas sustancias se representan mediante una fórmula. 4. La nomenclatura es el conjunto sistemático de reglas que regulan la designación de fórmulas y nombres para las sustancias químicas. la “sal de cocina” es el cloruro de sodio (NaCl). Este sistema oficial de nomenclatura fue creado por la IUPAC. la “cal viva” es el óxido de calcio (CaO). 8. se hizo evidente que el uso de los nombres comunes para referirse a los compuestos produciría mucha confusión. organolépticas o en las aplicaciones de los compuestos conocidos entonces. 2. Estos nombres comunes son arbitrarios y no toman en cuenta la composición química de las sustancias. químicas. La solución fue crear un sistema de nomenclatura que tomara en cuenta algunos conceptos fundamentales como la estr uctura atómica. 4. Cuando en una ciudad se habla acerca de la nomenclatura de sus calles. además sería imposible memorizar los nombres de los millones de compuestos que se conocen en la actualidad. 3. la elaboración de los métodos y reglas para nombrar los compuestos y escribir sus fórmulas. que muestran la composición atómica de sus moléculas y se forman mediante la combinación de los símbolos de los elementos que las constituyen. el monó xido de dinitr ógeno (N2O) se llamaba “gas hilarante”. 7. En los inicios de la química no había un sistema para nombrar a los compuestos.1 Fórmula química Ya hemos indicado que las sustancias se dividen en elementos y compuestos. y si está formado por tres elementos distintos será… La fórmula del agua es H2O. 04-RECIO_QUIMICA_INORG. se usaban nombres comunes (algunos aún perduran) que se basaban en algunas características físicas. En esta unidad nos ocuparemos de la nomenclatura de los compuestos inorgánicos. ¿a qué se están refiriendo? ¿Qué representa para ti una fórmula química? ¿Qué nombre reciben las sustancias que forman un compuesto? Cuando el hierro se convierte en herrumbre. el “yeso” es el sulfato de calcio (CaSO4). 6. Por ejemplo. ¿qué significa el número 2? ¿Dónde tienen sus electrones de valencia los átomos de los elementos representativos? Introducción La palabra y su raíz nomenclatura Nomen (latín) nombre o nominación. ya que al ser inhalado produce risa. entr e otras funciones. se dice que se combina con… ¿Qué palabra emplearías para identificar el sabor del limón? ¿Qué sustancia específica tiene sabor salado? Cuando un compuesto está formado por dos clases de elementos es binario. 9. C uando se ampliaron los conocimientos en el campo de la química. 5. la valencia y la composición química de los compuestos. etcétera. organismo que se fundó en 1921 y que tiene a su cargo. si el compuesto es iónico. la composición atómica de sus iones. La fórmula empírica expresa el número relativo de átomos de cada elemento en un compuesto iónico (NaCl. Cl2. H2SO4. C6H6. 04-RECIO_QUIMICA_INORG. CaBr2.4. NH3. H2O. etcétera). La fórmula de un compuesto indica la composición atómica de su molécula o.2 Disulfuro de carbono El compuesto representado por la fórmula CS2 se llama disulfuro de carbono porque dos átomos de azufre están unidos con un carbono. H2SO4. N2. el número de átomos se indica con un subíndice a la derecha del símbolo y cuando hay un átomo no se necesita escribir el número 1. H2. La fórmula molecular representa el número real de átomos de cada elemento en una molécula del compuesto (compuestos covalentes) (H2O.1 ¿Sabías que.. 4/20/12 1:42:51 PM . su fórmula estará constituida por símbolos iguales (O2. CaO. etcétera). Y si es un compuesto.1 Las sustancias moleculares pueden ser tan simples como dos átomos de yodo unidos como I2. por símbolos diferentes (NaCl..1 Fórmula química Mapa conceptual 4. etcétera). He.? Fórmulas químicas que son y la Clasificación que indican Empíricas Moleculares El nombre de sustancias Para escribir fórmulas químicas cada átomo se representa con el símbolo de su elemento. I2 Figura 4.indd 145 Figura 4. de Compuestos mediante de acuerdo con símbolos un conjunto de reglas en forma Condensada 145 145 Desarrollada llamado Nomenclatura Es obvio que si la sustancia es un elemento. etcétera). Fórmula condensada Fórmula desarrollada – H H–O H2O – H H – N –H NH3 – H H – C –H – CH4 H H–O O S H–O O H3PO4 H–O H – O –P O H–O KMnO4 O K – O – Mn O O – – H2SO4 – – Ejercicio De las fórmulas anteriores elige dos átomos y escribe si se trata de un metal o no metal. las fórmulas desarrolladas o estructurales indican en un plano la estructura de la molécula y en ellas se representa el modo de agrupación de todos los átomos que la forman. señalando con guiones sus enlaces.indd 146 O Oxígeno no metal 2– ________________ _______________ _______________ _______________ H Hidrógeno metal 1+ ________________ _______________ _______________ _______________ 4/20/12 1:42:51 PM .146 Unidad 4 Nomenclatura de compuestos químicos inorgánicos Fórmulas condensadas y desarrolladas Las fórmulas pueden ser condensadas y desarrolladas o estructurales. y la valencia de ellos. Veamos los siguientes ejemplos. Investiga Investiga el significado de la palabra subíndice. En las fórmulas condensadas se emplean subíndices que indican el número de átomos que forman la molécula sin señalar cómo están unidos. Te damos ejemplos: 04-RECIO_QUIMICA_INORG. ninguno de ellos tiene importancia.4. arcilla o barro. México tiene abundantes variedades de SiO2 en cuarzo. Fundido con los hidróxidos o los carbonatos alcalinos forma los silicatos. Calentado con el magnesio o con el aluminio se descompone y deja en libertad al silicio. en amarillo. Ed. Porrúa. Baja California. los objetos se ven dobles). calcedonia. K2SiO3. pensaban que tomar el vino en una copa de amatista no producía intoxicación. en rojo constituye el jacinto. cristales. Estos grupos hacen que las sustancias tengan propiedades comunes a las que se les llama función química. etcétera. Aislados. Los griegos. México. la sílice. sólo lo disuelve el HF. construcciones. y silicatos alumínicos que pueden presentarse como caolín. Na2SiO3. Guanajuato. la tierra de infusorios. Hidalgo. es una sustancia semejante en constitución al CO2 y con propiedades también de anhídrido. amatista y jaspe. 1970. en los estados de Chihuahua. La variedad de arena se utiliza en la fabricación de vidrios. las segundas por OH y las ter ceras por H. El SiO2 puro es un sólido que puede estar en estado amorfo o cristalino. el cuarzo ahumado o ágata. pero mezclados o combinados son muy valiosos como constituyentes del vidrio. A elevadas temperaturas funde sin sufrir alteración y como su coeficiente de dilatación es casi nulo. silicato sódico.A. silicatos. en violeta. Observa las siguientes fórmulas: Na2O CaO Al2O3 KOH Mg(OH)2 Fe(OH)3 HCl HNO3 H2SO4 Las tres primeras están caracterizadas por O. Muchas variedades de SiO2 han tenido influencias supersticiosas en los pueblos antiguos. llamado grupo funcional. la arena. cementos. es frío al tacto y la variedad cristalina presenta 04-RECIO_QUIMICA_INORG. Michoacán. silicato potásico. Química elemental. ágata. San Luis Potosí y el Distrito Federal. Tomado de Manuel Delfín Figueroa. o grupo de átomos característicos. la falsa amatista. Es insoluble en el agua y en los ácidos.. pedernal. 4/20/12 1:42:51 PM . por ejemplo. Lectura El dióxido de silicio: componente importante en la corteza terrestre El dióxido de silicio. y caracterizan a un conjunto de sustancias que tienen estructura molecular análoga. del cristal y del cemento. intoxicación). etcétera. se le emplea para fabricar aparatos de precisión y material de laboratorio de alto valor por su enorme resistencia. mezclado con los feldespatos y micas produce el granito natural. Querétaro. S.indd 147 el fenómeno de la birrefringencia (a través de él. Hay varios tipos de silicatos. Lo encontramos en el cuarzo. SiO2. Guerrero. de los cuales podemos mencionar el silicato cálcico. ópalo. el falso topacio. en negro. Cuando está incoloro forma la variedad llamada cristal de roca.1 Fórmula química 147 147 Algunas sustancias tienen en sus moléculas un átomo. y de ahí el nombre de la piedra (del griego a privativa y methysis. CaSiO3. Éstos son compuestos binarios.indd 148 4/20/12 1:42:52 PM .148 Unidad 4 Nomenclatura de compuestos químicos inorgánicos 4. el óxido de calcio (CaO). veamos la formación de un o xido básico.2 Función Química son las Propiedades comunes de un grupo de Compuestos como con Anhídridos Óxidos básicos Hidróxidos Ácidos Hidruros Sales Estructura molecular análoga llamada Oxiácidos Hidrácidos Oxisales Haloides Grupo funcional Óxidos básicos El oxígeno (O) se combina con los metales (M) formando una clase de compuestos llamados óxidos metálicos (MO). Las propiedades que caracterizan a estos compuestos r eciben el nombre de función óxido básica. Metal + Oxígeno → Óxido metálico M + O → MO Los óxidos de los metales más electropositivos al combinarse con el agua forman compuestos llamados bases.2 Funciones químicas inorgánicas Mapa conceptual 4. y también se les llama óxidos básicos. Problemas resueltos De acuerdo con su configuración electr ónica. ya que están formados por dos elementos: el oxígeno y el metal. Configuraciones electrónicas de los elementos que intervienen: Ca : [Ar] 4s2 O : [He] 2s22p4 04-RECIO_QUIMICA_INORG. 04-RECIO_QUIMICA_INORG.3 Iones monoatómicos comunes. en primer lugar se indica la palabra ó xido y en seguida se menciona el nombre del metal correspondiente.2 Funciones químicas inorgánicas 149 149 El oxígeno necesita 2 electrones para llenar sus orbitales de valencia (s y p) y adquirir la configuración del neón (1s2. se transfieren los electrones como sigue: Ca + O → Ca2+ + O2 – 2e– Como los compuestos son neutros desde el punto de vista eléctrico. 2s22p6). Ca → Ca+2 + 2e– [Ar] 4s2 → [Ar] + 2e– Por lo tanto. Nomenclatura: son los nombres de dichas sustancias. en este caso se necesitan cantidades iguales de iones Ca2+ y O2– y la fórmula empírica de este compuesto iónico es CaO. De manera general podemos representar a los óxidos metálicos como MO.indd 149 4/20/12 1:42:52 PM . Notación: es la forma en que se representan las sustancias (fórmulas). el calcio al perder 2 electrones adquiere la configuración electrónica del argón (el gas noble que se encuentra antes que él). 1 1A 18 8A 2 2A 13 3A Li+ Na+ Mg2+ K+ Ca2+ Rb+ Sr2+ Cs+ Ba2+ 3 3B 4 4B 5 5B 14 4A 15 5A 16 6A 17 7A C4– N3– O2– F– P3– S2– Cl– Se2– Br– Te2– I– 6 6B 7 7B 8 9 8B 10 11 1B 12 2B Cr2+ Cr3+ Mn2+ Mn3+ Fe2+ Fe3+ Co2+ Co3+ Ni2+ Cu+ Cu2+ Zn2+ Ag+ Cd2+ Sn2+ Sn4+ Hg22+ Hg2+ Pb2+ Pb4+ Al3+ Veamos la notación y nomenclatura de estos óxidos metálicos.4. donde M indica el metal y O el oxígeno. acomodados de acuerdo con su posición en la tabla 2 periódica Observa que el ion Hg 2 contiene dos átomos. Figura 4. que es el gas noble que le sigue: [He] O + 2e– → O2 – e– → [He] s2p6 o [Ne] s2p4 + Ahora bien. Para nombrar estos compuestos. 04-RECIO_QUIMICA_INORG. propuesto por el químico alemán Alfred Stock. en primer lugar se indica el nombre como se mencionó y al final de éste se escribe entr e paréntesis la valencia del metal con número romano.indd 150 Nombre antiguo Ion Nombre sistemático Fe3+ Hierro (III) Férrico Fe2+ Hierro (II) Ferroso Cu2+ Cobre (III) Cúprico Cu+ Cobre (I) Cuproso Co3+ Cobalto (III) Cobáltico Co2+ Cobalto (II) Cobaltoso Sn4+ Estaño (IV) Estánico Sn2+ Estaño (II) Estanoso Pb4+ Plomo (IV) Plúmbico Pb2+ Plomo (II) Plumboso Hg2+ Mercurio (II) Mercúrico Hg22+ Mercurio (I) Mercuroso 4/20/12 1:42:52 PM . de acuerdo con el sistema stock. Observa los siguientes ejemplos: FeO Fe2O3 Óxido de hierro (II) Óxido de hierro (III) Cuadro 4.150 Unidad 4 Nomenclatura de compuestos químicos inorgánicos MO Óxido de (metal correspondiente) Na2O Óxido de sodio CaO Óxido de calcio Al2O3 Óxido de aluminio Ejercicio Escribe la nomenclatura de las siguientes sustancias. K2O ______________________________________________________________ Ag2O _____________________________________________________________ MgO _____________________________________________________________ ZnO _____________________________________________________________ BaO _____________________________________________________________ Cuando el metal tiene v alencia variable y forma dos ó xidos.1 Cationes más comunes de los elementos de transición. 2 Funciones químicas inorgánicas 151 151 La valencia del oxígeno es – (O2–) y para obtener la valencia del metal se procede de la siguiente manera: CoO Co2O3 en primer lugar se obtienen las v alencias totales negativas y positivas que deben ser iguales porque la fórmula es neutra: CoO + – Co2O3 6+ 6 – En esta fórmula existe un átomo de cobalto (Co) con valencia 2+. Seis cargas negativas porque en la fórmula hay tres átomos de oxígeno y las seis cargas positivas corresponden a dos átomos de cobalto.4. entonces la valencia de un átomo de cobalto será 3+. 04-RECIO_QUIMICA_INORG. Ejercicio Escribe el nombre de los siguientes compuestos. Cu2O ________________________________________________________________ CuO ________________________________________________________________ Hg2O ___________________________________________________________________ HgO ___________________________________________________________________ CrO ________________________________________________________________ Cr2O3 ________________________________________________________________ Anteriormente. FeO Fe2O3 Óxido ferroso Óxido férrico Óxidos ácidos o anhídridos El oxígeno (O) también se combina con los no metales ( N) formando compuestos llamados óxidos no metálicos (NO).indd 151 4/20/12 1:42:53 PM . El nombre del compuesto es óxido de cobalto (II). Oso cuando el metal actúa con su menor valencia e ico cuando actúa con su mayor valencia. El nombre del compuesto es: óxido de cobalto (III). al nombre de los ó xidos de metales con v alencia variable se les agregaban los sufijos “-oso” e “-ico”. indd 152 Anhídrido hipocloroso Anhídrido cloroso Anhídrido clórico Anhídrido perclórico 4/20/12 1:42:53 PM . A continuación se presentan algunos ejemplos: Cl2O Cl2O3 C12O5 Cl2O7 04-RECIO_QUIMICA_INORG. 1 2 3 4 5 6 7 Esto se realiza así pues los no metales al combinarse con el oxígeno.. y se le agregaban los prefijos “per-” e “hipo-” y los sufijos “-oso” e “-ico” de acuerdo con su valencia. de ahí que se les llame también óxidos ácidos. otro nombre que reciben estos compuestos es el de anhídridos.. La notación de estos compuestos podemos r epresentarla en forma general de la siguiente manera: en donde y ¿Sabías que. lo hacen con valencias positivas y el número de ellas es variable. agua. Investiga La fórmula del trióxido de dinitrógeno se escribe como N2O3. Veamos la siguiente tabla. Analiza el nombre de este compuesto y determina cómo se escribe su fórmula. O → NO Los óxidos no metálicos al reaccionar con el agua producen compuestos llamados ácidos (oxiácidos). el oxígeno Para su nomenclatura se atiende al número de átomos de oxígeno y del no metal que haya en la molécula. cuando en la fórmula hay un átomo del no metal no se usa el prefijo mono.? + N NO N indica el no metal O. usando los siguientes prefijos numéricos: mono di tri tetra penta hexa hepta En el caso de los óxidos ácidos.152 Unidad 4 Nomenclatura de compuestos químicos inorgánicos No metal + Oxígeno → Óxido no metálico La palabra y su raíz anhídrido An (griego) sin e hidros. Compuesto químico carente de agua. CO Monóxido de carbono CO2 Dióxido de carbono N 2O Monóxido de dinitrógeno NO Monóxido de nitrógeno Cl2O Monóxido de dicloro Cl2O3 Trióxido de dicloro Cl2O5 Pentóxido de dicloro Cl2O7 Heptóxido de dicloro Anteriormente para designar a estos compuestos se usaba el nombr e genérico de anhídrido y el nombre del no metal. este nombre surge porque cuando se inhala produce relajación y un ligero mareo. Pero no todo puede ser belleza. estos dispositivos producen cantidades significativas de monóxido de dinitrógeno. ciertas moléculas como CO2. P2O3 ______________________________________ Br2O _____________________________________ ______________________________________ _____________________________________ P2O5 ______________________________________ Br2O3 _____________________________________ ______________________________________ _____________________________________ SO2 ______________________________________ Br2O5 _____________________________________ ______________________________________ _____________________________________ _____________________________________ Br2O7 _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ SiO3 _____________________________________ N2O3 _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ MnO2 _____________________________________ N2O5 _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ SO3 Lectura No hay motivos para reír En la actualidad muchas ciudades del mundo presentan grandes problemas ambientales.2 Funciones químicas inorgánicas 153 153 Manos a la obra Escribe el nombre de los compuestos usando el prefijo numérico. N2O.4. con el objetivo de eliminar el gas contaminante que el vehículo emite por el escape. ha sido reducir los contaminantes que emiten los vehículos automotores. Una de las tantas medidas adoptadas para controlar tan difícil situación. N2O. 04-RECIO_QUIMICA_INORG. ¿esto resuelve el problema o genera otro? Desde hace algunos años. como es el CO y NO2. se instala a los automóviles un convertidor catalítico. Es decir. en varias partes del mundo. absorben grandes cantidades de luz infrarroja (radiación calorífica). esta 4/20/12 1:42:53 PM . sino que es un “gas de invernadero”. entre otras. Este óxido fue usado durante mucho tiempo por los dentistas para que sus pacientes toleraran algunos procedimientos dentales dolorosos.indd 153 El problema con el N2O no es que sea un contaminante ambiental. La buena noticia es que estos dispositivos son bastante eficaces y permiten contar con una atmósfera mucho más limpia en áreas congestionadas. llamado comúnmente gas hilarante. CH4. Pero en realidad. dos o más veces en la fórmula. simplemente se lee hidróxido de. 04-RECIO_QUIMICA_INORG.. Sus propiedades anestésicas se descubrieron por accidente en Conecticut. Para la notación de estos compuestos. Estos compuestos se caracterizan por contener en su molécula al grupo oxhidrilo o hidroxilo (OH). y el metal de que se trata. durante una demostración pública. 89. ed. lo cual producirá cambios climáticos posiblemente catastróficos. de sabor ásper o. Investigaciones recientes señalan que en la actualidad el N2O constituye más de 7% de los gases de invernadero presentes en la atmósfera. Este fenómeno fue descubierto y estudiado a finales de 1700 por Joseph Priestley. 2007. McGraw-Hill Interamericana Editores. se escribe entre paréntesis y afuera se anota el subíndice: M(OH)x. De lo anterior se deriva el concepto clásico de base. de cantar o de pelear..? El monóxido de dinitrógeno se produce debido a una reacción entre el oxígeno y el nitrógeno.4 Disociación de algunos hidróxidos metálicos Todos estos compuestos son bases porque producen iones hidróxido cuando se disuelven en agua. recibió una herida de gravedad en la pierna y no sintió dolor hasta que se eliminó dicho gas. Por desgracia cada día se incrementa de manera significativa la concentración de estos gases en la atmósfera. Definiciones de base B + H2O → H – B + OH– Receptor de protones Base: da aniones hidroxilo en disolución acuosa MOH → M+ + OH– Si este grupo OH se necesita de acuerdo con la valencia del metal. al reaccionar con agua (H2O) producen compuestos llamados bases o hidr óxidos (MOH). p. monovalente negativo. y que los automóviles equipados con convertidores catalíticos producen casi la mitad de este porcentaje. ahí un hombre había inhalado este gas en una pelea. durante las tormentas eléctricas. quien comprobó que al inhalarlo se presentaban efectos secundarios poco comunes. es semejante a la de los óxidos metálicos. que son compuestos ternarios. dando como resultado que la Tierra se esté calentando. como ganas de reír.indd 154 4/20/12 1:42:54 PM . Adaptado de Steven S. que cambian a azul el papel tornasol y con fenolftaleína cambian a color rojo. Zumdahl.. primero se escribe el símbolo del metal y en seguida el OH. en 1844. México. Fundamentos de química. ¿Sabías que..154 Unidad 4 Nomenclatura de compuestos químicos inorgánicos luz provoca que la atmósfera terrestre retenga más de su energía calorífica. En cuanto a la nomenclatura. según el cual una base es cualquier sustancia que en solución acuosa da aniones hidr oxilo (OH)1–. Por esta razón se le llamó gas hilarante. Óxido metálico + MO + Agua → Base o hidróxido H2O → MOH Los hidróxidos son sustancias untuosas al tacto. Figura 4. 5a.. En la actualidad consideramos como base a cualquier especie molecular o iónica que puede aceptar protones de cualquier otra. Hidróxidos Ya indicamos que los óxidos metálicos o básicos (MO). se les llama oxiácidos. CuOH Hidróxido de cobre (I) Hidróxido de cobre (II) Cu(OH)2 Ejercicio Completa con el nombre o la fórmula: HgOH : __________________________________________ ____________ : Hidróxido de mercurio (II) : __________________________________________ Fe(OH)2 ____________ : Hidróxido de hierro (III) Ácidos (oxiácidos) Cuando los óxidos no metálicos o anhídridos ( NO) reaccionan con agua (H 2O).2 Funciones químicas inorgánicas 155 155 Los siguientes ejemplos ilustran lo anterior.4. KOH : __________________________________________ ____________ : Hidróxido de plata : __________________________________________ Mg(OH)2 ____________ : Hidróxido de zinc : __________________________________________ Ba(OH)2 Cuando el metal tiene v alencia variable. 04-RECIO_QUIMICA_INORG. de manera específica.indd 155 4/20/12 1:42:54 PM . producen una serie de compuestos llamados ácidos (HNO): Óxido no metálico + Agua → NO + H2O → Ácido HNO Estos ácidos contienen oxígeno y. ésta se escribe al final del nombr e entre paréntesis y con número romano. NaOH Ca(OH)2 Al(OH)3 Hidróxido de sodio Hidróxido de calcio Hidróxido de aluminio Ejercicio Escribe el nombre o la fórmula de los siguientes hidróxidos. en este caso el yodo.2 Nomenclatura de los ácidos. con los prefijos y sufijos que se indican en el cuadro 4. Se caracterizan por contener siempre el ion hidrógeno (H+) y según la definición clásica cualquier sustancia en solución acuosa da iones hidronio (H3O1+). Definiciones de ácido Cuadro 4. corresponde al nombre del no metal la terminación -ico: H2SO4 Ácido sulfúrico 2.y le agregamos la terminación -oso: HIO 04-RECIO_QUIMICA_INORG. Valencia del yodo (I) 1+ 1+ H 1+ I 1+ 2– O 2– Al nombre del no metal. Valencia Prefijo Sufijo Fija ——— -ico 1o2 hipo- -oso 3o4 ——— -oso 5o6 ——— -ico 7u8 per- -ico HA → H+ + A– H2O + H+ → H3O+ HA + H2O ← → H3O+ + A– Para la notación de estos compuestos se indican los símbolos de sus constituy entes (hidrógeno. cambian a rojo el papel tornasol y el anaranjado de metilo. 1+ H2 2+ Valencia del azufre (S) 2– O4 8– S 6+ 6+ De acuerdo con el cuadro 4. de acuerdo con la valencia de éste.2. En cuanto a su nomenclatura. no metal y oxígeno) de la siguiente forma: H N O. 1+ H 1+ Valencia del nitrógeno (N) 2– O2 4– N 3+ 3+ Al nombre del no metal se le agrega el sufijo -oso: Ácido nitroso HNO2 3. en primer lugar se menciona el nombre genérico de ácido y después se da el nombre del no metal que contiene. se procede según los ejemplos siguientes: Problemas resueltos 1.indd 156 Ácido hipoyodoso 4/20/12 1:42:54 PM . El concepto actual indica que ácido es cualquier especie molecular o iónica que puede ceder protones a cualquier otra. le anteponemos la partícula hipo. Para conocer la valencia del no metal.156 Unidad 4 Nomenclatura de compuestos químicos inorgánicos Los ácidos reaccionan con los metales más electropositivos desprendiendo hidrógeno.2. 4.2 Funciones químicas inorgánicas 157 157 4.5 Representación de la molécula de algunos oxiácidos. HNO3 _______________________________________________________________ H2SO3 _______________________________________________________________ HClO _______________________________________________________________ HClO2 _______________________________________________________________ HClO3 _______________________________________________________________ HClO4 _______________________________________________________________ H3PO4 _______________________________________________________________ H3PO3 _______________________________________________________________ HIO3 _______________________________________________________________ HIO4 _______________________________________________________________ HBrO3 _______________________________________________________________ HBrO _______________________________________________________________ 04-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 157 4/20/12 1:42:54 PM . Ejercicio Escribe el nombre de los siguientes ácidos (oxiácidos). 1+ H 1+ Mn 7+ La valencia del manganeso (Mn) es 2– O4 8– 7+ Le corresponde el prefijo per.y el sufijo -ico: Ácido permangánico HMnO4 H H O O C O P H N HNO3 H2CO3 H3PO4 Figura 4. se dice que es unabase fuerte.? El pH (potencia de hidrógeno) es una escala matemática en la que se expresa la concentración de los iones hidronio (H3O)1+ de una solución como un número. H2SO4 Hidróxido de sodio. KOH Ácido bromhídrico. Ba(OH)2 Neutro Básico Hidróxido de magnesio. HI Hidróxido de potasio. Para formar las sales se une el anión del ácido con el catión de la base. NaOH Ácido yodhídrico. Sr(OH)2 Ácido nítrico.6 Medición del pH del agua de un estanque.3 Ácidos y bases fuertes. Mg(OH)2 [H+] pH 10–14 14 10 –13 13 10 –12 12 10 –11 11 10–10 10 10 –9 9 10 –8 8 10 –7 7 10–6 6 10–5 5 –4 4 10–3 3 10–2 2 –1 1 0 0 Ácido 10 10 10 1 M NaOH Amoniaco (limpiador casero) Sangre Agua Pura Leche Vinagre Jugo de limón Ácido estomacal Figura 4. 04-RECIO_QUIMICA_INORG. HCl Hidróxido de estroncio. En su fórmula se escribe primer o el hidrógeno (H) y después el no metal ( N). El pH se determina al comparar el color de la muestra de agua (una vez que se le ha adicionado el reactivo) con una escala cromótica que corresponde con los distintos valores del pH. A esta reacción se le llama de neutralización y el producto es una sal y agua. se neutralizan. Cuadro 4.. HBr Hidróxido de calcio.indd 158 Cuando un ácido reacciona con una base.6 En la figura se señala el pH y valores de pH de algunas sustancias comunes. Ácidos fuertes Bases fuertes Ácido perclórico.158 Unidad 4 Nomenclatura de compuestos químicos inorgánicos Ácidos (hidrácidos) Investiga ¿Cuál es el nombre de los siguientes compuestos? HF HBr HI H2Se Existe otra clase de ácidos a los que se les llama hidrácidos y se forman mediante la unión del hidrógeno (H) con un no metal (N). Sales (oxisales) 1 M HCI Figura 4. en primer lugar se dice el nombr e genérico del ácido y en seguida se menciona el del no metal con la terminación “-hídrico”. Ca(OH)2 Ácido clorhídrico. Ácido clorhídrico Ácido sulfhídrico Cuando una base se disuelve en agua y todas sus unidades ( MOH) se disocian en iones metálicos y iones hidróxidos separados. Un ácido fuerte es cuando en solución acuosa todas sus moléculas se encuentran ionizadas. LiOH Ácido sulfúrico. HCl H2S ¿Sabías que. HNO3 Hidróxido de bario. HN. desde 0 hasta 14. Ácido + Hidróxido → Sal + Agua 4/20/12 1:42:55 PM . HClO4 Hidróxido de litio.. En cuanto a su nomenclatura. La escala de pH es una forma conveniente para describir la concentración de iones hidronio en soluciones ácidas y de iones hidróxido (OH)1– en las soluciones básicas. NaHCO3 Hidrógeno carbonato de potasio. la sal termina en -ato. Si el ácido termina en -oso. Cuadro 4.4. Para nombrarlas se indica en primer lugar el nombr e del anión y luego el del catión (generalmente metal).? En la actualidad se pueden conseguir ciertos medicamentos que utilizan un enfoque alternativo para controlar la irritación gástrica. CaCO3 Hidróxido de magnesio..indd 159 4/20/12 1:42:56 PM . NaNO3 CaCO3 Cu2SO4 CuSO4 Nitrato de sodio Carbonato de calcio Sulfato de cobre (I) Sulfato de cobre (II) ¿Sabías que. la sal recibe el nombre de oxisal. Hidróxidos insolubles Compuesto de carbonato Hidróxido de aluminio. Estos fármacos actúan disminuyendo la secreción de ácido del estómago.4 Compuestos utilizados en los antiácidos. Mg(OH)2 Carbonato de magnesio. (Si el metal tiene valencia variable. MgCO3 Hidrógeno carbonato de sodio. En su fórmula se escribe primero el catión M (+) y en seguida el anión (–) NO.) Observa los siguientes ejemplos. Al(OH)3 Carbonato de calcio. KHCO3 Ejercicio Escribe los nombres de las siguientes oxisales: Ca(NO2)2 _____________________________________________________________ Al(NO3)3 _____________________________________________________________ KMnO4 _____________________________________________________________ Ag2SO3 _____________________________________________________________ Al2(SO4)3 _____________________________________________________________ ZnCO3 _____________________________________________________________ K2Cr2O7 _____________________________________________________________ FeSO3 _____________________________________________________________ Fe2(SO3)3 _____________________________________________________________ 04-RECIO_QUIMICA_INORG. sólo podían venderse con receta a las personas que padecían de acidez gástrica severa o de úlceras gástricas.. éste se indica al final del nombr e en la forma ya vista. la sal termina en -ito y si el ácido termina en -ico. Anteriormente.2 Funciones químicas inorgánicas 159 159 Si el ácido es oxiácido. HNO + MOH → MNO + H2O Veamos la notación y nomenclatura de las o xisales. El papel tornasol indica que la solución de sal que se forma no es ácida ni básica. que es una base para que reaccione con el ácido.. en la fórmula se escribe en primer lugar el símbolo del metal y luego el del no metal (MN). NaOH(ac) + HC l → NaCl(ac) + H2O(l) Para su nomenclatura se sustituye la terminación del ácido por la de -uro. la sal recibe el nombre de sal haloide. si éste tiene valencia se indica con número romano entre paréntesis. NaOH.7 Reacciones de neutralización Una solución de ácido clorhídrico.indd 160 4/20/12 1:42:56 PM .. HCl. Al final se da el nombre del metal correspondiente.160 Unidad 4 Nomenclatura de compuestos químicos inorgánicos HgNO3 _____________________________________________________________ Hg(NO3)2 _____________________________________________________________ Sales (haloides) Si el ácido es hidrácido. HN + MOH → MN + H2O En cuanto a las sales haloides. se añade a la cantidad exacta de una solución de hidróxido de sodio. (el nombre del metal correspondiente) Cloruro de sodio Sulfuro de calcio Bromuro de cobre (II) Bromuro de cobre (I) Yoduro de aluminio Fluoruro de potasio Ejercicio Escribe el nombre de las siguientes sales haloides: MgCl2 _______________________________________________________________ 04-RECIO_QUIMICA_INORG. Figura 4. MN NaCl CaS CuBr2 CuBr AlI3 KF _____________ -uro de. NaHCO3 Mg(HSO4)2 NaH2PO4 Li2HPO4 Carbonato ácido de sodio Sulfato ácido de magnesio Fosfato diácido de sodio Fosfato monoácido de litio Las sales ácidas también pueden mencionarse indicando el nombr e del anión seguido de hidrógeno y el metal del que se trate.2 Funciones químicas inorgánicas FeS _______________________________________________________________ Fe2S3 _______________________________________________________________ AgBr _______________________________________________________________ CaF2 _______________________________________________________________ HgI _______________________________________________________________ HgI2 _______________________________________________________________ 161 161 Tanto las sales haloides como las oxisales vistas hasta ahora son neutras.indd 161 Carbonato de hidrógeno y sodio 4/20/12 1:42:57 PM . que son compuestos cuaternarios.4. formándose entonces sales ácidas. H H SO4 + NaOH NaOH → Na2SO4 Sulfato de sodio (sal neutra) + H2O H2O Sales ácidas No obstante. Observa el siguiente ejemplo. como se muestra a continuación. Por ejemplo: NaHCO3 04-RECIO_QUIMICA_INORG. puede ocurrir que estos hidr ógenos no sean sustituidos totalmente. se indica el nombre del radical ácido y en seguida el del metal. H H H H SO4 + NaOH → NaHSO4 + H2O Sulfato ácido de sodio (sal ácida) S + KOH → KHS + H2O Sulfuro ácido de potasio (sal ácida) Para nombrar estas sales ácidas. ya que en ellas los hidr ógenos del ácido son sustituidos totalmente por el metal de la base. CH4 (metano). Los hidruros de los no metales tienen nombres especiales que son más comunes: HCl (ácido clorhídrico). Estos compuestos binarios de hidrógeno con otro elemento. reciben el nombre de hidruros. etcétera. Las combinaciones metal-hidrógeno llevan el nombre genérico de hidr uro y el específico se forma nombrando el metal de que se trate.162 Unidad 4 Nomenclatura de compuestos químicos inorgánicos Ejercicio Da el nombre a las siguientes sales ácidas: Al(HCO3)3 ___________________________________________________________ Zn(HS)2 ___________________________________________________________ Fe(HSO3)2 ___________________________________________________________ CaHPO4 ___________________________________________________________ Hidruros El hidrógeno. H M N MO NO O Hidrógeno Metal No metal Óxido metálico Óxido no metálico Oxígeno + O + H2O + H 2O Figura 4. el hidrógeno actúa como monovalente negativo. La siguiente relación resume en forma general las funciones vistas en esta unidad. NH3 (amoniaco). también se combina con algunos de los metales más activos. LiH NaH CaH2 Hidruro de litio Hidruro de sodio Hidruro de calcio En estos compuestos. 04-RECIO_QUIMICA_INORG.8 Secuencia de formación de dos diferentes compuestos.indd 162 MNO + HNO + MN + H 2O H 2O + Ácido (oxiácido) Sal (oxisal) Ácido (hidrácido) Sal (haloide) Hidruro metálico Hidróxido o base + N NO M MO MOH HNO MNO HN MN MH MOH H + N HN + M MH 4/20/12 1:42:57 PM . H2O (agua). además de combinarse con elementos no metálicos. 04-RECIO_QUIMICA_INORG.4.indd 163 4/20/12 1:42:58 PM . Si revisas la formación del clor uro de sodio (NaCl) observarás que un átomo de sodio (Na) se une con un átomo de cloro para formar cloruro de sodio (NaCl) neutro.2 Funciones químicas inorgánicas 163 163 Ejercicio Escribe en las filas vacías el nombre del compuesto y la función a la que pertenece cada fórmula: Nombre Fórmula Función NaCl Cloruro de sodio Sal (haloide) H2SO4 Ácido sulfúrico Ácido (oxiácido) KOH Hidróxido de potasio Base CO2 Dióxido de carbono Óxido no metálico ZnO Óxido de zinc Óxido metálico Ca3(PO4)2 Fosfato de calcio Sal (oxisal) HI Ácido yodhídrico Ácido (hidrácido) Na2CO3 HNO3 NaH SO2 Fe2O3 K2SO4 AlI3 HCl KClO3 CaF2 H3PO4 Cu2O CaH2 A continuación se presenta un resumen genérico de la forma correcta de escribir las fórmulas de diferentes compuestos. ya que el Na tiene una carga positiva (+) que se neutraliza con una carga negativa (–) de Cl. la fórmula y la valencia de cada uno. las moléculas de cualquier compuesto son neutras. Para facilitar tus estudios posteriores de química. El cuadro 4.5 presenta una relación de cationes y aniones comunes. dando como resultado que el AlCl3 sea neutro.5 Relación de cationes y aniones comunes. Cuadro 4. En general. las tres cargas positivas (+ + +) del aluminio (Al) se neutralizan con las tr es negativas de los tr es cloros.164 Unidad 4 Nomenclatura de compuestos químicos inorgánicos En el caso del clor uro de aluminio (ClAl 3). debes memorizar el nombre.indd 164 4/20/12 1:42:58 PM . esto es. Cationes Fórmula y valencia Aniones Nombre Fórmula y valencia Na1+ Sodio K1+ Potasio NO2 Ag1+ Plata NO31– NH4 1+ Nombre Monovalentes Monovalentes Amonio Cl1– Cloruro 1– MnO4 1– Nitrito Nitrato Permanganato CN1– Cianuro Magnesio OH1– Hidróxilo Ca2+ Calcio HS1– Sulfuro ácido Ba2+ Bario HSO31– Sulfito ácido Zn2+ Zinc HSO41– Sulfato ácido Divalentes Mg2+ HCO3 1– H2PO41– Trivalentes Al3+ Aluminio De valencia variable Cu1+ Cobre (I) Carbonato ácido Fosfato diácido Divalentes O2– Óxido S2– Sulfuro SO32– 2– Sulfito Cu2+ Cobre (II) SO4 Hg1+ Mercurio (I) CO32– Carbonato Hg2+ Mercurio (II) HPO42– Fosfato monoácido 2– Fe1+ Hierro (I) CrO4 Fe2+ Hierro (II) Cr2O72– Cr1+ Cromo (I) Trivalentes Cr2+ Cromo (II) PO43– Sulfato Cromato Dicromato Fosfato En cada fórmula primero se escribe la parte positiva (catión) y luego la parte negativa (anión). primero se indica el anión y luego el nombre del catión (+). el número de valencias positivas es igual al número de valencias negativas. Para dar el nombre del compuesto (leer la fórmula). 04-RECIO_QUIMICA_INORG. en este caso el Fe. Problemas resueltos Catión Anión Fórmula Nombre Na1+ O2– Na2O Óxido de sodio (El número uno que le corresponde al O se sobreentiende). Recuerda que el númer o de átomos se indica con un númer o pequeño que se escribe en la par te inferior del símbolo y se llama subíndice. ésta se escribe al final con un número romano). es decir. (El subíndice 1 no se escribe.4. tenemos: NaCl AlCl3 Cloruro de sodio Cloruro de aluminio Ahora practiquemos para escribir correctamente algunas fórmulas. Estos iones formados por dos o más átomos reciben el nombre de radicales. En la última fórmula (AlPO4). con esto el número de valencias positivas quedará igual que el de negativas.) + – Figura 4. En caso de que el catión y el anión tengan número distinto de valencia. ya que con eso el número de valencias positivas será igual al de negativas. el PO4 debe escribirse completo. un procedimiento sencillo es cr uzar el númer o que indica la v alencia escribiéndolo como subíndice. Al3+ S2– Cu2+ PO43– 04-RECIO_QUIMICA_INORG.9 Catión.indd 165 Al2S3 Sulfuro de aluminio Cu3(PO4)2 Fosfato de cobre (II) 4/20/12 1:42:58 PM . Catión Anión Fórmula Nombre K1+ Cl1– KCl Cloruro de potasio Ca2+ S2– CaS Sulfuro de calcio AlPO4 Fosfato de aluminio Al3+ PO4 3– Cuando el catión y el anión tienen igual número de valencias. Fe3+ Cl1– FeCl3 Cloruro de hierro (III) (Cuando el catión tiene valencia variable. anión.2 Funciones químicas inorgánicas 165 165 De los ejemplos ya vistos. se escriben solamente una vez. con valencia. Te proporcionamos unos ejemplos. pues en él se indica 1 átomo de P y 4 de O que actúan en conjunto como si fueran un solo átomo. indd 166 Anión Na1+ NO21– K1+ MnO41– NH41+ HS1– Ag1+ HSO41– Mg2+ H2PO41– Ca2+ O2– Ba2+ SO42– Zn2+ HPO42– Al3+ Cr2O72– Cu1+ PO43– Cu2+ NO31– Hg1+ OH1– Hg2+ HSO31– Fe2+ HCO31– Fe3+ HSO31– Fe3+ O2– Na1+ SO32– Mg2+ CO32– Fe3+ Cr2O72– Cu2+ CN1– Fórmula Nombre 4/20/12 1:42:58 PM . el PO4 como grupo se indica dos veces. por eso se escribe entre paréntesis.166 Unidad 4 Nomenclatura de compuestos químicos inorgánicos (En este último ejemplo. Ejercicio Escribe la fórmula de los compuestos que se forman con los siguientes iones: Catión 04-RECIO_QUIMICA_INORG. Esto debe hacerse con todos los radicales cuando se necesiten dos o más veces en una fórmula). Aprieta las tabletas del antiácido para que se rompan en trozos pequeños. 5. Emplea tu conocimiento de la química de los ácidos para evaluar los efectos de los antiácidos que se usan. Para obtener el jugo de col consigue una col morada en el mercado. 4. observa y anota el color y los valores aproximados del pH de las soluciones. elimina el exceso de aire y ciérrala. Infiere cuál de los antiácidos contiene carbonatos. retira el vaso de precipitados. Asegúrate de que la tableta del antiácido esté sumergida en la solución de vinagre. 3. Procedimiento 1. Material • tabletas de antiácidos de tu preferencia • 4 bolsas de plástico • vinagre • agua • indicador de jugo de col colócalos en capas en un vaso de precipitados. ¿Qué antiácidos formaron la solución final más básica? Explica esta respuesta de acuerdo a como funcionan los antiácidos.indd 167 2. Consulta la siguiente tabla de colores de pH.2 Funciones químicas inorgánicas Manos a la obra 167 167 Antiácidos Cuando consumes grasas o irritantes experimentas un malestar conocido como agruras. Color del indicador rojo brillante rojo rojo púrpura púrpura azul verde verde amarillo pH relativo ácido fuerte ácido moderado ácido debil neutro base débil base moderada base fuerte 1. 4/20/12 1:42:58 PM . deja que se enfríe y vacía el líquido indicador de col en otro vaso de precipitados limpio. éstas son causadas por el exceso de acidez en el estómago o en el esófago. Agrega 5 mL de vinagre a cada una de las cuatro bolsas. Anota tus observaciones. 10 mL de agua y suficiente indicador de jugo de col (entre 30 y 40 gotas) para darles diferente color. en general. 2.4. para el tratamiento de las agruras. Agrega una tableta del antiácido apropiado a cada bolsa. Describe las diferentes formas en que los antiácidos reaccionaron con el vinagre. Cuando hayan terminado las reacciones o hayan disminuido notablemente. agrega agua y calienta en una parrilla o usando un mechero de Bunsen hasta que el agua adquiera un color púrpura profundo. Explica tu respuesta. corta una hoja en trozos pequeños y 04-RECIO_QUIMICA_INORG. Marca cada bolsa con el nombre del antiácido que vayas a probar. 149 Oxiácidos. Rojero. Ahora ya sabes cómo se inflan las bolsas de aire y que una reacción química es suficiente para salvar la vida de muchas personas. 146 Fórmula empírica. 154 Hidruros. 158 Hidróxidos. 149 Notación. 67 litros de nitrógeno gaseoso.indd 168 4/20/12 1:42:59 PM . la azida es una molécula muy estable. 162 Nomenclatura. Para que una bolsa de aire se infle se necesitan aproximadamente 130 g de azida de sodio. 148 Compuestos cuaternarios. McGraw-Hill Interamericana. 155 Anhídridos. como lo indica la siguiente reacción: 2NaN3 → 2Na + 3N2 El segundo producto de la reacción es nitrógeno gaseoso. 147 Grupo funcional. Palabras clave Ácido fuerte. 34. 152 Óxidos básicos. 158 Compuestos binarios. Química. 154 Fórmula. En circunstancias normales. Si pensabas que dichas bolsas se inflaban por alguna fuente de gas comprimido. 147 Hidrácidos. p. Representan a las sustancias químicas ___________________________________________________________________________________ Átomo o grupo de átomos que caracterizan a un grupo de sustancias que les confiere propiedades análogas ___________________________________________________________________________________ Se forman mediante la unión química de un metal con hidrógeno ___________________________________________________________________________________ Elementos que se unen para formar un anhídrido ___________________________________________________________________________________ 04-RECIO_QUIMICA_INORG. Las bolsas se inflan de los productos provenientes de la reacción química de descomposición de la azida de sodio. NaN3. 161 Compuestos ternarios. 145 Función química. México. 145 Fórmula molecular. 158 Ácidos. Velázquez. 155 Óxidos ácidos. 2004. 158 Sal haloide. Castells. Adaptado de Zárraga.168 Unidad 4 Nomenclatura de compuestos químicos inorgánicos Lectura ¿Cómo se inflan las bolsas de aire? Los autosmóviles recientes contienen unas bolsas de aire para proteger al chofer y al copiloto en el momento de un accidente. 152 Base fuerte. componente importante del aire que respiramos. 144-145 Fórmula condensada. pero si se calienta se rompe. esto no es así. 148 Oxisales. 160 Sales ácidas. 146 Fórmula desarrollada o estructural. Escribe a qué se refiere cada enunciado. 161 Lo que aprendí 1. Lo que aprendí 169 169 Especie molecular o iónica que es un aceptor de protones ___________________________________________________________________________________ Se caracterizan por contener en su molécula el ion H+ ___________________________________________________________________________________ Resultan de la combinación del hidrógeno con un no metal ___________________________________________________________________________________ Elementos que se combinan para formar un óxido básico ___________________________________________________________________________________ Productos de la reacción de neutralización ___________________________________________________________________________________ Contienen en su molécula metal.indd 169 Cu(OH)2 4/20/12 1:42:59 PM . Observa los ejemplos. O2– Cl1– 2– SO4 3– PO4 OH1– 1– NO3 2– CO3 Ca2+ Al3+ AlCl3 Li1+ Cu1+ Cu2+ 04-RECIO_QUIMICA_INORG. Completa la siguiente tabla con las fórmulas correctas para cada compuesto. no metal y oxígeno ___________________________________________________________________________________ 2. Escribe a la derecha de cada fórmula el nombre del compuesto y la función a la que pertenece.170 Unidad 4 Nomenclatura de compuestos químicos inorgánicos 3. Nombre MgO Función Óxido de magnesio Óxido metálico o básico Cloruro de sodio (II) Sal haloide KH BeCrO4 Zn3(PO4)2 KOH NH4Br NaNO2 Al(ClO4)3 HCl HClO HNO2 NO2 CuCl2 KMnO4 Co(NO3)3 KHCO3 FeSO3 HNO3 CO H2SO4 04-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 170 4/20/12 1:43:00 PM . Escribe la fórmula correcta de los siguientes compuestos.indd 171 4/20/12 1:43:00 PM . Carbonato de calcio ____________________________________________________________ Cloruro de cobalto (II) ____________________________________________________________ Hidróxido de sodio ____________________________________________________________ Cianuro de litio ____________________________________________________________ Permanganato de sodio ____________________________________________________________ Fluoruro de estaño (II) ____________________________________________________________ Dicromato de potasio ____________________________________________________________ Nitrito de bario ____________________________________________________________ Óxido de hierro (III) ____________________________________________________________ Hipoclorito de calcio ____________________________________________________________ 04-RECIO_QUIMICA_INORG.Lo que aprendí 171 171 4. indd 172 ¿Envejecemos por oxidación? Balanceo de ecuaciones químicas El lanzamiento del transbordador espacial Tipos de reacciones químicas Fertilizantes producidos por los rayos solares Lo que aprendí 4/20/12 1:49:10 PM .Unidad 5 Reacciones químicas Al comprender los cambios químicos que ocurren de forma artificial o natural nos lleva a apreciar la importancia de la química en nuestra vida diaria.1 Lectura Reacciones químicas Consumismo y desarrollo sostenible Manos a la obra Reacciones químicas Manos a la obra Acción de las enzimas Lectura 5. Contenido ¿Cuánto sabes? 5. sus beneficios y también los riesgos que conlleva.2 Lectura Manos a la obra Lectura Actividades 05-RECIO_QUIMICA_INORG. así como algunos factores que los determinan y el uso del lenguaje de la disciplina con una postura crítica y responsable ante su aplicación y repercusión en el ambiente y la sociedad.indd 173 4/20/12 1:49:17 PM .Objetivo de la unidad El estudiante caracterizará los cambios químicos a partir de su identificación. representación y cuantificación. 05-RECIO_QUIMICA_INORG. Una molécula de un compuesto es neutra. 3. 2. 6. ¿Cómo alcanza su configuración estable? 9. A este cambio se le llama fenómeno químico. 7. Por ejemplo. 5. el teñido del cabello. Los cambios químicos también reciben el nombre de reacciones químicas. ¿qué acción estás realizando? Cuando pones un automóvil en reversa.indd 174 5. la o xidación del hierro. chamarras. la combustión del gas natural. esto es. • Se forma una sustancia insoluble. Si el cambio altera la estr uctura íntima de la materia. entre otras. Estos ejemplos son sólo algunos de los cambios químicos que nos afectan. ¿Cuándo se encuentra balanceada? 8. Como ejemplos podemos citar el crecimiento de las plantas. • Se forman burbujas. se le llama cambio ofenómeno físico. ¿Qué es un fenómeno químico? Define lo que es una ecuación matemática. la descomposición del agua en hidrógeno y oxígeno mediante la corriente eléctrica.1 Reacciones químicas La materia es susceptible de sufrir cambios. el uso de medicamentos para preservar nuestra salud. • Se produce calor.. En tus palabras escribe la ley de la conservación de la masa. entre otras sustancias que se emplean para elaborar camisas. ¿Qué entiendes por adición? Cuando sustituyes algo. ¿Qué significa esto? 10. Por ejemplo.. triturar una r oca. En esta unidad estudiar emos los cambios químicos o r eacciones que son par te fundamental de la química. 05-RECIO_QUIMICA_INORG. trajes de baño y más pr endas de vestir. 4. su composición química. etcétera. la pr oducción de nailon. lógicamente cambiará su composición química y se pr oducirán nuevas sustancias. a los cuales se les llama fenómenos. 4/20/12 1:49:24 PM . la o xidación del hierro. la quema de un tr ozo de papel. ¿Sabías que. Introducción Sabemos que la química trata fundamentalmente de los cambios que sufre la materia en su estructura íntima. flama o ambos.? Una reacción química ocurre cuando: • Se produce algún cambio de color. la fermentación del jugo de uva para elaborar vino. el efecto de los fertilizantes. es decir. o se absorbe calor. El oxígeno tiene su último nivel energético 6e–. ¿hacia dónde se mueve? ¿Qué entiendes por velocidad? Considera una balanza de dos platillos. la evaporación del agua o la solidificación.¿Cuánto sabes? 1. la transformación de una o más sustancias en otra u otras con características totalmente diferentes. doblar un alambr e de cobr e. Si el cambio que sufre la materia no altera su estructura íntima. 1 Reacciones químicas 175 175 Mapa conceptual 5.indd 175 Por cambios en la estructura molecular Productos Análisis Sustitución simple Doble sustitución Iónicas Reversibles 4/20/12 1:49:24 PM .5.1 Reacciones químicas Velocidad que se clasifican por Forma y tiempo son los Cambios químicos Inmediatas Provocadas Lentas Instantáneas depende de representados por Sí desprenden calor Exotérmicas Sí absorben calor Endotérmicas Ecuaciones químicas Naturaleza de los reactivos que tienen Por la cantidad de reactivos Temperatura Primer miembro Segundo miembro Concentración Ilimitadas Limitadas que contienen los Catalizadores Reactivos Adición 05-RECIO_QUIMICA_INORG. las aguas. destruyendo así el escudo protector del planeta que permite una mayor penetración de rayos ultravioleta hasta su superficie. a) 05-RECIO_QUIMICA_INORG. En la actualidad es preocupante la desigual distribución de la riqueza y el bienestar. El agotamiento de la capa de ozono de la estratosfera por la acción de productos químicos basados en el cloro y el bromo. Estos grandes problemas ambientales incluyen: 1. por parte de la industria y la agricultura. Se estaban produciendo cambios imprevistos en la atmósfera. la contaminación. en especial en los trópicos. la especialización agrícola y la creciente presión a la que se ven sometidas las pesquerías. de gases (sobre todo dióxido de carbono. La pérdida de especies. tanto silvestres como domésticas. 6. que produce con el tiempo la pérdida de la capacidad productiva del suelo. nadero). óxido nitroso y clorofluorocarbonos) que absorben la radiación de onda larga reflejada por la superficie de la Tierra. el encharcamiento y la salinización.176 Unidad 5 Reacciones quimicas Lectura Consumismo y desarrollo sostenible El ser humano consume productos para satisfacer sus necesidades fundamentales.1 a) Fenómeno físico. El calentamiento global de la atmósfera (el efecto inver- 2. la degradación de los suelos y la desertización. La degradación del suelo en los hábitats agrícolas y naturales incluyendo la erosión.indd 176 b) 4/20/12 1:49:25 PM . La creciente contaminación del agua y los suelos por las descargas de residuos industriales y agrícolas. El consumismo es la utilización de estos productos en forma exagerada y superflua. y en las relaciones entre todos ellos. 3. término aplicado al desarrollo económico y social que permite hacer frente a las necesidades del presente sin poner en peligro la capacidad de futuras generaciones para satisfacer sus propias necesidades. entre las plantas y los animales. Figura 5. El agotamiento de la cubierta forestal (deforestación). de plantas y animales por destrucción de hábitats naturales. como los efectos negativos del desarrollo económico. no obstante. debido a la emisión. los suelos. existe un marcado interés en el desarrollo sostenible. metano. es la base de la economía de países altamente industrializados con las consiguientes consecuencias en los menos desarrollados. b) Fenómeno químico. Fue necesario reconocer que la velocidad del cambio era tal que superaba la capacidad científica e institucional para invertir el sentido de sus causas y efectos. Por lo anterior. 5. Durante las décadas de los setenta y ochenta del siglo pasado empezó a quedar cada vez más claro que los recursos naturales estaban destruyéndose en nombre del "desarrollo". 4. por la explotación para leña y la expansión de la agricultura. Manos a la obra Reacciones químicas Material • • • • cucharilla de combustión mechero pinzas tubo de ensayo S O O SO2 Sustancias • azufre en polvo • ácido clorhídrico • zinc Procedimiento 1. Veamos algunos ejemplos en la siguiente sección. Azufre ardiendo ¿El azufre permanece igual? ______________________________________ ______________________________________ ¿Se ha transformado en otra sustancia distinta? ______________________________________ ______________________________________ ¿Cuál componente del aire permite la combustión del azufre? ______________________________________ ______________________________________ Ahora. analicemos la estructura íntima (molecular) de las sustancias relacionadas. Con una cucharilla de combustión toma un poco de azufre en polvo y acércala a la llama del mechero para quemarlo totalmente. 2. que es el gas de olor desagradable que se desprendió y cuya estructura molecular es: 05-RECIO_QUIMICA_INORG.1 Reacciones químicas 177 177 Definición La reacción química se define como la transformación de una o más sustancias en otra u otras distintas. Cuando las dos sustancias reaccionaron se formó dióxido de azufre (SO2). ¿Qué aspecto tiene la sustancia que se formó? _______________________________________ _______________________________________ ¿Es magnesio? _______________________________________ _______________________________________ 4/20/12 1:49:26 PM . Con unas pinzas toma una cinta de magnesio de 5 cm de longitud y quémala en el mechero.5.indd 177 Al ocurrir la reacción puedes observar que dos sustancias se han transformado en otra con una estructura molecular propia. Zinc Mg Molécula de magnesio HCl Molécula de ácido clorhídrico O2 Molécula de oxígeno O 05-RECIO_QUIMICA_INORG.178 Unidad 5 Reacciones quimicas ¿Cuál componente del aire reaccionó con el magnesio para formar el polvo blanco? Mg2+ MgO ______________________________________ Molécula de óxido de magnesio ______________________________________ Por lo tanto. las sustancias que reaccionaron son el magnesio y el. La estructura molecular de las sustancias que reaccionan es la siguiente: Ácido clorhídrico Veamos la estructura molecular de las sustancias que intervinieron en la reacción anterior. ______________________ la sustancia producida recibe el nombre de ______________________________________ ¿Se alteró la estructura íntima de dos sustancias para formar una tercera? ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ 3. además del hidrógeno se obtiene cloruro de zinc (ZnCl2). Al reaccionar el ácido clorhídrico con el zinc. Ahora hagamos reaccionar unos 3 mL de ácido clorhídrico con dos granallas de zinc. ¿qué gas se obtiene? ma gn esi o ______________________________________ ______________________________________ Bien.indd 178 2- ZnCl2 Molécula de zinc 4/20/12 1:49:27 PM . • Instantáneas Si se producen en tiempo muy breve.1 Reacciones químicas La estructura molecular de las sustancias que se producen podría representarse de la siguiente manera: 179 179 No todas las reacciones químicas se llevan a cabo de la misma manera. las reacciones se clasifican en: • Inmediatas o espontáneas Se producen sin la inter vención de energía externa. se pueden clasificar de otra forma. Partes de una ecuación En una ecuación las sustancias que se v an a transformar en otras distintas se llaman reactivos y las que resultan. empleamos las expresiones ecuaciones químicas. para pr oducir la reacción entre el hidrógeno y el oxígeno es necesaria la influencia de una flama. por ejemplo. la combinación del oxígeno e hidrógeno por la acción de una chispa eléctrica.5. laeacción r entre el sodio y el agua. U na reacción es total o ilimitada si se lleva a cabo de un modo completo. eléctricos y catalíticos. por ejemplo. es decir. Representación mediante ecuaciones Para representar las reacciones químicas en forma abreviada y simbólica. Cloruro de zinc Hidrógeno ZnCl2 H2 Tipos de reacciones Por la forma y el tiempo de producirse. pero. por ejemplo. • Provocadas Cuando se inician como consecuencia de la acción de un agente externo. si la reacción termina antes de que se haya transformado la totalidad de alguno de los reactivos se denominará limitada. Para que se efectúen basta poner en contacto las sustancias. 05-RECIO_QUIMICA_INORG. que al finalizar no queden restos visibles de los compuestos o elementos que r eaccionaron. productos. • Lentas Requieren de un tiempo más o menos largo. Por la cantidad de r eactivos.indd 179 4/20/12 1:49:28 PM . por ejemplo. la o xidación del hierro. las acciones mecánicas y los agentes físicos. ya que influyen el estado de agregación molecular. Zn + 2HCl2 → ZnCl2 + H2 ↑ Si en lugar de ser gaseoso el pr oducto es sólido y pr ecipita. la cantidad de materia. es decir.180 Unidad 5 Reacciones quimicas Terminología de las ecuaciones químicas Una ecuación matemática tiene dos miembros separados por el signo = (igual a). a la derecha de su fórmula se pone una flecha hacia abajo (↓). tithanai colocar. el de la izquierda es el primer miembr o y el segundo es el de la der echa. NaCl + AgNO3 → NaNO3 + AgCl ↓ La palabra y su raíz síntesis (Griego) syn junto. el primer miembro no es igual al segundo en calidad. pues en toda reacción química se cumple la ley de la conser vación de la masa que establece: la cantidad total de masa que entra en una reacción química (reactivos) es igual a la que resulta (productos). 4/20/12 1:49:29 PM . más estrictamente y considerando los cambios en la estr uctura molecular. Reacción química: Azufre (S) más oxígeno (O2) reaccionan y producen dióxido de azufre (SO2). Si existen dos o más sustancias en cada miembro. 05-RECIO_QUIMICA_INORG. a la derecha de la fórmula que r epresenta la sustancia se escribe una pequeña flecha vertical hacia arriba (↑). el tiempo y la cantidad de reactivos pero. pero se le sigue llamando ecuación debido a que sí existe una igualdad en la cantidad de materia. Una reacción de síntesis implica juntar elementos o compuestos para formar otro compuesto. todas las reacciones químicas pueden clasificarse en los siguientes tipos. por no ser soluble en el medio en que se forma. también se conser va la carga y la energía. Ecuación que representa esta reacción: S + O2 (S + O2) (SO2) → SO2 Primer miembro Segundo miembro Si en la reacción química se producen una o más sustancias gaseosas menos densas que el aire. En química. pero el signo = se sustituye por una flecha que indica el sentido de la reacción (→) que significa “reaccionan y producen”. ya que las sustancias se transforman en otras distintas. Veamos un ejemplo. sus fórmulas se separan con el signo + (más). Observa el ejemplo.indd 180 Clasificación general de las reacciones químicas La clasificación hasta ahora vista toma en cuenta la forma. La ecuación química también consta de dos miembros. Metano CH4 Oxígeno + O2 Dióxido de carbono CO2 + → Reactivos Agua H2O Productos En el primer miembro de la ecuación química se escriben las fórmulas de los reactivos y en el segundo las de los pr oductos. 2 Tres formas para representar la combustión del hidrógeno De acuerdo con la ley de la conservación de la masa.3 Una reacción de descomposición Cuando el nitrato de amonio se calienta a temperatura elevada. se degrada explosivamente en monóxido de dinitrógeno y agua. A estas reacciones también se les llama de descomposición. elementales o no.1 Reacciones químicas 181 181 Adición Unión de dos o más elementos o compuestos sencillos para formar un único compuesto. Te presentamos los siguientes ejemplos. La reacción de descomposición que se lleva a cabo está representada por la ecuación balanceada que muestra un reactivo y más de un producto NH4NO3(s) → N2O(g) + 2H2O(g). Este tipo de reacción es inverso al de síntesis o adición.5. a partir de un solo compuesto. 05-RECIO_QUIMICA_INORG. el número de cada tipo de átomos debe ser el mismo en ambos lados de la ecuación. Análisis Formación de dos o más sustancias.indd 181 4/20/12 1:49:29 PM . Fe 2H2 CaO H2O + S + O2 + H2O + SO3 → FeS → 2H2O → Ca(OH)2 → H2SO4 m + Dos moléculas de hidrógeno + Una molécula de oxígeno Dos moléculas de agua 2H2 + O2 2H2O Figura 5. CaCO3 → CaO 2KClO3 → 2KCl 2H2O → 2H2 + CO2 + 3O2 + O2 Figura 5. Se les llama también r eacciones de síntesis o combinación dir ecta. En química significa intercambio de elementos entre dos compuestos. AgNO3 + NaCl → NaNO3 + AgCl ↓ CaCl2 + Na2CO3 → CaCO3 + 2NaCl Figura 5. H+ Cl– Disolución de HCI → → → l FeSO4 + H2 + FeCl2 + Cu ZnSO4 H2 Cl– H + Zn 2+ Cl– H Molécula H2 Disolución de ZnCl2 Doble sustitución También se les llama de doble desplazamiento. a diferencia de los dos reactivos y el otro producto Pb(NO3)2(ac) + 2KI(ac) → PbI2(s) + 2KNO3(ac). ticemi. Iónicas Las reacciones de doble desplazamiento vistas en el párrafo anterior con fr ecuencia ocurren en una disolución acuosa.4 Doble desplazamiento Cuando se mezclan soluciones acuosas transparentes de nitrato de plomo (II) y yoduro de potasio.indd 182 4/20/12 1:49:29 PM . e– Fe + Zn + Fe + CuSO4 H2SO4 2HCl H+ Cl– Zn – e Metal Zn La palabra y su raíz metátesis (Griego) meta. 05-RECIO_QUIMICA_INORG.182 Unidad 5 Reacciones quimicas Sustitución simple Reacciones que ocurren cuando un átomo o grupo de átomos sustituyen o reemplazan a otros átomos diferentes que forman la molécula de un compuesto. Este tipo de reacciones ocurre entre dos compuestos con intercambio de elementos para formar dos nuevos compuestos. también se les llama de desplazamiento. se lleva a cabo una reacción de doble desplazamiento y en la mezcla aparece un sólido amarillo. en especial como compuestos iónicos. Este sólido es yoduro de plomo (II) y precipita porque es insoluble en agua. transposición o metátesis. trasponer. Si dejas las luces encendidas y tienes que recargar la batería con un empujón. como se observa en los siguientes ejemplos. las reacciones iónicas son reacciones en las que intervienen iones. La otra parte de la energía se almacena dentro del propio sistema como energía de los movimientos internos e interacción entre átomos y moléculas. Entalpía La entalpía es una magnitud que se relaciona de manera estrecha con la energía interna y se define así: el incr emento de entalpía de cualquier sistema que sufr e un 05-RECIO_QUIMICA_INORG. la reacción de abajo se dirige hacia la derecha. por ejemplo elev ar un peso. la reacción se dirige hacia la izquierda mientras el motor del automóvil esté en marcha Pb(s) + PbO2(s) + 2H2SO4(ac) ← → 2PbSO4(s) + 2H2O(l) + energía 4/20/12 1:49:30 PM . parte de esa energía puede emplearse para producir un trabajo.1 Reacciones químicas 183 183 De la ecuación de doble sustitución AgNO3 + NaCl → NaNO3 + AgCl ↓ La ecuación iónica sería: [Ag+ + NO–3] + [Na+ + Cl–1] → [Na+ + NO3– + AgCl ↓] ac ac y la ecuación iónica simple: Ag+ + Cl– → AgCl Así pues. en el segundo miembro.5 Recarga reversible Cuando la batería de un automóvil libera energía mientras el automóvil no está en marcha. aumentar el v olumen y accionar una batería. las cuales r epresentan reacciones que absorben o emiten calor. Reversibles Estas sustancias r esultantes (productos) reaccionan entre sí para formar las sustancias originales (reactivos). CaCO3 2SO2 + O2 → ← CaO + CO2 → ← 2SO3 Reacciones termoquímicas En general. Ahora bien. A esta energía almacenada se le denomina energía interna. si en estas ecuaciones se indica. las reacciones químicas se representan mediante ecuaciones que sólo se r efieren a la transformación de las sustancias.5. el calor producido o absorbido. reciben el nombre de ecuaciones termoquímicas. cuando un sistema absorbe calor . N o obstante. Elementos de termoquímica El calor puede incluirse como reactivo o como producto en las ecuaciones termoquímicas.indd 183 Figura 5. pero no indican el cambio de energía que tiene lugar en ellas. 184 Unidad 5 Reacciones quimicas cambio a presión y temperatura constantes es igual al calor absorbido o emitido en el proceso. La letra delta (∆) simboliza en matemáticas la diferencia entre el estado final y el inicial. por lo que el valor de ∆H es negativo.4 kcal Como se observa.indd 184 4/20/12 1:49:31 PM .4 kcal Ley de la suma constante de calor de Hess Una ley importante en termoquímica es la ley de Hess. De manera directa: 2NaOH(s) + H2SO4(l) → Na2SO4(ac) + 2H2O(l) –31.4 kcal).75 kcal –16. C(g) + O2(g) → CO2(g) H2(g) + Cl2(g) → 2HCl(g) ∆H = –94. La ecuación termoquímica que representa la reacción entre el metano (CH4) y el oxígeno (O2) puede escribirse de dos formas: CH4(g) + O2 → CO2(g) + 2H2O(l) + 213 kcal o CH4(g) + O2 → CO2(g) + 2H2O(l) + ∆H ∆H = –213 kcal La notación H designa la variación de la entalpía. en la formación del sulfato de sodio (N a2SO4) se desprenden 31.385 kcal ∆H = –44.4 kcal De manera indirecta: NaOH(s) + H2SO4(l) → NaHSO4(ac) + H2O(l) NaOH(s) + NaHSO4(ac) → Na2SO4(s) + H2O(l) Total –14. CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g) H2(g) + I2(s) → 2HI(g) ∆H = 42. llamada también ley de la suma constante de calor o ley del estado inicial y final que dice: el calor que interviene en una reacción química es el mismo si la reacción ocurre directamente en una sola etapa o indirectamente en varias etapas. En las reacciones exotérmicas el estado final tiene menos entalpía que el estado inicial. La entalpía o calor interno se representa con la letra H. La cantidad de calor desprendido en la formación del óxido de bario (BaO) es la misma al obtenerlo dir ecta o indirectamente con formación de per óxido de bario (BaO2)· 05-RECIO_QUIMICA_INORG.5 kcal ∆H = 12. en las reacciones endotérmicas el valor de ∆H es positivo. La reacción pierde calor.65 kcal –31. La reacción absorbe calor.2 kcal En cambio.4 kcal (∆H = –31. ya sea en una etapa o en dos. menos el de una.6 kcal Total (–152 kcal) + (18. es posible calcular este último: 05-RECIO_QUIMICA_INORG. Encontremos el número de calorías que se desprenden en la siguiente reacción. x = x2 – x1 x = –390. Observa el ejemplo: NH3 + HCl NH4Cl → → NH4Cl NH3 + HCl + – 41.9 kcal 41. El calor de formación de los cuerpos simples o elementos en estado natural es 0.4 kcal = 390.4 kcal Los siguientes principios se derivan de la ley de Hess y tienen gran aplicación en química. y el calor de formación del clor uro de sodio (NaCl) es igual a 195.indd 185 4/20/12 1:49:31 PM .8 kcal). • Si se conoce el calor que se desprende en una reacción y el calor de formación de todas las sustancias que en ella inter vienen. MgCl2 + 2Na → 2NaCl + Mg + x kcal El calor de formación del cloruro de magnesio (MgCl 2) es igual a 151 kcal (x l = 151 kcal).1 Reacciones químicas 185 185 De manera directa: Ba(s) + ½O2(g) → BaO(s) ∆H = 133.4 kcal (x2 = 2 × 195.8 kcal Es posible calcular el calor de formación de una sustancia que inter viene o una reacción si se sabe cuánto calor se desprende en la reacción y se conoce el calor de formación del resto de las sustancias que intervienen.5. el mismo número de éstas se absorberá en la reacción inversa. • Si en una reacción se desprenden x calorías.8 kcal – 151 kcal = –239.4 kcal De manera indirecta: ∆H = 152 kcal Ba(s) + O2(g) → BaO2(s) BaO2(s) → BaO(s) + ½O2(g) ∆H = 18.6 kcal) = ∆H = –133.8 kcal entonces MgCl2 + 2Na → 2NaCl + Mg – 239.9 kcal • La cantidad x de calorías que se desprenden en una reacción es igual a la diferencia entre el número x2 de calorías de formación de todos los pr oductos y el número x1 de calorías de formación de todos los r eactivos. 96 HBr(g)+ CH9OH20(l) +65.4 KClO3(s) (ac) (ac) +133.0 LiAlH4(s) +24 –26.78 ClF3(l) +45.3 I2(g) Cl–(ac) +39.8 HI(g) N2O4(l) +4.60 (CH3)2N2H2(l) –13.186 Unidad 5 Reacciones quimicas CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O Calor que se desprende de la reacción: Calor de formación del CO2: Calor de formación del H2O: –230.48 * Jerome Rosemberg..indd 186 4/20/12 1:49:31 PM .3 KClO4(s) +102.5 Zn2+ +36.4 H2S(sin disociar) +9.8 +21.) +57.8 Li2O(s) –143.2 H2O(l) +68.059 x = –230.32 PCl3(l) +76. ed.0 N2H4(l) –12.159 x = x2 – x1 luego x1 = x2 – x x1 = –231.1 kcal Cuadro 5.1 +54.059 kcal = –1.385 kcal + 136. Química general.88 PCl3(g) +68.3 LiBH4(s) +45 –0.6 H2O2(l) +44.5 POCl3(g) –14.8 N2O4(g) –2. 79.387 × 2 kcal kcal kcal kcal entonces: x2 = –94.1 kcal El calor de formación CH4 es –1.05 H2O(g.774 kcal = –231.94 +104.71 H2S2(g) +4.85 HC1(g) +22.5 CuSO4(s) B2O3(s) +304.159 kcal + 230.92 SO2(g) –70.97 CO2(Gs) –94.80 OH– CaC2(s) +14.93 KCl(s) Cu2+ (ac) –15.1 Calor de formación de kcal a 25°C*.30 HNO3(l) +41.385 –68.45 CF4(g) +221 H+(ac) CH3OH(g) +47.10 +8.42 –6.19 –8.059 –94. McGraw-Hill.70 NO(g) –21.04 CaO(s) +151.3 HF(g) +64.20 Fe2+ Br(g) C(diamante) (ac) +184.58 +93. Sustancia Al2O3(s) –400.1 0.93 PCl5(g) +89.6 NO2(g) –8.73 Fe2O3(s) +197.45 FeS(s) +22.66 C(NO2)4(l) CO(g) +26.6 Ca(OH)2(s) +235. Interamericana Editores. p.60 O3(g) –34. 05-RECIO_QUIMICA_INORG. 6a.37 SO3(g) +94.6 CaCO3(s) +288. Puede establecerse que por cada 10°C de aumento en la temperatura. según la siguiente ecuación: O N Br d) Figura 5. H2 + F2 → 2HF En cambio. la velocidad de reacción se duplica y en algunos casos hasta se triplica. la del hidrógeno (H) con yodo (I): es muy lenta a temperatura or dinaria. las estructuras atómicas y moleculares de las sustancias.5. O N O N O N O N Br Br Br Br a) b) O N O N Br O N Br Br c) Naturaleza de los reactivos En forma general podemos decir que las r eacciones iónicas son muy rápidas o casi instantáneas. la v elocidad de las reacciones donde intervienen sustancias moleculares (covalentes) son muy v ariadas. Temperatura De manera empírica se aprecia que al aumentar la temperatura incrementa la velocidad de cualquier reacción.indd 187 Velocidad de la reacción H2 + I2 → 2HI Temperatura Figura 5. De manera experimental se ha demostrado que los factores que afectan la velocidad de una reacción son la naturaleza de los reactivos.1 Reacciones químicas 187 187 Velocidad de reacción. c) La energía de la colisión provoca que los enlaces Br—N se rompan y permite que se forme el enlace Br—Br. la concentración de los reactivos y los catalizadores. 4/20/12 1:49:31 PM . lo mismo ocurre con la reacción de hidrógeno (H) con flúor (F). definición y factores que la afectan Podemos definir la velocidad de reacción como la cantidad de sustancia reaccionante (reactivo) que se transforma (o desaparece) o la cantidad de producto obtenido. Una mezcla de hidr ógeno (H) y o xígeno (O) para formar agua (H 2O). En resumen. la combustión de la gasolina es rapidísima. puede permanecer sin sufrir alteración alguna durante mucho tiempo pero. así como la fuer za de los enlaces químicos influyen en la velocidad de la reacción.7 Aumento de la velocidad de reacción con la temperatura.6 Visualización de la reacción 2BrNO(g) → 2NO(g) + Br2(g). 05-RECIO_QUIMICA_INORG. en la unidad de tiempo. la temperatura. a) Dos moléculas de BrNO se aproximan entre sí a alta velocidad. a elevadas temperaturas. Por ejemplo. b) Se efectúa la colisión. estos gases reaccionan en forma explosiva. Ejemplo: AgNO3 + NaCl → AgCl + NaNO3 En cambio. d) Productos: una molécula de Br2 y dos moléculas de NO. la velocidad de la reacción (v). Es por eso que congelar los alimentos sirve para evitar que se descompongan pronto. ya que sólo las colisiones entre partículas de alta energía son las causantes de la formación de los productos.indd 188 E3 = energía del complejo activado de una astilla de madera ocurr e con cierta velocidad en el aire (20% de O2). y de acuerdo con la ley de acción de masas.9 Efecto de la temperatura sobre la velocidad de reacción Añadir calor a los reactivos ayuda a romper enlaces y se incrementa la velocidad con la que se mueven los átomos y las moléculas. La velocidad de reacción de la reacción 2A + 3B → A2B3 4/20/12 1:49:32 PM . A+B→C+D se indica v = K[A] [B] donde K es la constante de v elocidad de la reacción de A con B a una temperatura determinada. Cada concentración se eleva a un exponente igual al coeficiente del reactivo en la reacción. Al disminuir el calor. mayor será la probabilidad de que choquen y reaccionen. El efecto de la concentración de los reactivos sobre la velocidad de una r eacción está indicado por la ley de acción de masas. Figura 5. ya que la cantidad de reactivo que se transforma dependerá del mayor o menor número de choques. Mientras más rápido se muevan. r y se cuadruplica al duplicarse la concentración de dos eractivos. la cual establece que la v elocidad de reacciones directamente proporcional al pr oducto de las concentraciones de los r eactivos. Podría creerse que este aumento incrementaría la velocidad de reacción. pero no todos los choques entre las partículas de los r eactivos originan nuevas sustancias. Concentración de los reactivos La velocidad de una reacción aumenta con la concentración de los reactivos. las reacciones se hacen más lentas. Para representar simbólicamente la concentración de una sustancia en moles/litro se emplean corchetes [ ]. se vuelve más intensa si la concentración del ácido aumenta. Éste será doble si se duplica la concentración de uno de los eactivos. A este exceso de energía que poseen las par tículas para reaccionar se le llama energía de activación y el paso de los r eactivos a productos se verifica a través de un estado intermedio de alta energía denominado complejo activado. Lo mismo pasa en la reacción del hierro (Fe) o zinc (Zn) con un ácido. Se ha observado que la combustión E1 = energía de las sustancias reaccionantes E2 = energía de los productos de la reacción Figura 5. formulada por Guldberg y Waage en 1867.8 Esquema del mecanismo de reacción. Así. por ejemplo. pero ésta se intensificará gradualmente si la combustión ocurre en presencia de oxígeno puro.188 Unidad 5 Reacciones quimicas Al aumentar la temperatura incr ementa la v elocidad de las par tículas (iones o moléculas) de los reactivos y en consecuencia el número de choques entre ellas. 05-RECIO_QUIMICA_INORG. que no sufre modificación alguna.. pero se acelera cuando al clorato de potasio (KClO3) se le agrega un poco de dióxido de manganeso (MnO2). mayor oportunidad tendrán de chocar y reaccionar.1 Reacciones químicas 189 189 será v = K[A]2 [B]3 y la reacción de H2 + I2 → 2HI v = K[H2] [I2] Figura 5. un catalizador negativo es aquel que retarda o disminuye la velocidad de una reacción. Mientras más partículas se añadan a una mezcla de reacción. ya que como vimos. 2KClO3 → 2KCl + 3O2 Sin el catalizador la reacción ocurre lentamente.? La velocidad de una r eacción también puede modificarse mediante la pr esencia de catalizadores. las proteasas de la fruta enlatada no son activas.10 Concentración y velocidad de reacción Si añadimos más “coches chocones” aumenta la posibilidad de que haya un choque. El proceso donde interviene un catalizador recibe el nombre de catálisis. pero sí la que se hace con piña de lata. mientras más dividido se encuentre la reacción será más rápida. mediante el calentamiento del clorato de potasio (K ClO3) según la reacción. que degradan las moléculas de proteína de la gelatina. únicamente acelera o retarda la velocidad de la reacción.) 4/20/12 1:49:33 PM .5. por lo que se le llama catalizador positivo. del tipo de las proteasas. Un ejemplo es el proceso de la levadura en el horneado del pan. Catalizadores ¿Sabías que.. en contraste. La piña enlatada se ha calentado. y como las enzimas son sensibles al calor.indd 189 (La piña fresca contiene enzimas activas. la velocidad de reacción es proporcional a la superficie de contacto entre los reactivos. Para que compruebes lo anterior. Es común que en los laboratorios escolares se obtenga oxígeno (O2) a través de la descomposición. También se podría considerar el estado de división de los r eactivos como otr o factor que influye en el tiempo de reacción. 05-RECIO_QUIMICA_INORG. Si algún reactivo es sólido. Un catalizador es una sustancia que está pr esente en la masa r eaccionante. Manos a la obra Acción de las enzimas La gelatina preparada con piña fresca no se endurece bien. realiza en tu casa esta actividad. Si quitamos algunos de éstos se reduce la probabilidad de que dos coches se encuentren. Las enzimas son catalizadores biológicos. Investiga por qué ocurre lo anterior. pero sólo por la noche) protege contra la oxidación. Fundamentos de química. Por la complejidad del cuerpo humano es muy difícil señalar la causa o las causas del envejecimiento. Adaptado de Steven S. Sus investigaciones indican que los daños acumulados por oxidación se relacionan tanto con la vitalidad de la mosca como con su expectativa de vida. De hecho. como ocurre con las células nerviosas.190 Unidad 5 Reacciones quimicas Lectura ¿Envejecemos por oxidación? ¿Por qué envejecemos? La verdad nadie la sabe. después de los 70 u 80 años. El oxígeno es esencial para la vida. México. presentaron una cantidad mucho menor de daños por oxidación (debido a su consumo más bajo de oxígeno) y vivieron el doble que aquellas moscas con actividad normal. McGraw-Hill Interamericana Editores. Además. Científicos estadounidenses han examinado el envejecimiento de la mosca casera común. desde hace mucho tiempo se sabe que la vitamina E es un antioxidante. eso lo sabemos todos. Las moléculas de oxígeno y otras sustancias oxidantes del cuerpo humano extraen electrones únicos de moléculas de gran tamaño que constituyen las membranas celulares (paredes). La oxidación es sólo una posible causa del envejecimiento. p.2 Balanceo de ecuaciones químicas Mapa conceptual 5. Zumdahl. Un estudio reciente ha demostrado que la melatonina (producto químico secretado por la glándula pineal en el cerebro. 2007. Pero es una realidad que el cuerpo se va desgastando con los años. ocasionando así que éstas se hagan muy reactivas.. Esta acción es particularmente dañina para el organismo cuando las células afectadas son irremplazables. Con base en este tipo de evidencia muchas personas toman dosis cotidianas de vitamina E para luchar contra los efectos del envejecimiento. Aún continúan las investigaciones en muchos campos para determinar por qué "envejecemos" a medida que el tiempo transcurre. Los conocimientos acumulados en varios estudios indican que la oxidación tal vez constituya una de las principales causas del envejecimiento. ed. 193. sobre todo.2 Balancear una ecuación implica buscar Igualdad mediante Procedimientos entre los Aproximación Miembros 05-RECIO_QUIMICA_INORG. Los estudios han demostrado que los eritrocitos deficientes en vitamina E envejecen mucho más rápido que las células que tienen niveles normales de esta vitamina. Un estudio demostró que las moscas a las que se obligó a llevar una vida sedentaria (no se les permitía volar). 5a. 5.indd 190 es decir el número de Redox Algebraico Átomos de cada elemento 4/20/12 1:49:34 PM . pero también en exceso ocasiona efectos nocivos. Muchos científicos creen que la oxidación desempeña un papel importante en el envejecimiento de las personas. estas moléculas activadas pueden reaccionar unas con otras modificando las propiedades de la membrana celular. Si se acumulan suficientes cambios de este tipo el sistema inmune del cuerpo llega a considerar las células modificadas como "extrañas" y las destruye. Para protegernos de tal proceso el mejor método sería estudiar las defensas naturales del organismo contra la oxidación. 11 La reacción entre el metano y el oxígeno para producir agua y dióxido de carbono Observa que hay cuatro átomos de oxígeno en los productos y en los reactivos. buscar la igualdad entre los átomos del primer miembro con los mismos átomos del segundo miembro. hay cuatro átomos de hidrógeno y un átomo de carbono en los reactivos y en los productos. Método de aproximaciones o tanteo Analicemos la siguiente reacción atendiendo la estructura molecular de las sustancias que intervienen. veamos algunos. Ca3(PO4)2 Indica que en una molécula de fosfato de calcio hay: 3 átomos de Ca 2 átomos de P 8 átomos de O 4Ca3(PO4)2 Indica que en cuatro moléculas de fosfato de calcio hay: 12 átomos de Ca 8 átomos de P 32 átomos de O Existen varios métodos para balancear ecuaciones. Hay que tomar en cuenta que los coeficientes afectan a todos los subíndices de los átomos y que estos subíndices nunca deberán alterarse.5. De manera similar. m + =C =O + =H Figura 5. C 1 átomo de carbono 05-RECIO_QUIMICA_INORG. La reacción simplemente cambia la manera en que están agrupados los átomos. 4/20/12 1:49:35 PM .2 Balanceo de ecuaciones químicas 191 191 Definición Balancear una ecuación significa encontrar la igualdad entre dos miembros.indd 191 + O2 1 molécula de oxígeno CO2 1 molécula de dióxido de carbono Figura 5. no se ganan ni se pierden en la reacción.12 ¿Cuántos átomos? Examina la ecuación balanceada que muestra lo que sucede cuando el carbono reacciona con oxígeno y forma dióxido de carbono. mediante coeficientes escritos antes de las fórmulas que indiquen el número de moléculas de sustancia que interviene en la reacción. Esto es. Observa los ejemplos. Magnesio más oxígeno reaccionan y producen óxido de magnesio. De esta misma manera analicemos otra reacción. la cantidad de átomos que hay en el primer miembr o no es igual a la del segundo miembro. Por lo tanto. La ecuación para esta reacción es: S + O2 → SO2 y se dice que está balanceada. Mg O O Mg O ¿Cuántos átomos de magnesio hay en el primer miembro? _________________ ¿Cuántos átomos de oxígeno hay en el primer miembro? __________________ ¿Cuántos átomos de magnesio hay en el segundo miembro? ________________ ¿Cuántos átomos de oxígeno hay en el segundo miembro? _________________ Aquí. se cumple la ley de la conservación de la materia. ¿Por qué? ______________________________________________________________ 05-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 192 4/20/12 1:49:35 PM . ya que la cantidad de materia que hay en el primer miembro es igual a la del segundo. S S O O O Investiga Si un trozo de carbón contiene 10 mil millones de átomos de C. ¿cuántas moléculas de O2 reaccionarán con él? ¿Cuántas moléculas de CO2 se formarán? O ¿Cuántos átomos de azufre hay en el primer miembro? ___________________ ¿Cuántos átomos de oxígeno hay en el primer miembro? __________________ ¿Cuántos átomos de azufre hay en el segundo miembro? __________________ ¿Cuántos átomos de oxígeno hay en el segundo miembro? _________________ De acuerdo con lo anterior.192 Unidad 5 Reacciones quimicas Azufre más oxígeno reaccionan y producen dióxido de azufre. la cantidad de átomos de un elemento que par ticipa en la reacción es igual a la cantidad de átomos del mismo elemento que se encuentran en el producto resultante. indd 193 4/20/12 1:49:36 PM . ya que la fórmula se alteraría. Esto se logra con 2 moléculas de esta sustancia. MgO).5. ya que en una ecuación química el número de átomos de cada elemento que hay en ambos miembros debe ser igual y aquí hay 2 de o xígeno en el primero y sólo 1 en el segundo. Para que haya 2 átomos de o xígeno en el segundo miembr o.2 Balanceo de ecuaciones químicas 193 193 Tal y como están representadas las moléculas de las sustancias. 05-RECIO_QUIMICA_INORG. Lo que procede es igualar estas cantidades para balancear la ecuación. pero. tratemos de escribir la ecuación: Mg + O2 → MgO Ésta es incorrecta. Lo anterior se r epresenta atendiendo a la estr uctura molecular de las sustancias: Mg O Mg O Mg O O El problema para el oxígeno se ha resuelto. ¿sucedió lo mismo para el magnesio? ¿Por qué? _____________________________________________________________ Lo que debemos hacer es que en el primer miembro haya 2 átomos de magnesio. necesitamos 2 moléculas de óxido de magnesio (MgO. Mg O Mg O Mg O O Mg ¿Se ha resuelto el problema ahora? _______________________________________ La ecuación correcta es: 2Mg + O2 → 2MgO Átomos de magnesio en el primer miembro: ______________________________ Átomos de oxígeno en el primer miembro: _______________________________ Átomos de magnesio en el segundo miembro: _____________________________ Átomos de oxígeno en el segundo miembro: ______________________________ La ecuación está balanceada. No podemos escribir MgO2. 3H2O 3 moléculas de agua donde hay 6 (3 × 2) átomos de hidrógeno y 3 (3 × 1) de oxígeno. El método de tanteo se empleará para balancear las siguientes ecuaciones: H2O + CaO → Ca(OH)2 2 —H —2 2 —O —2 1 — Ca — 1 La ecuación está balanceada. 2H2O 2 moléculas de agua donde hay 4 (2 × 2) átomos de hidrógeno y 2 (2 × 1) de oxígeno. se usan coeficientes que se escriben a la izquier da del símbolo o fórmula. H2O 1 molécula de agua donde hay 2 átomos de hidrógeno y 1 de oxígeno.indd 194 4/20/12 1:49:36 PM . te exponemos algunos ejemplos. ______ átomos de S y ______ átomos de O Al procedimiento que se siguió para balancear la ecuación 2Mg + O2 → 2MgO se le llama de tanteo o aproximación. Para que comprendas mejor lo anterior. Ejercicio Contesta en los espacios en blanco cuántos átomos de cada elemento hay en las siguientes fórmulas: HCl ______ átomos de H y ______ átomos de Cl 4HCl ______ átomos de H y ______ átomos de Cl H2SO4 ______ átomos de H. P or ejemplo: 2Mg significa 2 átomos de Mg 2MgO significa 2 moléculas de MgO donde hay 2 átomos de Mg y 2 de O El coeficiente 1 se sobreentiende y no se escribe. HCl + Zn → ZnCl2 + H2 1 — H— 2 1 — Cl — 2 1 — Zn — 1 05-RECIO_QUIMICA_INORG. ______ átomos de S y ______ átomos de O 3H2SO4 ______ átomos de H.194 Unidad 5 Reacciones quimicas Recuerda que cuando se necesitan más átomos de los que se indican en una fórmula. 5. Entonces.indd 195 4/20/12 1:49:36 PM . se puede resolver escribiendo dos veces el HCl: 2HCl + Zn → 2ZnCl → H2 2 — H —2 2 — Cl — 2 1 — Zn — 1 El problema se ha resuelto también para el cloro y la ecuación está balanceada. ¿Cuál es el problema? ______________. Si se escribe un 2 antes de HgO quedaría: 2HgO → Hg + O2 ¿Cuál es el problema ahora? _______________________________________. La ecuación quedaría: 2HgO → 2Hg + O2 2 — Hg — 2 2 — O —2 ¿Está balanceada ahora? __________________________________________ . ¿Qué se debe escribir para hacer que “entren” dos átomos de oxígeno? ____________________________________________ . HgO → Hg + O2 1 — Hg — 1 1 — O — 2 ¿Está balanceada? ______________. ¿Qué se debe escribir para que “salgan” 2 átomos de mercurio? ____________ _____________________________________________________________.2 Balanceo de ecuaciones químicas 195 195 ¿Está balanceada? ______________ . Ejercicio Balancea por tanteo las siguientes ecuaciones: Al + O2 → Al2O3 Cu + S → CuS __________________________________ __________________________________ __________________________________ __________________________________ __________________________________ __________________________________ 05-RECIO_QUIMICA_INORG. si “salen” 2 átomos de hidrógeno y sólo “entra” 1. 196 Unidad 5 Reacciones quimicas Ag + O2 → KClO3 → KCl + O2 Ag2O __________________________________ __________________________________ __________________________________ __________________________________ __________________________________ __________________________________ NaOH + H2SO4 → NaSO4 + H2O __________________________________ __________________________________ __________________________________ Método redox En general.- - . - - . Observa la siguiente ecuación: 2Mg + O2 → 2MgO Investiga ¿Qué le ocurre a un clavo cuando lo dejamos a la intemperie? ¿Con cuál componente del aire se combina? ¿Cuál elemento se oxidó? _________________________________________ .- Mg - - . Cuando un elemento no se encuentra combinado se dice que no está haciendo uso de su valencia y ésta es 0. El magnesio al oxidarse ha perdido 2 electrones y su número de valencia es 2+.- - - MgO ¿Cuál elemento perdió electrones? __________________________________ . ¿Cuántos perdió? _______________________________________________ . En el primer miembro la valencia (número de oxidación) del magnesio es 0 y la del oxígeno también es 0. cuando un elemento se combina con el o xígeno se dice que se o xida. En resumen.- - - O - .- - - - - - - - - .- - - - . Observa la siguiente ecuación: Mg + S → MgS 05-RECIO_QUIMICA_INORG. el magnesio se o xidó porque se combinó con el o xígeno y durante este proceso perdió electrones y su número de valencia aumentó de 0 a 2+.indd 196 4/20/12 1:49:36 PM . Observemos lo que ocurr e cuando un átomo de magnesio se combina con un átomo de oxígeno para formar óxido de magnesio (MgO). El número de valencia del aluminio es 3+. Zn + x x 2e– 8e– 18e– [Zn]2+ O 2e– 6e– 2e– + 8e– x O 2– x 18e– 2e– 8e– 2e– m + Átomo de zinc Átomo de oxígeno + Ion de zinc Asignación del número de oxidación Al emplear el método redox para balancear ecuaciones no debemos olvidar que: • • • • • • • • Cuando un elemento no se encuentra combinado.- . El número de valencia de los elementos del grupo 1A de la tabla periódica es 1+.13 Formación de óxido de zinc El átomo de este elemento pierde 2 electrones durante la reacción y se convierte en un ion zinc. El átomo de oxígeno gana 2 electrones del zinc y se convierte en un ion óxido.indd 197 Ion de oxígeno Figura 5.2 Balanceo de ecuaciones químicas 197 197 Ahora observa la molécula del producto: - - . El número de valencia de los elementos del grupo 2A de la tabla periódica es 2+..- - - S ¿Cuál átomo perdió electrones? __________________________________________.. Su número de oxidación disminuye desde 0 hasta 2–.5.- - - - - - Mg - - .- - - . Su número de oxidación aumenta desde 0 hasta 2+. su número de valencia es 0. El número de valencias positivas es igual al de negativ as en una fórmula escrita correctamente. 4/20/12 1:49:37 PM . El número de valencia del hidrógeno es 1+. El número de valencia del oxígeno es 2–. El número de valencia de los halógenos es 1– si en la molécula no hay oxígeno. ¿Cuál los ganó? ________________________________________________________. 05-RECIO_QUIMICA_INORG. Mg 2e– O Mg2+ O2– Mg2+ O2– l 2e – O Mg La palabra y su raíz Reducción reducción (Latín) re atrás. El concepto moderno de oxidación establece que un átomo se oxida cuando: • Pierde electrones.indd 198 l Al3+ O2– Al3+ Fe 3e– Al Fe3+ O O2– 4/20/12 1:49:39 PM . Ya hemos indicado que al número de valencia también se le llama número de oxidación. ducere perder. ya que perdió electrones y su número de valencia aumentó. donde la suma de estos últimos debe ser 0 (cero). Oxidación En este caso el magnesio también se o xida aunque no se haya combinado con el oxígeno. En una reacción de reducción. • Su número de valencia aumenta. • Su número de valencia disminuye.198 Unidad 5 Reacciones quimicas Ejemplos: 1+ 5+ 2– H Cl O3 1+ 5+ 6– 2+ 2– Zn O 2+ 2– 1+ 6+ 2– K2 Cr2 O7 2+ 12+ 14– 1+ 4+ 2– Na2 S O3 2+ 4+ 6– Los números escritos sobre los símbolos indican los electrones perdidos (+) o ganados (–) por un átomo. Por lo tanto. la adición de electrones tiene como resultado una reducción del número de oxidación (valencia) de un átomo o un ion. El proceso contrario a la oxidación es el de reducción. lo que indica la neutralidad de la molécula. y los que se escriben debajo de los símbolos muestran el número total de electr ones perdidos o ganados por la totalidad de átomos de cada elemento. un átomo se reduce cuando: • Gana electrones. Al O2– 3e– O2– Fe Fe3+ O2– 2– 05-RECIO_QUIMICA_INORG. Los números subrayados son los que se toman en cuenta para el balance de la óxido reducción (redox). En muchas reacciones químicas ocurre que los elementos que intervienen cambian su número de valencia. la cual proviene de reacciones de óxido-reducción. elementos que se funden para formar la aleación de bronce. Estos combustibles alimentan a los motores del cohete que ponen en órbita al transbordador.. En tanto que al elemento que se oxida se le ha nombrado agente reductor. en donde reaccionan para formar agua y liberar grandes cantidades de energía. ¿Sabías que. Para balancear las ecuaciones de este tipo de r eacciones se emplea el método de reducción-oxidación.indd 199 de 8. La edad de Hierro es posterior. durante cada uno de ellos. En el centro se encuentra un tanque 05-RECIO_QUIMICA_INORG.? I– I I Al3+ I– e– e– Al I– – e I e I l – Al I– e– e– I I Al3+ I– I– Las edades de Piedra. A dichas reacciones se les llama de oxidación-reducción. o en forma abreviada. porque es más difícil reducir el hierro hasta su forma elemental. de Bronce y de Hierro son periodos históricos a los que se les da esos nombres por el material que se usaba con más frecuencia para hacer utensilios..2 Balanceo de ecuaciones químicas 199 199 En la siguiente tabla se observa el sentido de la oxidación y la reducción de acuerdo con el aumento o la disminución del número de valencia: →→→→→→→→→→→→→→→→→→→→ Oxidación 7– 6– 5– 4– 3– 2– 1– 0 1+ 2+ 3+ 4+ 5+ 6+ 7+ Reducción ←←←←←←←←←←←←←←←←←←←← Agente oxidante y agente reductor Al elemento que se reduce se le llama agente oxidante. Se requiere fundirlo a una temperatura mayor que la del bronce. Lectura El lanzamiento del transbordador espacial Para lanzar al espacio un vehículo que pesa miles de toneladas se requieren cantidades inconcebibles de energía.5 m de diámetro y 47 m de largo. La edad de Bronce es anterior a la de Hierro porque se disponía con facilidad de los metales cobre y estaño. El bronce es el más duro que el cobre y el estaño solos. el método redox. 4/20/12 1:49:39 PM . En la figura 5. que contiene hidrógeno y oxígeno líquidos (en compartimentos separados).5. esto es porque se han ganado o per dido electrones.14 hay tres objetos cilíndricos unidos al transbordador espacial. 78.5 pies de diámetro) Impulsor izquierdo de combustible sólido Cohete impulsor derecho con combustible sólido Transbordador espacial Motores principales del transbordador espacial La reacción de óxido-reducción entre el perclorato de amonio y el aluminio se representa como sigue: NH4ClO4(s) + 3Al(s) → Al2O3(s) + AlCl3(s) + 3NO(g) + 6H2O(g) + energía Esto produce temperaturas cercanas a 3149°C y un impulso de 1500 toneladas. Fundamentos de química.6 m de diámetro y 45. Hay dos cohetes que contienen combustible sólido de 3. Se escribe la ecuación: HCl + MnO2 → MnCl2 + H2O + Cl2 05-RECIO_QUIMICA_INORG. unidos al cohete que pone en órbita a la nave.15 Los cohetes de combustible sólido se ensamblan por segmentos para que el combustible se pueda cargar de manera más conveniente.indd 200 4/20/12 1:49:40 PM .16 pies de longitud 12. Tanque externo de combustible (153. ed.14 Para el lanzamiento.8 pies de longitud.7 m de largo. México. Zumdahl. Cada segmento se llena con el propelente viscoso que se solidifica teniendo una consistencia muy similar a la de una goma de borrar dura. Adaptado de Steven S. 195. Por lo tanto. en cada cohete. 5a. están construidos por segmentos y se ensamblan en el sitio de lanzamiento. McGraw-Hill Interamericana Editores. como se observa en la figura 5.200 Unidad 5 Reacciones quimicas 2H2 + O2 → 2H2O + energía Ésta es una reacción de óxido-reducción porque el O2 es uno de los reactivos.06 pies Transbordador espacial Discovery listo para el despegue Figura 5.15. Ejercicio Encuentra los números de oxidación de cada uno de los elementos que forman los siguientes compuestos: NaOH ______________ H2SO4 ______________ LiNO3 ZnCl2 ______________ Mg(OH)2 ______________ Al(ClO3)2 _____________________ ______________________ Para balancear una ecuación por el método redox se realizan los pasos siguientes: Paso 1.17 pies de diámetro Figura 5. Cada cohete contiene 498 toneladas de combustible: perclorato de amonio (NH4ClO4) y aluminio en polvo mezclado con un aglutinante (“goma”). Cohete secundario sólido Unión de campo de popa (Punto de fallo en el propulsor derecho del Challenger) Propelente sólido 149. se ve que las reacciones de óxido-reducción producen suficiente energía para lanzar al espacio el transbordador espacial. aproximadamente. 2007. p. 27. Debido a que los cohetes son tan grandes. el transbordador espacial se encuentra unido a dos recipientes de combustible sólido (izquierda) y un tanque de combustible (centro) que aporta hidrógeno y oxígeno al motor del cohete para ponerlo en órbita.. ya que en el segundo miembro hay 2 átomos de cloro (Cl2). Se eliminan los números de valencia que no hayan cambiado. Se indican las valencias en que se han o xidado o reducido estos átomos para conocer el número de electrones perdidos y ganados: El cloro se oxida en una valencia al pasar de 1– a 0. 4HCl + MnO2 → MnCl2 + 2H2O + Cl2 La ecuación está balanceada. Los números obtenidos se intercambian y se escriben como coeficientes en las fórmulas donde existían los átomos afectados. y se multiplica por 2. Se localizan los átomos que alteraron su valencia.5. ya que en el segundo miembro hay 1 átomo de manganeso. Simplifiquemos los pasos anteriores con otro ejemplo: Ecuación con números de valencia de todos los átomos pero se eliminarán los que se repiten. Cloro: pasa de 1– a 0 Manganeso: pasa de 4+ a 2+ Paso 5. Si los coeficientes tienen un divisor común se simplifican. 1+ H 1– Cl 4+ + Mn 2– O2 → 2+ 1– 1+ 2– 0 Mn Cl2 + H2O + Cl2 Paso 3. y se multiplica por 1. 8HCl + 2MnO2 → 2MnCl2 + 4H2O + 2Cl2 Paso 7. 1+ 2– H2S + 1+ 5+ 2– HNO3 → 1+ 6+ 2– H2SO4 + 2+ 2– NO + 1+ 2– H2O Se determina cuál se oxida y cuál se reduce: Azufre: se oxida en 8 valencias × 1 = 8 Nitrógeno: se reduce en 3 valencias × 1 = 3 05-RECIO_QUIMICA_INORG. En este ejemplo son divisibles entre 2.2 Balanceo de ecuaciones químicas 201 201 Paso 2. HCl + MnO2 → 2MnCl2 + H2O + 2Cl2 Estos números son la base para obtener los coeficientes necesarios en las demás fórmulas para balancear la ecuación.indd 201 4/20/12 1:49:41 PM . Cl: pierde 1 × 2 = 2 electrones Mn: gana 2 × 1 = 2 electrones Paso 6. 1+ 1– 4+ 2– HCl + MnO2 1– HCl 4+ + MnO2 2+ 1– 1+ 2 – 0 → MnCl2 + H2O + Cl2 → 2+ 0 MnCl2 + H2O + Cl2 Paso 4. El manganeso se reduce en dos valencias al pasar de 4+ a 2+. Se obtienen los números de valencia de todos los elementos. 202 Unidad 5 Reacciones quimicas Se intercambian coeficientes: 8 × 1 = 8 del azufre 3S 3 × 1 = 3 del nitrógeno 8N Se escribe la ecuación con los coeficientes obtenidos. Balancear F2 + H2O → HF + O3 En primer lugar se asignan letras diferentes a cada una de las fórmulas en ambos miembros. los que pasan a ser coeficientes de las letras escogidas. 3H2S + 8HNO3 → 3H2SO4 + 8NO + 4H2O La ecuación está balanceada.indd 202 F2 + F 2A = C H2 → H 2B = C O → O3 B = 3D 4/20/12 1:49:41 PM . Si entonces Y si luego 05-RECIO_QUIMICA_INORG. calcular los restantes. F2 + H2O → HF + O3 A+ B C +D En seguida se forman las ecuaciones sustituy endo el elemento por la letra sin olvidar los subíndices. H2S + HNO3 → 3H2SO4 + 8NO + H2O Se toman como base estos coeficientes. Ejercicio Balancea por el método redox las siguientes ecuaciones: Al + HCl KClO3 KMnO4 + HCl HI + H2SO4 NaOH + Al2O3 → –AlCl3 + H2 → KCl + O2 → KCl + MnCl2 + H2O + Cl2 → H2SO3 + I2 + H2O → Na3AlO3 + H2 Método algebraico Este método consiste en formar una serie de ecuaciones para cada elemento del primero y segundo miembros de la ecuación. Por ejemplo: H2CO3(ac) → H2O(l) + CO2(g) c) Sustitución simple. Por ejemplo: 05-RECIO_QUIMICA_INORG. un átomo de un compuesto se sustituye por un átomo de otro elemento. las cuales se representan mediante un conjunto de símbolos que indican las sustancias participantes. 2B = C y B = 3D con cuatro incógnitas. Por ejemplo: 2Na(s) + 2HCl(ac) → 2NaCl(s) + H2(g) 4/20/12 1:49:41 PM . C = 2. B = 3. D=⅓ Se elimina el coeficiente fraccionario multiplicando todos los coeficientes por 3 y queda: A = 3. Por ejemplo. las reacciones químicas se clasifican como sigue: a) Síntesis. 3F2 + 3H2O → 6HF + O3 Se comprueba: 3F2 + 3H2O → 6HF + O3 6– F– 6 6– H– 6 3– O– 3 Ejercicio Balancea por el método algebraico la siguiente ecuación: KClO3 → KCl + O2 Manos a la obra Tipos de reacciones químicas Un cambio químico es aquel en el cual se modifica la estructura interna de la materia. Se procede a asignar un v alor arbitrario a una de las incógnitas para r esolver las ecuaciones. Los cambios químicos son el resultado de reacciones químicas.2 Balanceo de ecuaciones químicas 203 203 Se han obtenido tres ecuaciones: 2A = C. B = 1. En esta clase de reacciones. Para facilitar su estudio. transformándose ésta de un tipo a otro distinto. si asignamos el valor 2 a C. A la representación de las reacciones químicas se le denomina ecuación química. una sustancia se descompone en dos o más productos. dos o más sustancias se combinan para formar un solo producto.indd 203 2H2(g) + O2 → 2H2O(l) b) Descomposición. En estas reacciones. así como su estado físico. C=2 2A = C 2A = 2 A = A =1 2B = C 2B = 2 B = B =1 3D = B 3D = 1 D =⅓ Los valores obtenidos son: A = 1. En ellas.5. C=6 y D=1 Se trasladan estos valores a la ecuación original. 51. México. completa las reacciones que se llevaron a cabo y clasifícalas como reacciones de descomposición. ¿Por qué es importante que una ecuación química se encuentre balanceada? 3. uno de cada sustancia. de sustitución simple y de doble sustitución. Rojero. Castells. ¿Cuál fue el criterio usado para clasificar a las reacciones químicas? 2. Velázquez. En éstas hay un intercambio de átomos. 2. Toma el tubo de ensayo y caliéntalo sobre la flama Tipo ______________________________________ 1. cuida que la boca del tubo no apunte a ninguna persona. Toma con un gotero un poco de nitrato de plata y agrégalo gota a gota a la solución de NaCl. modificaciones o variantes podrían realizarse a la práctica? del mechero.indd 204 Adaptado de Zárraga. Química. Lija muy bien un trozo de alambre de cobre y luego enróllalo alrededor de un agitador de vidrio. Con la punta de la espátula toma HgO y ponlo dentro de un tubo de ensayo grande. pp. Observa lo que ocurre.204 Unidad 5 Reacciones quimicas d ) Doble sustitución. Toma con la punta de la espátula azufre en polvo y colócalo dentro de una cápsula de porcelana. S + Fe → __________________________________ Tipo ______________________________________ HgO → ________________ + _________________ Tipo ______________________________________ Cu + AgNO3 → ______________ + ______________ Procedimiento Tipo ______________________________________ Primera práctica NaCl + AgNO3 → _____________ + _____________ 1. observa la reacción que ocurre. 05-RECIO_QUIMICA_INORG. Resuelve De acuerdo con tus resultados. 4/20/12 1:49:41 PM . Cuarta práctica 1. Segunda práctica 1. 52 y 53. 2. Deja reposar unas horas y observa lo que ocurre. 2007. McGraw-Hill Interamericana Editores. Coloca en un vaso de precipitados 50 mL de la solución de NaCl. Observe lo que ocurre. Coloca la cápsula sobre un tripié y calienta con el mechero. Por ejemplo: HCl(ac) + NaOH(ac) → NaCl(ac) + H2O(g) Material • • • • • • • • • • • tripié tela de alambre espátula mechero de Bunsen tubo de ensayo grande pinzas para tubo de ensayo lija agitador de vidrio 3 vasos de precipitados de 250 mL gotero o pipeta beral cápsula de porcelana Sustancias • • • • • • azufre en polvo hierro en polvo óxido de mercurio (HgO) alambre de cobre solución de nitrato de plata (AgNO3) solución saturada de cloruro de sodio (NaCl) 2. de síntesis. ¿Qué mejoras. Tercera práctica 1. 2. agrega también fierro en polvo. Introduce el agitador a un vaso de precipitados que ya tenga solución de nitrato de plata. Reacciones producidas por los rayos solares Durante el proceso de fijación por medio de los rayos. Para ello. Las plantas pueden usar el nitrógeno cuando éste se encuentra en forma de ion amonio. y por reacciones comerciales de síntesis. Phillips. Visto de otra forma. Cuando la lluvia llega al suelo. Fijación del nitrógeno Las plantas pueden fijar el nitrógeno en tres formas diferentes: por la acción de los rayos solares.5. 571. Construye La fijación de nitrógeno en el suelo es realizada por las bacterias que viven en las raíces de algunas plantas. ¿Cómo es el método natural de la fijación de nitrógeno comparado con los métodos comerciales? Puedes pensar que los rayos no son tan comunes. NH4+. pero también pueden usar el ion nitrato. como las bacterias. el nitrógeno y el oxígeno se combinan para formar monóxido de nitrógeno.2 Balanceo de ecuaciones químicas 205 205 Fertilizantes producidos por los rayos solares Lectura ¿Sabías que uno de los nutrimentos más necesarios para las plantas es el nitrógeno? A pesar de que el aire que rodea a la Tierra está constituido por casi 80% de nitrógeno. como en el proceso Haber para obtener amoniaco. en total. que proviene de la fijación de nitrógeno. 2. Cada año se fijan aproximadamente 10 000 millones de kilogramos de nitrógeno proveniente de la atmósfera. Cheryl Wistrom. Investiga qué condiciones se necesitan para que ocurra este proceso y cuál es la reacción. p. 1. Palabras clave catalizador 189 desplazamiento 182 ecuación química 180 entalpía 183 fenómeno físico 174 05-RECIO_QUIMICA_INORG. este compuesto se combina con más oxígeno para formar dióxido de nitrógeno. HNO3. México. donde el número de oxidación del nitrógeno es de 5+. una cantidad igual se fija por medio de la manufactura de fertilizantes y otros procesos industriales. el nitrógeno del aire tiene que pasar por un proceso que se llama fijación de nitrógeno. Victor S. NO3–. los rayos chocan con el planeta. Da el nombre de algunas de estas plantas. 100 veces por segundo. debido en parte al ácido nítrico disuelto. 2007. reactivos 179 177 redox 196 reducción 198 velocidad de reacción 187 4/20/12 1:49:42 PM .indd 205 fenómeno químico 174 oxidación 198 productos 179 reacciones químicas 174. ¿qué se oxida y qué se reduce? Adaptado de John S. este aire no pueden usarlo la mayoría de las plantas y los animales. en donde el nitrógeno tiene un número de oxidación de 3–. Los agentes biológicos. N2 + O2 → 2NO 2NO + O2 → 2NO2 3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO Producción de fertilizantes El pH normal de la lluvia es ligeramente ácido. Analiza En cada una de las tres ecuaciones anteriores. Química. Investiga El proceso mediante el cual el nitrógeno se reincorpora al aire se llama desnitrificación. Después. Strozak. las bacterias convierten los iones nitrato en iones amonio. la energía excepcionalmente grande y la alta temperatura de los rayos solares puede romper los enlaces con facilidad y permite la recombinación de los gases atmosféricos. que viven en las raíces de algunas plantas o en el suelo. Sin embargo. 3. McGraw-Hill Interamericana Editores. fijan aproximadamente 100 000 millones de kilogramos de nitrógeno al año y. pero se ha calculado que hay aproximadamente 10 000 tormentas eléctricas por día en la superficie terrestre. Conceptos y aplicaciones. el cual se mezcla con el agua del aire para formar ácido nítrico y más monóxido de nitrógeno. por las bacterias fijadoras de nitrógeno. El nitrógeno es un gas bastante inerte porque el triple enlace del N2 es fuerte y no se rompe con facilidad. en forma de moléculas de N2. que queda disponible para continuar el ciclo. doble sustitución. Escribe sobre la línea el tipo de reacción (adición. ___________________________________ 05-RECIO_QUIMICA_INORG. • Al producirse óxido de hierro (II) por la combinación de hierro con oxígeno del aire. iónicas. ___________________________________ • Es la representación de un cambio químico con fórmulas de las sustancias. ___________________________________ • Al efectuarse quedan restos de los reactivos. ___________________________________ • Combustión de la madera.indd 206 ____________________________________ • Ni(NO3)2 + 2NaOH → Ni(OH)2 + 2NaNO3 ____________________________________ • 3Mg + N2 → Mg3N2 ____________________________________ • 2KClO3 → 2KCl + 3O2 ____________________________________ • H2 + CO2 ← → H2CO3 ____________________________________ • Ag+ + Cl– → AgCl ____________________________________ • MgO + H2O →Mg(OH)2 ____________________________________ • 2Na + 2HCl → 2NaCl + H2 ____________________________________ 3. ___________________________________ • Fenómeno químico. reversibles) que representan las siguientes ecuaciones: Reacciones provocadas Reacciones instantáneas • Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu Reacciones lentas Reacciones ilimitadas Reacciones limitadas • Para que ocurran basta con poner en contacto los reactivos. Toma del siguiente listado la expresión que complete los enunciados y escríbela al final de los mismos. análisis.206 Unidad 5 Reacciones quimicas Lo que aprendí 1. ___________________________________ • Al efectuarse absorben calor. Contesta de manera breve: ¿A qué se llama velocidad de reacción? ______________________________________ 4/20/12 1:49:42 PM . sustitución simple. oxígeno y el hierro reciben el nombre de: Reacción química Ecuación química Reactivos Productos Reacciones inmediatas ____________________________________ 2. ___________________________________ • Formación del dióxido de carbono en nuestro organismo. Lo que aprendí ¿Cuáles son los factores que afectan la velocidad de reacción? 207 207 HCl + Si → SiCl4 + H2 ______________________________________ ______________________________________ ¿A qué se llama catalizador? CuS + HNO3 → Cu(NO3)2 + S + H2O + NO ______________________________________ ______________________________________ 4. Balancea por tanteo las siguientes ecuaciones: NaNO3 → NaNO2 + O2 MnO + PbO2 + HNO3 → HMnO4 + Pb(NO3)2 + H2O ______________________________________ 6. Balancea por el método algebraico las siguientes ecuaciones: ______________________________________ NaBr + Cl2 → NaCl + Br2 K + H2O → KOH + H2 ______________________________________ ______________________________________ 5. Balancea por el método redox las siguientes ecuaciones: HgO → Hg + O2 ______________________________________ Fe2O3 + H2 → Fe + H2O ______________________________________ 05-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 207 4/20/12 1:49:42 PM Unidad 6 Estequiometría Es de suma importancia conocer la cantidad de reactivos y productos que se involucran en una reacción química, para lograr un aprovechamiento óptimo de los materiales. Contenido ¿Cuánto sabes? 6.1 Estequiometría 6.2 Cálculos estequiométricos Lectura El alcohol metílico: ¿combustible con futuro? 6.3 Normalización de volúmenes 6.4 Contaminación del aire Lectura Manos a la obra Actividades 06-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 208 Contaminación del agua Ley de Boyle Lo que aprendí 4/20/12 2:39:20 PM Objetivo de la unidad El estudiante reconocerá la trascendencia de determinar las cantidades de reactivos y productos involucrados en una reacción química, identificando con una actitud crítica y responsable la importancia de estos cálculos en el análisis cuantitativo de procesos que tienen repercusiones socioeconómicas y ecológicas. 06-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 209 4/20/12 2:39:24 PM ¿Cuánto sabes? 1. Desde el punto de vista de las matemáticas, ¿qué entiendes por cantidades proporcionales? 2. ¿A qué se refiere la masa molecular? 3. ¿Cuántos átomos de fósforo (P) hay en la siguiente expresión?: 3Mg3(PO4)2 4. La composición atómica de las moléculas se representa mediante... 5. Si en un grupo de 30 alumnos el 20% son mujeres, ¿cuántas mujeres hay en dicho grupo? 6. ¿Qué representa una fórmula empírica? 7. ¿Qué representa una fórmula molecular? 8. ¿Qué ocurre con el tamaño de un globo que contiene un gas cuando la temperatura disminuye? Introducción Una pregunta básica en un laboratorio de química es: ¿qué cantidad de productos se obtendrán a partir de cantidades específicas de las materias primas (reactivos)? En la unidad anterior, al tratar el tema de las ecuaciones químicas se hiz o notar que el número de átomos de los r eactivos debe ser igual al de los pr oductos. Las ecuaciones químicas balanceadas son de importancia no solamente en el sentido del tipo de sustancias que r eaccionan y que se pr oducen, sino también en términos de cantidad tanto de reactivos como de productos. En esta unidad v eremos la parte de la química que trata los cálculos de masa o volumen de las sustancias que intervienen en las reacciones químicas y que recibe el nombre de estequiometría. La palabra y su raíz estequiometría Stoichen (griego) elemento o parte, metreon (griego) medida. La estequiometría cuenta las partículas individuales de las sustancias por medio de mediciones macroscópicas, como la masa o el volumen, en el caso de los gases. 06-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 210 6.1 Estequiometría Leyes fundamentales Las combinaciones de la materia se efectúan según leyes fijas, las cuales se dividen en dos grandes grupos: ponderales o de los pesos (masas) y volumétricas o de los volúmenes. Ley de la conservación de la materia (masa) Esta ley fue establecida en 1774 por Antoine Laurent Lavoisier. Se ha enunciado de diversas maneras, una de ellas indica que en cantidades ponderables en toda r eacción o proceso químico la masa total de las sustancias que inter vienen, permanece inv ariable antes y después del fenómeno . 4/20/12 2:39:28 PM 6.1 Estequiometría 211 211 Mapa conceptual 6.1 Estequiometría estudia la Combinación de las Sustancias en la Masa Volumen Ley de la conservación de la masa de acuerdo con Leyes ponderales Ley de los volúmenes de combinación como Ley de Avogadro Ley de las proporciones definidas de donde se derivan Ley de las proporciones múltiples Conceptos como Ley de las proporciones recíprocas de Volumen molecular gramo Mol que contiene 6.02 × 1023 moléculas que es Masa molecular en un gas igual a expresada en 22.4 L Gramos Esta ley afecta la forma como deben escribirse las ecuaciones químicas. Elnúmero de átomos de cada elemento debe ser igual en ambos miembros de la ecuación. Ley de las proporciones definidas A esta ley también se le conoce como ley de las proporciones constantes o ley de Proust, en honor a quien la estableció en 1801. El enunciado dice: dos o más elementos que se combinan para formar un compuesto dado, lo hacen siempre en la misma proporción. 06-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 211 La palabra y su raíz ponderable (Latín) ponderere ponderar. Pesar con la balanza, determinar un peso. 4/20/12 2:39:29 PM FeS2.5% de azufre.5% S Composición de pirita de hierro 15 átomos de carbono 20 átomos de oxígeno 10 moléculas de dióxido de carbono. 46. Estas proporciones son las mismas en todas las muestras de pirita. 06-RECIO_QUIMICA_INORG. que por cada tres partes en peso de carbono habrá invariablemente ocho de oxígeno. Veamos el siguiente ejemplo: 3 g de C + 10 g de O2 → 11 g de CO2 y sobran 2 g de O2 Si se observa la fórmula CO2 la proporción de los átomos es 1:2. pues se parece mucho al oro.212 Unidad 6 Estequiometría Figura 6.5% Fe 53. sobran 5 átomos de carbono Figura 6.. para formar div ersos compuestos. Además. se hallan en relación sencilla que puede expresarse en números enteros.? A la pirita de hierro. es decir. es decir.. Observa la siguiente figura: Una muestra de FeS2 de origen natural. ¿Sabías que. se le llamó el oro de los tontos. es decir. La composición de la masa de la pirita es de 46. Ley de las proporciones múltiples o de Dalton Relaciona los pesos de dos elementos cuando éstos forman más de un compuesto. establece que diferentes cantidades de un mismo elemento que se combinan con una cantidad fija de otr os elementos. y por ello engañó a los inocentes.5% de hierro y 53. Átomos del elemento B Átomos del elemento A a) Compuesto formado por los elementos A y B b) En la siguiente reacción del carbono (C) con oxígeno (O2) para formar dióxido de carbono (CO2) tenemos: C + O2 → CO2 12 g de C + 32 g de O2 → 44 g de CO2 6 g de C + 16 g de O2 → 22 g de CO2 3 g de C + 8 g de O2 → 11 g de CO2 la proporción del peso del carbono con respecto a la de oxígeno siempre es 3:8.indd 212 4/20/12 2:39:29 PM .1 Compuesto formado por átomos de los elementos A y B En este caso la relación de átomos del elemento A y átomos del elemento B es 2:1. que por cada átomo de carbono habrá dos de oxígeno. son independientes del origen o cantidad de la sustancia.2 Ley de las proporciones constantes. 4 g de Cl con 1 de H NH3: 14 g de N con 3 de H.6. el cloro y nitrógeno. o multiplicados por el mismo entero. Por ejemplo. La relación de los pesos de los componentes es: 06-RECIO_QUIMICA_INORG. respectivamente: metano: CH4 ácido clorhídrico: HCl amoniaco: NH3 La relación de los pesos de los componentes es: CH4: 12 g de C con 4 de H.1 Estequiometría 213 213 Para formar agua (H2O) se combinan 2 g de hidrógeno con 16 de oxígeno. revisa el siguiente ejemplo. El cloro se combina con el carbono y con el nitr ógeno para formar. 32 16 16 8 Monóxido de carbono o â c â 1 1 Dióxido de carbono o â c â 2 1 Relación del oxígeno en el monóxido de carbono al oxígeno del dióxido de carbono: 1:2 Figura 6.66 g de N con 1 de H Los pesos de los distintos elementos (3. para el agua y para el peróxido.4 y 4. se expresa 1:2. tetracloruro de carbono (CCl4) y tricloruro de nitrógeno (NCl3).indd 213 4/20/12 2:39:30 PM . La relación que se establece entre los pesos variables del oxígeno (16 y 32).3 Un ejemplo de la ley de las proporciones múltiples. el hidrógeno se combina con el carbono. con el cloro y con el nitrógeno para formar. la proporción en que se combinan entre sí el carbono. son los pesos relativos de aquellos elementos cuando se combinan entre sí o bien múltiplos o submúltiplos de estos pesos. 3 g de C con 1 de H HCl: 35. que se combinan con el peso fijo del hidrógeno. la relación en masa es 2 1 2 1 = = . Ley de las proporciones recíprocas Esta ley es conocida también como ley de Ritcher y se enuncia de la siguiente manera: los pesos de los elementos diferentes que se combinan con un mismo peso de un elemento dado. o bien. 35. respectivamente.66) que se combinan con un peso constante de H (1) indican directamente. Para formar agua oxigenada (H2O2) se combinan 2 g de hidrógeno con 32 de oxígeno. para el agua y de 1:1 para el peróxido. o bien. 4. 4 Comparación de volúmenes en las reacciones de los gases Cuando 2 L de cloruro de hidrógeno gaseoso se descomponen para formar gas hidrógeno y gas cloro.4 × 4 de Cl con 12 de C. es decir. esto es con 3 × 4 de C NCl3: 35. 2 a 1. de tal manera que las sustancias al r eaccionar desdoblan sus moléculas momentáneamente en átomos y éstos son los que se combinan entre sí para formar otras moléculas distintas que corresponden a las sustancias que resultan de la reacción. en 1808.214 Unidad 6 Estequiometría CCl4: 35. 3 a 2. 06-RECIO_QUIMICA_INORG.4 × 3 de Cl con 14 de N. 1 L de cada uno. Ley de los volúmenes de combinación Al estudiar las reacciones entre sustancias gaseosas. Este postulado se contraponía con algunos enunciados de la teoría atómica de Dalton. Gay-Lussac observó lo siguiente: hidrógeno 1 volumen 1 + + hidrógeno 2 volúmenes 2 + nitrógeno 1 volumen 1 + + + cloro → cloruro de hidrógeno 1 volumen __________ 2 volúmenes 1 __________ 2 2 __________ 2 oxígeno → vapor de agua 1 volumen __________ 2 volúmenes 1 __________ 2 3 __________ 2 hidrógeno → amoniaco 3 volúmenes __________ 2 volúmenes 3 __________ 2 4 __________ 2 Además. el físico italiano Amadeo Avogadro resuelve tal divergencia al indicar que las moléculas están formadas por partículas más pequeñas llamadas moléculas diatómicas. Figura 6.indd 214 + 2 litros de HCl 1 litro de H2 1 litro de Cl2 4/20/12 2:39:30 PM . una proporción igual a la del cloro con cloruro de hidrógeno. En 1811. se forman volúmenes iguales de estos gases. este científico notó que el volumen del gas resultante era menor o igual al de la suma de los gases que se combinan.66 × 3 de N Los factores son 4 para el cloro y carbono en el tetracloruro de carbono y 3 para el cloro y nitrógeno en el tricloruro de nitrógeno. esto es con 4. etcétera. por lo que estableció que los volúmenes de los gases que se combinan o se pr oducen en una reacción química están siempre en una relación de números enteros simples: 1 a 1. y la proporción del volumen de hidrógeno con el del cloruro de hidrógeno es de 1/2 a 1 o 1 a 2. La proporción de hidrógeno y cloro es 1 a 1. etcétera Figura 6. + 3H2(g) 3 moléculas 3 moles 3 volúmenes + + + + N2(g) 1 molécula 1 mol 1 volumen 2NH3(g) 2 moléculas 2 moles 2 volúmenes Figura 6.1 Estequiometría 215 215 Ley de Avogadro Avogadro estableció que volúmenes iguales de todos los gases. tienen el mismo número de moléculas. Por ejemplo.6 Comparación de la masa de una molécula de agua y una mol de dicha sustancia. La masa de los átomos se mide en unidades de masa atómica (u). expresa una sola molécula 1 mol de agua representa una cantidad de agua suficiente para ser medida.5 Relación de volúmenes de gases en una reacción química La relación de volumen de hidrógeno molecular a nitrógeno molecular es 3:1. en gramos (g). ambos a la misma presión y temperatura. observada. se le llama también masa molar. con igual presión y temperatura.. en un litro de hidrógeno y un litro de oxígeno. Mol ¿Sabías que. la de amoniaco (el producto) a hidrógeno molecular y nitrógeno molecular combinado (los reactivos) es 2:4 o 1:2.6. La masa molecular gramo o masa molar se mide.? La mol o molécula gramo es la masa molecular expr esada en gramos. lo mismo que la masa de las moléculas. habrá el mismo número de moléculas. El concepto de átomo gramo (at-g) se refiere a la masa atómica expresada en gramos. 06-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 215 4/20/12 2:39:30 PM . generalmente. Para obtener la mol de cualquier sustancia se calcula su masa molecular y la cantidad obtenida se expresa en gramos.. Agua (H2O) Agua (H2O) H O H 18 u 18 gramos u es la masa de una molécula (masa molecular). la fórmula de una sustancia indica también una mol de tal sustancia.02 × 1023 unidades fórmula de un compuesto iónico. en primer lugar se obtiene la masa molecular de esta sustancia: HNO3 H: 1 × 1 = 1 N: 14 × 1 = 14 O: 16 × 3 = 48 63 u La masa molecular se expr esa en gramos (63 g).indd 216 4/20/12 2:39:31 PM . H2O: 1 mol de agua = 18 g CaCO3: 1 mol de carbonato de calcio = 100 g Si se quiere averiguar cuántos gramos indica 3HNO 3 (3 moles de ácido nítrico).7 Masa molar de algunos compuestos Cada muestra contiene 6.216 Unidad 6 Estequiometría Encontremos la mol de carbonato de calcio. en seguida se multiplica por 3 (63 × 3 = 189 g).02 × 1023 moléculas de un compuesto covalente o 6. Cada compuesto tiene su propia masa molar. CaCO3 Ca: 40 × 1 = 40 C: 12 × 1 = 12 O: 16 × 3 = 48 100 u masa de una molécula de CaCO3 100 g masa de una mol de CaCO3 Por lo dicho anteriormente. Ejercicios Representa en gramos o moles lo que se indica a continuación: H2SO4: _____________ g 3HCl: _____________ g 5Ca(OH)2: _____________ g 06-RECIO_QUIMICA_INORG. 3HNO3 = 189 g Figura 6. He 22. y llevan el nombre de número de Avogadro.4 L 28 g 22.2 28.02 × 1023 átomos de un elemento gaseoso o 6.indd 217 4/20/12 2:39:32 PM .4 L de aire.4 L y se llama volumen molar o volumen molecular gramo.4 L 44 g 22.2 cm Cl2 22. Presión normal = 1 atm = 760 mm de Hg.4 L 6.02 t 1023 Partículas 28. Volumen molecular gramo El volumen que ocupa una mol de cualquier gas en condiciones normales de presión y de temperatura es igual a 22.2 cm 28 cm Figura 6. ¿Qué tan grande es? Es el volumen de un cubo de 28.5 mol ocupan: 22.4 L.6.2 cm de lado.4 L 17 g 22.4 L 06-RECIO_QUIMICA_INORG.1 Estequiometría 5NaOH: ____________ g Na2CO3: __________ g 10Mg3(P04)2: ___________ g 4AlI3: _______________ g 2KClO3: __________ g 2NH3: _________________ g 100 g NH4NO3: __________________ moles K2Cr2O7: __________________ g 100 g CaCO3: ____________________ moles 100 g H2O: ____________ moles 217 217 Número de Avogadro El número de moléculas que existen en una mol es igual a 6.5 = 11.4 L 32 g 22. pero la masa de 1 mol es diferente para cada elemento. Esto nos indica que en una mol de cualquier sustancia hay 602 000 000 000 000 000 000 000 (seiscientos dos mil trillones) de moléculas.4 L × 3 = 67.4 L 1 l mo . Dicho volumen contiene 6. temperatura normal = 0 °C = 273 K 3 moles de cualquier gas ocupan: 22.2 L 1 mol 1 mol 1 mol 1 mol 1 mol H2 O2 N2 CO2 NH3 2g 22.02 × 1023 moléculas de un elemento molecular o de un compuesto.2 L 0.02 × 1023.4 L 22.8 Volumen molar de los gases Un mol de cualquier gas a NPT ocupa 22.4 L × 0. Un mol de helio flota porque su masa es menor que la masa de 22. 4 L x = 14.4 L 28 g x = 44. ¿Cuántos gramos de o xígeno habrá en 10 L de este gas medidos en condiciones npt (normales de presión y temperatura: 1 atm y 273 K)? En primer lugar se obtiene la mol de oxígeno (O2). 32 g _______ 22.4 L de He: ______________ g Volumen de 1.218 Unidad 6 Estequiometría Problemas resueltos Apliquemos los conocimientos adquiridos hasta ahora en la resolución de problemas.2 L de N2: ______________ g Masa de 22.indd 218 4/20/12 2:39:32 PM .4 L x g _______ 10 L x= 32 g × 10 L 22.5 moles de O2: _________ L Volumen de 100 g de O2: ____________ L 06-RECIO_QUIMICA_INORG.2 L de O2: ______________ g Volumen de 5 g de CO2: _____________ L Volumen de 20 g de NH3: ___________ L Masa de 20 L de H2: ________________ g Volumen de 15 g de HCl: ___________ L Masa de 11. O2 O: 16 × 2 = 32 g Esos 32 g ocupan un volumen de 22. Se plantea el problema y se realizan las operaciones correspondientes para llegar a la solución.4 L. Masa de 67.2 g ¿Qué volumen ocupan 56 g de nitrógeno medidos en condiciones npt? N2 : N : 14 × 2 = 28 g 28 g _______ 22.4 L Se plantea y se resuelve.2 L de CO: ______________ g Masa de 11. 56 g _______ x L x= 56 g × 22.8 g L Ejercicio Resuelve los siguientes problemas en condiciones NPT. es por eso que las masas atómicas que se consignan en la tabla periódica son fraccionarias. 06-RECIO_QUIMICA_INORG. la fórmula del cloruro de sodio. y corresponden al promedio de las masas de los distintos isótopos que forman un elemento dado.. a su v ez.. por cada 3 grupos sulfato. con los símbolos de los elementos presentes en tales sustancias.2 Cálculos estequiométricos 219 219 6.2 Cálculos estequiométricos Mapa conceptual 6. la fórmula del agua. NaCl. Al. Así. la fórmula del sulfato de aluminio. NaCl es la fórmula del cloruro de sodio donde los constituyentes son el sodio (Na) y el cloro (Cl). 3 de azufre y 12 de oxígeno. Al2(SO4)3.? La masa de los átomos se concentra en su núcleo y la unidad 1 para medirla es 12 de la masa del isótopo 12 de carbono llamado unidad de masa atómica (u). Los subíndices se emplean para indicar el número relativo de átomos de cada elemento. ¿Sabías que. el subíndice uno (1) se sobreentiende. Éstas muestran la composición atómica de las moléculas. Por ejemplo. H2O.2 Cálculos estequiométricos en las para determinar la conocer la determinar el Composición porcentual de un compuesto Relaciones ponderales Fórmula real de un compuesto Porcentaje de rendimiento Relaciones volumétricas como Mol-mol Volumen-masa Mol-masa Masa-volumen Masa-mol Volumen-volumen Masa-masa Has visto que las sustancias químicas se representan mediante fórmulas.indd 219 4/20/12 2:39:32 PM . SO 4. muestra la presencia de igual número de átomos de los elementos sodio y cloro. especifica 2 átomos de aluminio. Composición porcentual Conoces que los átomos de un mismo elemento no son exactamente iguales en su masa. por lo que la fórmula Al 2(SO4)3 contiene en total 2 átomos de aluminio. indica que cada molécula contiene 2 átomos de hidrógeno y 1 de oxígeno. cada gr upo de sulfato tiene 1 átomo de azufr e y 4 de oxígeno.6. 00797 u 1 Oxígeno O 15.220 Unidad 6 Estequiometría H 11. 2 o más átomos. 06-RECIO_QUIMICA_INORG.? El geraniol es el componente que le da el olor a las rosas.7% O 10. Observa el ejemplo.9 Porcentaje en masa de los elementos del geraniol La gráfica de sectores muestra la composición del geraniol en términos de porcentaje en masa de los elementos. Número atómico Estado de la materia Símbolo Gas Líquido Sólido Sintético Masa atómica Nombre ¿Sabías que.01115 u 12 Magnesio Mg 24.9994 u 16 Carbono C 12. y su fórmula es C10H18O.. Ejercicios Consulta la tabla periódica y contesta los datos que se piden: Elemento Símbolo Masa atómica Entero más próximo Sodio Nitrógeno Calcio Aluminio Fósforo Hierro Cloro Potasio Bromo Plata Las moléculas están constituidas por 1..9% Elemento Símbolo Masa atómica Entero más próximo Hidrógeno H 1. Molécula de agua (H2O) formada por 2 átomos de hidrógeno cuya masa atómica es 1 u y 1 átomo de oxígeno cuya masa atómica es 16 u. y para obtener la masa de las moléculas (masa molecular) se suman las masas atómicas de los átomos que las constituyen. C 77.312 u 24 Figura 6.4% La siguiente tabla muestra ejemplos del enter o más próximo a la masa atómica para facilitar los cálculos.indd 220 4/20/12 2:39:33 PM . una molécula de esta sustancia. H2SO4 H– 1×2= 2u S – 32 × 1 = 32 u O – 16 × 4 = 64 u 98 u masa molecular Ahora obtengamos la masa molecular del fosfato de calcio. sumando al final dichos productos. 16 u (su masa atómica). por 1 la masa atómica del azufre (S) y por 4 la masa atómica del oxígeno (O). • Con H2O entenderemos: La sustancia agua. 1u H O 16 u H 1u H2O H–1×2= 2u O – 16 × 1 = 16 u 18 masa molecular Como puedes observar.6. los átomos que la constituyen.2 Cálculos estequiométricos 221 221 Si sumamos las masas de estos átomos. la masa de cada átomo se multiplica por el númer o de átomos que forman parte de la molécula. 18 u (su masa molecular). Un símbolo representa: El elemento en general. su masa atómica. la molécula formada por 2 átomos de hidrógeno y 1 de oxígeno.indd 221 4/20/12 2:39:36 PM . que es la masa molecular del agua. una molécula de agua. La fórmula representa: La sustancia en general. su masa molecular. • Con O entenderemos: El elemento oxígeno (O). Para obtener la masa molecular del ácido sulfúrico (H 2SO4) se multiplica por 2 la masa atómica del hidrógeno (H). Ca3(PO4)2 06-RECIO_QUIMICA_INORG. un átomo de este elemento. obtendremos 18 u. un átomo de este elemento. el (PO4) está afectado por el subíndice 2. de esas 18 u 2 son de hidrógeno y 16 de oxígeno. K2CO3 ________________________________________________________________ En los problemas de cálculo estequiométrico resulta muy útil conocer la composición porcentual de las sustancias. aproximando a enteros. Para ello necesitamos una cantidad que r epresente 100%.1% 06-RECIO_QUIMICA_INORG. N2O3 ________________________________________________________________ 2.222 Unidad 6 Estequiometría Como te puedes dar cuenta. (PO 4)2. Carbonato de potasio. obviamente esa cantidad es la masa molecular que en el caso del agua es 18 u. la masa molecular de los siguientes compuestos. Así. indicamos el porcentaje (%) de hidrógeno y de oxígeno. Ahora bien. lo cual indica que hay 2 átomos de fósforo (P) y 8 de oxígeno (O). Trióxido de dinitrógeno.indd 222 4/20/12 2:39:36 PM . Veamos cómo se obtiene el porcentaje de los constituyentes que forman distintos compuestos. Sabemos que los constituyentes del agua son hidrógeno y oxígeno. H2O H – 1 × 2= 2 u O – 16 × 1 = 16 u 18 u Para obtener el porcentaje de hidrógeno se procede de la siguiente forma: 18 : 100 :: 2 : x x∙ 100 × 2 18 x = 11. Fosfato de calcio. al calcular la composición porcentual del agua. 1. Ca3(PO4)2 Ca – 40 × 3 = 120 u P – 31 × 2 = 64 u O – 16 × 8 = 128 u 310 u masa molecular Ejercicios Calcula. Ca3(PO4)2 ________________________________________________________________ 3. 9% Obtuvimos 99. tomando la masa molecular como el 100%.8% 99.5% Para el oxígeno: 40 : 100 :: 16 : x 100 ×16 40 x = 40 Oxígeno (O) – 40% x= 06-RECIO_QUIMICA_INORG. H – 11.indd 223 4/20/12 2:39:36 PM .5 Sodio (Na) – 57. Después. Primero se obtiene la masa molecular del compuesto. En seguida calculamos la composición porcentual del hidróxido de sodio (NaOH): NaOH Na – 23 × 1= 23 u O – 16 × 1= 16 u H – 1 × 1= 1 u 40 u Para el sodio: 40 : 100 :: 23 : x x= 100 × 23 40 x = 57. el cálculo es correcto.2 Cálculos estequiométricos 223 223 Para el oxígeno: 18 : 100 :: 16 : x x= 100 ×16 18 x = 88.6.1% O – 88. Problemas resueltos Hagamos el siguiente ejercicio paso a paso.8% Si sumamos dichos porcentajes debemos obtener 100%. se determinan las proporciones de las masas de cada uno de los constituyentes.9% y debido a que en las divisiones quedaron residuos. se usa la expr esión peso (masa) fórmula gramo. estrictamente. Con respecto al cloruro de sodio (y los compuestos iónicos en general) no se puede hablar de moléculas sencillas. NH3.224 Unidad 6 Estequiometría Para el hidrógeno: 40 : 100 :: 1 : x x= 100 ×1 40 x = 2.5% Na – 57. sobre compuestos iónicos. Nosotros utilizaremos el término mol indistintamente. Fórmulas moleculares La fórmula molecular representa el número real de átomos de cada elemento en una molécula del compuesto (H2O. ya que se trata de una combinación de muchos iones sodio (Na+) con muchos iones clor uro (Cl–). D e manera fundamental. Calcula la composición porcentual del hidróxido de amonio NH4OH.0% H – 2. no obstante. πειρåƒ experimenter. ___________________________________________________________________ 2. etcétera). C6H6. Calcula el porcentaje de aluminio (Al) que hay en el óxido de aluminio Al2O3. CaBr2. etcétera).0% En este caso la suma de los porcentajes es 100. ___________________________________________________________________ La palabra y su raíz empírica (Latín) empir˘cus (y éste del griego) §μ en. En este momento vale la pena aclarar que la fórmula molecular del benceno (compuesto covalente) es C 6H6 aunque su fórmula empírica es CH. la fórmula empírica se aplica a los compuestos iónicos. Referente a lo experimental.5% 100. ya que en divisiones no hubo residuos.5% O – 40. De ahí que.indd 224 4/20/12 2:39:36 PM . H2SO4. 06-RECIO_QUIMICA_INORG. Fórmulas empíricas La fórmula empírica refiere la proporción en números enteros de los átomos de cada elemento en un compuesto (NaCl. la mol se refiere a compuestos covalentes y para indicar el mismo concepto. también se utiliza para expresar la mínima relación entre el número de átomos en las moléculas de los compuestos covalentes. aunque algunos autor es emplean el término mol cuando se hace r eferencia a la masa molecular gramo y a la masa fórmula gramo. Ejercicios 1.5 Finalmente sumamos los porcentajes: Hidrógeno (H) – 2. Para el carbono: 1 at-g _____________ 12 g x at-g _____________ 85. Para calcular la fórmula real de un compuesto que contiene 85. por lo que su composición por centual nos indica que existen: 85.62% de carbono y 14.indd 225 C: 7. en primer lugar.6.62 g de carbono 14.13 at-g H: 14.28% de hidrógeno. Para determinar la fórmula r eal de un compuesto es necesario conocer .62 g ×1 at – g 12 g x = 7.2 Cálculos estequiométricos 225 225 Fórmula real La fórmula real de un compuesto puede ser la fórmula empírica o un múltiplo entero de ella.13 at-g Para el hidrógeno: 1 at-g _____________ 1 g x at-g _____________ 14. la fórmula empírica y la masa molecular de dicho compuesto . Constituyentes Masa atómica at-g Carbono 12 12 g Hidrógeno 1 1g Se consideran como base 100 g de compuesto.28 at-g Por tanto. Ahora bien.28 g x= 14. se procede de la siguiente manera. 06-RECIO_QUIMICA_INORG.28 g ×1 at – g 1g x =14.62 g x= 85.28 g de hidrógeno En seguida se calcula el número de at-g (átomo-gramo) de cada constituyente. y una masa molecular de 56.28 at-g 4/20/12 2:39:36 PM . Problemas resueltos 1. para conocer la fórmula empírica debemos saber la composición porcentual del compuesto y las masas atómicas de sus constituyentes. 2% de oxígeno.indd 226 Arsénico: 75.5 16 4/20/12 2:39:37 PM .13 at – g H: x = 14. C: x = 7.28 at – g =2 7.13 at – g Por lo que la fórmula empírica es: CH2 La fórmula real puede ser esta fórmula empírica o un múltiplo de ella. Encuentra la fórmula real de un compuesto que contiene 75. Con una masa molecular de 199.2 = 1.3. En este ejemplo es de 56.13 at – g =1 7.2 g de oxígeno Átomos gramos de cada constituyente: 06-RECIO_QUIMICA_INORG. 1 at-g de arsénico 75 g 1 at-g de oxígeno 16 g En 100 g del compuesto habrá: 75. Para calcular n es necesario conocer la masa molecular del compuesto. El conjunto CH2 tiene una masa molecular de: C: 1 × 12 = 12 H: 2 × 10 = 2 14 (1 átomo por su masa atómica) (2 átomos por su masa atómica) masa molecular de CH2 de la fórmula real (CH2)n = 56 Luego 14 n = 56 n= 56 14 n =4 La fórmula real del compuesto será (CH2)n = (CH2)4 = C4H8 2.8 g de arsénico 24.226 Unidad 6 Estequiometría Posteriormente se determina la relación entre estas cantidades dividiéndolas entre el número más pequeño que hayas encontrado. y se representa de la siguiente manera: (CH2)n donde n indica el número por el que se deben multiplicar los subíndices encontrados.8% de arsénico y 24.8 =1 75 Oxígeno: 24. 5 g de azufre 45.3 199.3.6. E l conjunto As2O3 tiene masa molecular de 199.1 g de oxígeno Al consultar la tabla de masas atómicas se determina que 1 at-g de cada constituyente equivale a Na: 23 g S: 32 g O: 16 g Ahora se determina el número de at-g que hay en los 100 g de la muestra.3.indd 227 Na : 32.4 23 S: 22.1% de o xígeno. 22.3 n = 199. Determina la fórmula real de un compuesto del que se ha encontrado que está formado por 32.3 n =1 La fórmula real es (As2O3)n (As2O3)1 = As2O3 3. luego (199. Esta sustancia por cada 100 g contiene: 32.1 = 2.4% de sodio. 4 = 1.9 16 4/20/12 2:39:37 PM .5% de azufr e y 45. Su masa molecular es 142.5 Como no puede haber fracciones de átomo en las moléculas.5 = 0.4 g de sodio 22.7 32 O: 45.5 = 1. los subíndices encontrados se multiplican por 2 y se obtiene: As2O3 La fórmula real se determina con (As2O3)n Para calcular n se sabe que la masa molecular del compuesto es 199. 06-RECIO_QUIMICA_INORG.2 Cálculos estequiométricos 227 227 Relación entre estas cantidades encontradas Arsénico: 1 =1 1 Oxígeno: 1.3)n = 199.5 1 Fórmula empírica As1O1. la relación de átomos es 1C:2H:1O.228 Unidad 6 Estequiometría La relación entre estos números es: Na : 1.7 =1 0. Determina además su fórmula real si sabes que su masa molecular es 238. es un compuesto diferente con su propia fórmula molecular.10 Compuestos de la fórmula empírica CH2O En cada uno de estos compuestos.9% y O = 53.7 La fórmula empírica es: y su fórmula real Na2SO4 (Na2SO4)n El conjunto de átomos r epresentado por la fórmula Na2SO4 tiene una masa molecular de 142 y la masa molecular del compuesto es 142.9 =4 0. Ejercicios Encuentra la fórmula empírica (simple) de un compuesto que tiene la siguiente composición porcentual: Na = 19. S = 26.3%.indd 228 4/20/12 2:39:37 PM .7 O: 2. Como una molécula de cada compuesto tiene diferente número de cada átomo. 06-RECIO_QUIMICA_INORG.4 =2 0.8%. Entonces (142)n = 142 142 n= 142 n=1 (Na2SO4)n = (Na2SO4)1 = Na2SO4 Figura 6.7 S: 0. 2 Cálculos estequiométricos Constituyentes g × 100 de la muestra at-g at-g en la muestra 229 229 Relación Sodio Azufre Oxígeno Fórmula empírica: ______________________________________________________ Masa molecular en este conjunto: __________________________________________ Masa molecular de la muestra: 238 _________________________________________ Relación entre las masas (n): ______________________________________________ Fórmula real: __________________________________________________________ La unidad de masa que se ha utilizado es el gramo. la fórmula indica la masa molecular. La representación de esta reacción sería: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O De manera cualitativa esta ecuación nos muestra que reacciona el metano con el oxígeno para producir dióxido de carbono y agua. ya sea empírica o molecular) y por at-g la masa atómica expresada en gramos. H H O H C H O + O O C O Metano O Oxígeno O + H H H Dióxido de carbono O Agua H Figura 6. Relaciones ponderales Una ecuación química balanceada nos proporciona suficiente información para realizar cálculos estequiométricos referidos a las sustancias que intervienen en ella. Además. pero cuantitativamente.11 Reacción del metano con el oxígeno. durante la combustión del metano se produce dióxido de carbono y agua.6. por lo cual se deduce que: 16 u + 2(32) u → 44 u + 2(18) u 16 u de CH4 + 64 u de O2 → 44 u de CO2 + 36 u de H2O 06-RECIO_QUIMICA_INORG. Por ejemplo. en estequiometría nos indica que 1 molécula de metano se combina con 2 moléculas de oxígeno para producir 1 molécula de dióxido de carbono y 2 de agua. se entiende por mol la masa molecular expresada en gramos (obtenida de la fórmula que representa a determinado compuesto. y esto es lo importante.indd 229 4/20/12 2:39:37 PM . a niv molar se tiene que 1 mol de metano + 2 moles de oxígeno → 1 mol de dióxido de carbono + el 2 moles de agua lo que expresado en gramos es: 16 g de CH4 + 64 g de O2 → 44 g de CO2 + 36 g de H2O 16 g + 64 g → 44 g + 36 g Aquí podemos plantear un problema. en primer lugar se escribe la ecuación balanceada que representa a la reacción indicada en el problema. el planteamiento se puede hacer de manera directa. se escribe la masa en moles o gramos que indican. NaOH) cuando r eaccionan totalmente 0. (Es obvio que con la práctica.indd 230 (2) 0. ¿Cuántas moles de metano (CH4) reaccionando con el suficiente oxígeno (O2) se necesitan para obtener 4 moles de agua (H2O)? La ecuación nos indica que con 1 mol de metano (CH 4) se obtienen 2 de agua (H2O) por lo que se establece la relación 1 mol CH4 _____________ 2 moles H2O x moles CH4 _____________ 4 moles H2O x= 1 mol CH4 × 4 moles H2 O 2 moles H2 O x = 2 moles CH4 Para resolver problemas de este tipo.45 mol de cal apagada (hidr óxido de calcio. Después se identifican las sustancias en la ecuación y se escriben en la parte superior de sus fórmulas los datos que se han obtenido al leer el pr oblema. con carbonato de sodio (Na2CO3): Ecuación 06-RECIO_QUIMICA_INORG.) Problemas resueltos Mol-mol Vamos a calcular la cantidad en moles que se obtienen de sosa cáustica (hidróxido de sodio. De la disposición de tales datos en la ecuación se establece la r elación y se hacen las operaciones correspondientes. En seguida se lee con atención el problema para saber qué se pregunta y cuáles son los datos que se proporcionan.230 Unidad 6 Estequiometría Como en la práctica es imposible trabajar con moléculas individuales.45 mol Na2CO3 + Ca(OH)2 1 mol (3) → (1) x 2NaOH + CaCO3 2 moles (4) 4/20/12 2:39:38 PM . se obtiene el resultado. En seguida. en la parte inferior de estas mismas fórmulas. Ca(OH)2. se escribe 0.9 g 06-RECIO_QUIMICA_INORG.45 moles _____________ x 1 mol _____________ 2 moles 0...9 mol x= Por tanto. con carbonato de sodio (Na2CO3)”. cuando r eaccionan totalmente 0. 0. Se plantea 3. Aquí encontramos un dato.9 g (4) “¿Cuántos gramos de nitruro de magnesio (Mg3N2) [. (2)]” NH3 2 moles (3) Mg: N: Mg3N2 100. Ca(OH)2]…”. por eso no se le considera para resolver el problema.2 moles 2NH3 + 3Mg 2 moles (3) → (1) xg Mg3N2 + 3H2 100. el resultado es que se obtienen 0.45 mol sobre la fórmula Ca(OH)2 (2). Del carbonato de sodio no se pr egunta ni se proporciona ningún dato. Mol-masa ¿Cuántos gramos de nitruro de magnesio (Mg3N2) se obtienen cuando reaccionan 3.”..45 mol × 2 moles 1 mol x = 0.2 moles _____________ x g 2 moles _____________ 100..45 mol de cal apagada [hidr óxido de calcio.. En seguida se obtienen y se escriben las moles que indican las fórmulas de las sustancias identificadas..2 Cálculos estequiométricos 231 231 Leamos detenidamente el problema.9 g Las unidades empleadas para las sustancias deben ser congruentes.9 14 × 2 = 28 100.2 moles de amoniaco (NH3) con el suficiente magnesio (Mg)? Ecuación (2) 3....3 × 3 = 72.2 moles de amoniaco (NH3)[.indd 231 4/20/12 2:39:38 PM . NaOH). calcular la cantidad en moles que se obtienen de sosa cáustica (hidr óxido de sodio. Aquí está la pregunta: se escribe x sobre la fórmula NaOH de la ecuación (1).9 g (4) 24. “.6. “.9 mol de NaOH. en la parte inferior de las mismas: Na2CO3 + Ca(OH)2 → 2NaOH + CaCO3 1 mol 2 moles (3) (4) Se plantea el problema. Continuamos la lectura: “...(1)] se obtienen cuando reaccionan 3.. 232 Unidad 6 Estequiometría 3.2 moles ×100.9 g 2 moles x = 161.44 g x= Se obtienen 161.44 g de Mg3N2. Masa-mol ¿Cuántas moles de ácido clorhídrico (HCl) en r eacción total con dió xido de manganeso (MnO2) se necesitan para obtener 10 g de cloruro de manganeso (MnCl2)? Ecuación (1) x moles 4HCl + MnO2 4 moles (3) → (2) 10 g MnCl2 + Cl2 + 2H2O 125.9 g (4) “¿Cuántas moles de ácido clorhídrico (HCl)...” (1) “... reaccionando totalmente con dióxido de manganeso (MnO2) se necesitan para obtener 10 g de cloruro de manganeso (MnCl2)?” (2) HCl 4 moles (3) Mn: Cl: MnCl2 125.9 g (4) 54.9 × 1 = 54.9 35.5 × 2 = 71.0 125.9 g (4) Se plantea x moles _____________ 10 g 4 moles _____________ 125.9 g Figura 6.12 Método del mol Primero se convierte la cantidad de reactivo (en gramos u otras unidades) a número de moles. Luego se utiliza la razón proporcional de moles en la ecuación ajustada para calcular el número de moles de producto formado. Finalmente, se convierten los moles de producto en gramos de producto. x= 4 moles × 10 g 125.9 g Se necesitan 0.31 mol de HCl. Masa de reactivo → Moles de reactivo → Moles de producto → Masa de producto Masa-masa Se requiere neutralizar 50 g de ácido sulfúrico (H 2SO4). ¿Cuántos gramos de hidróxido de sodio (NaOH) se deben emplear? Ecuación (1) 50 g H2SO4 + 2NaOH 98 g (3) 06-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 232 → (2) x Na2SO4 + 2H2O 80 g (4) 4/20/12 2:39:38 PM 6.2 Cálculos estequiométricos 233 233 “Se requiere neutralizar 50 g de ácido sulfúrico (H2SO4)...” (1) “¿Cuántos gramos de hidróxido de sodio (NaOH)…” (2) H2SO4 1 mol Se plantea NaOH 2 moles H: 1 × 2 = 2 S: 32 × 1 = 32 O: 16 × 4 = 64 98 g (3) Na: 23 × 1 = 23 O: 16 × 1 = 16 H: 1 × 1 = 1 2(40) g (4) 50 g _____________ x 98 g _____________ 80 g x= 50 g × 80 g 98 g x = 40.8 g Se necesitan 40.8 g de NaOH. Ejercicios 1. Según la ecuación CaO + H2O → Ca(OH)2 ¿cuántos gramos de hidr óxido de calcio, Ca(OH) 2, se obtienen al r eaccionar 500 g de óxido de calcio (CaO)? Resultado: _________________________________________________________ 2. En la siguiente ecuación Mg + CuSO4 → MgSO4 + Cu ¿cuántos gramos de magnesio, Mg, reaccionando totalmente con sulfato de cobre II son necesarios para obtener 2.5 moles de cobre, Cu? Resultado: _________________________________________________________ 3. Se necesitan 100 g de hierro (Fe). ¿Cuántas moles de óxido de hierro III (Fe2O3) deben reducirse con monóxido de carbono (CO)? Ecuación Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 Resultado: _________________________________________________________ 4. ¿Cuántos gramos de dióxido de carbono (CO2) se producen al reaccionar 50 g de carbonato de sodio (Na2CO3) con suficiente ácido clorhídrico (HCl)? Ecuación Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + CO2 + H2O Resultado: _________________________________________________________ 06-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 233 4/20/12 2:39:38 PM 234 Unidad 6 Estequiometría Relaciones volumétricas Con los elementos vistos anteriormente, podemos r ealizar cálculos a partir de reacciones que impliquen masas y v olúmenes, bajo condiciones NPT. Es indispensable usar unidades congruentes en las sustancias consideradas: gramos con gramos, litros con litros, moles con moles, etcétera. Problemas resueltos Masa-volumen ¿Cuántos litros de dióxido de carbono (CO2) se obtienen cuando se descomponen totalmente 20 g de carbonato de calcio (CaCO3)? (2) 20 g CaCO3 100 g (3) → (1) xL CaO + CO2 22.4 L (4) “¿Cuántos litros de dióxido de carbono (CO 2)···” (1), “se obtienen cuando se descomponen totalmente 20 g de carbonato de calcio (CaCO3)?” (2) Moles de CaCO3 (en gramos): Ca: 40 × 1 = 40 C: 12 × 1 = 12 O: 16 × 3 = 48 100 g (3) Moles de CO2 (en litros): 22.4 L (4) Se plantea: 20 g ______________ x L 100 g ______________ 22.4 L x= 20 g × 22.4 L 100 g x = 4.48 L Con 20 g de CaCO3 se obtienen 4.48 L de CO2. Volumen-masa “¿Cuántos gramos de clorato de potasio (KClO3) se necesitan para obtener 10 L de oxígeno (O2)?” Ecuación: (1) xg 2KClO3 245 g (3) 06-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 234 → (2) 10 L 2KCl + 3O2 67.2 L (4) 4/20/12 2:39:38 PM 6.2 Cálculos estequiométricos 235 235 “¿Cuántos gramos de clorato de potasio (K ClO3) ...” (1), “... se necesitan para obtener 10 L de oxígeno (O2)?” (2) Moles de KClO3 (en gramos): K: 39 × 1 = 39 Cl: 35.5 × 1 = 35.5 O: 16 × 3 = 48 122.5 g × 2 = 245 g (2 moles) (3) Moles de O2 (en litros): 22.4 L × 3 67.2 L (4) Se plantea: x g _______________ 10 L 245 g ________________ 67.2 L x= 245 g × 67.2 L 67.2 L x = 36.4 g Para obtener 10 L de O2 se necesitan 36.4 g de KClO3. Volumen-volumen Ahora calculemos el volumen, en litros, de oxígeno (O2) que reacciona totalmente con bisulfuro de carbono (CS 2), que es necesario para obtener 50 L de dió xido de azufre (SO2) en condiciones npt : Ecuación: (1) xL CS2 + 3O2 3(22.4) = 67.2 L (3) → (2) 50 L CO2 + 2SO2 2(22.4) = 44.8 L (4) “Calcular el volumen de oxígeno (O2) en litros...” (1), “... que reaccionando totalmente con disulfuro de carbono (CS2), se necesita para obtener 50 L de dióxido de azufre (SO2) en condiciones npt ”. (2) Se plantea: x _____________ 50 L 67.2 L _____________ 44.8 L x= 67.2 L × 50 L 44.8 g x = 75 L Se necesitan 75 L de O2. Reactivo limitante y en exceso En los pr oblemas vistos con anterioridad se emplean expr esiones como “reacción total”, “con el suficiente...”, esto significa que la sustancia a que nos r eferimos reacciona totalmente y r ecibe el nombr e de reactivo limitante. En otras palabras, un reactivo limitante se consume por completo en una reacción, mientras que el reactivo en exceso es el que se encuentra en mayor proporción estequiométrica, o como su nombre lo indica, está en exceso. 06-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 235 4/20/12 2:39:38 PM 236 Unidad 6 Estequiometría Hagamos el siguiente ejercicio: ¿Cuántos gramos de óxido de magnesio (MgO) se obtienen cuando reaccionan 10 g de magnesio (Mg) con 20 g de oxígeno (O2)? Ecuación: 2Mg + O2 → 2MgO De acuerdo con la ecuación, 2 moles de magnesio (Mg): 24.3 × 2 = 48.6 g reaccionan con una mol de oxígeno (O2): Luego, Antes del inicio de la reacción 16 × 2 = 32 g 48.6 g Mg _____________ 32 g O2 10 g Mg _____________ x g O2 10 g Mg × 32 g O2 x= 48.6 g Mg x = 6.5 g O2 Es decir, los 10 g de Mg r eaccionan con 6.5 g de O 2; por lo tanto, el reactivo limitante es el Mg, mientras que el r eactivo en exceso es el O 2. Al sumar estas dos cantidades (10 g + 6.5 g) se determina que se obtienen 16.5 g de MgO. Después que se completó la reacción NO O2 NO2 Figura 6.14 Al comienzo de la reacción son 8 moléculas de NO y 7 moléculas de O2. Al final, todas las moléculas de NO han desaparecido, y sólo quedan 3 moléculas de O2. Por tanto, el NO es el reactivo limitante y el oxígeno está en exceso. Cada molécula puede ser tratada como si fuera 1 mol de sustancia en la reacción. 06-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 236 Figura 6.13 Una mezcla de 5 moléculas de CH4 y 3 moléculas de H2O experimentan la reacción CH4(g) + H2O(g) → 3H2(g) + CO(g). Observa que las moléculas de H2O se consumen primero y quedan 2 moléculas de CH4 sin reaccionar. 4/20/12 2:39:38 PM por ejemplo. en química industrial es muy importante conocer el porcentaje de rendimiento que se obtiene. se necesitan para obtener 10 L de hidrógeno (H2)? Ecuación H2SO4 + Zn → ZnSO4 + H2 Resultado: _________________________________________________________ 2.indd 237 4/20/12 2:39:39 PM .2 Cálculos estequiométricos 237 237 Porcentaje de rendimiento En los problemas hasta aquí vistos. Sin embargo. la producción teórica de C2H4O 180g × 100 = 0.4%. la r eacción puede ser r eversible.5 Porcentaje de rendimiento: 95. Son varios los factores que intervienen para que esto suceda. como se indica a continuación: Porcentaje de rendimiento = Producción real ×100 Producción teórica A continuación te presentamos un ejemplo: Se ha encontrado que al r eaccionar 120 g de eteno (C 2H4) con el suficiente o xígeno se obtienen 180 g de ó xido de etileno (C 2H4O). en realidad. ¿Cuántos litros de amoniaco (NH 3) se obtienen cuando r eaccionan 20 g de nitr ógeno (N2) con suficiente hidrógeno (H2)? Ecuación 3H2 + N2 → 2NH3 Resultado: _________________________________________________________ 06-RECIO_QUIMICA_INORG. La producción teórica del C 2H4O se obtiene en la forma acostumbrada: Ecuación: 120 g xg 2C2H4 + O2 → 2C2H4O 2(44) = 88 g 2(28) = 56 g 120 g ___________ x 56 g ____________ 88 g x= 120 g × 88 g 56 g 56g x = 188.6.954 × 100 % de rendimiento: 180. etcétera. ¿Cuántos gramos de ácido sulfúrico (H 2SO4). Estos 180 g r epresentan la producción real. Ejercicios Resuelve los siguientes problemas 1. es menor que el calculado a partir de las relaciones estequiométricas. en reacción con zinc (Zn). algunos reactivos no reaccionan totalmente. los cálculos son teóricos y el pr oducto.5 g. Pero el metanol presenta también algunos inconvenientes. en el proceso de combustión. ed. Otra desventaja del metanol es su alta afinidad por el agua que provoca condensaciones de la atmósfera. de manera que el monto neto es aproximadamente igual para ambos combustibles. 257. p. La idea de usar el metano como combustible automotriz no es una idea nueva. H2O2) se necesita descomponer para obtener 4 L de oxígeno (O2)? Ecuación 2H2O2 → 2H2O + O2 Resultado: _________________________________________________________ Lectura El alcohol metílico: ¿combustible con futuro? Recientes estudios revelan la posibilidad de que el alcohol metílico. también provoca la formación de dióxido de nitrógeno mediante la reacción CO(g) + O2(g) + NO(g) – + CO2(g) + NO2(g) El dióxido de nitrógeno es un gas café que permite la formación de ozono y lluvia ácida. 06-RECIO_QUIMICA_INORG. Uno de ellos es el bajo rendimiento por kilómetros recorridos. el metanol produce menos monóxido de carbono (CO) en el escape. 5a. Debido a que el acceso a esta sustancia es limitado. 4/20/12 2:39:39 PM . Fundamentos de química. 2007. Estos vehículos pronto se probarán a gran escala en el estado de California. En comparación con la gasolina.indd 238 Además. México. incluso a la alta velocidad a la que estos motores funcionan. conocido como metanol. Como sabemos. por lo que libera mínimas cantidades de contaminantes a la atmósfera. El problema más grave del metanol es su tendencia a formar formaldehído. ¿Qué volumen de oxígeno (O2) se necesita para la combustión completa de 10 g de bisulfuro de carbono (CS2)? Ecuación CS2 + 3O2 → CO2 + 2SO2 Resultado: _________________________________________________________ 4. en una determinada distancia. en la actualidad se están preparando automóviles en Estados Unidos que puedan funcionar tanto con metanol como con gasolina. con lo cual disminuiría la emisión de contaminantes a la atmósfera.238 Unidad 6 Estequiometría 3. Adaptado de Steven Zumdahl. En algunas competencias de autos de carreras los coches sólo deben usar alcohol metílico. Los investigadores trabajan en los convertidores catalíticos para los sistemas de escape.. el monóxido de carbono no sólo es tóxico. Se cree que el formaldehído es cancerígeno (sustancia que provoca cáncer). se consumiría el doble de litros de metanol que de gasolina. y por lo mismo el tanque del automóvil debe ser del doble de tamaño. con el fin de ayudar a descomponer el formaldehído. sería un buen sustituto de la gasolina. HCHO. que da lugar a contaminación más grave. ¿Cuántos gramos de peróxido de hidrógeno (agua oxigenada. Es muy probable que en pocos años tu coche usará metanol en lugar de gasolina. a diferencia de la gasolina. las cuales permiten aumente la corrosión tanto en el tanque como en las líneas de combustible. También provoca la formación de ozono en la atmósfera. el costo promedio del metanol es equivalente a la mitad del precio de la gasolina. porque tiene características antigolpe. Una de las ventajas del metanol es que reacciona casi en su totalidad con el oxígeno en el motor del automóvil. McGraw-Hill Interamericana Editores. Lleva este nombre en honor a Evangelista Torricelli (1608-1647). todas las lecturas son positivas.? La unidad de presión torr equivale a la presión que ejerce una columna de Hg de 1 mm de altura.6.indd 239 Ley general del estado gaseoso ¿Sabías que. La escala absoluta se inicia en 0 K y no tiene temperaturas negativas. Esto es debido a que teóricamente muchos gases ocuparían un v olumen de 0 a –273 °C o 0 K.? Debido a que la escala Kelvin mide temperaturas sobre el cero absoluto. temperatura 273 K y presión 760 torr normales. por el que pasó a la posteridad. K = °C + 273. Ley de Boyle A temperatura constante. la escala Kelvin se llama escala de temperatura absoluta. La temperatura normal corresponde a la absoluta (Kelvin) a 273. en la escala Kelvin se llaman kelvins (K) sin especificar grados.... A estas condiciones se les llama normales pero no comunes. Al emplear las ley es de los gases siempr e se dan temperaturas absolutas.3 Normalización de volúmenes Mapa conceptual 6. ¿Sabías que. quien realizó el descubrimiento del principio del barómetro. K V1 = P1 (K = constante de proporcionalidad) K depende de la masa y la temperatura y si éstas no varían entonces 06-RECIO_QUIMICA_INORG.. por ejemplo. es decir. y como en la Celsius las divisiones se llaman grados (°C). Por ello. A continuación veremos cómo puede ajustarse el v olumen de un gas medido en condiciones no normales al volumen que ocuparía en condiciones npt .3 Normalización de volúmenes que es Ajustar el volumen de un gas en Condiciones normales de presión y temperaturas es decir Presión de 760 torr temperatura de 273 K de acuerdo con la Ley de Boyle Ley de Charles Ley de Gay-Lussac Ley de los gases perfectos En las r elaciones volumétricas anteriores se han considerado condiciones npt . 4/20/12 2:39:40 PM . ya que en la realidad se dan condiciones diferentes. el v olumen ocupado por un gas es inv ersamente proporcional a la presión. físico y matemático italiano.3 Normalización de volúmenes 239 239 6. medir el volumen de un gas en el laboratorio implica que la presión sea de 740 torr y la temperatura de 18 °C. 16 Aparato para estudiar la relación entre la presión y el volumen de un gas En a) la presión del gas es igual a la presión atmosférica. retener. y el volumen del gas disminuye. La temperatura del gas se mantiene constante.indd 240 273 K 546 K 4/20/12 2:39:40 PM .240 Unidad 6 Estequiometría V = 2V1 P V Figura 6. la presión adicional ejercida sobre el gas se nota por la diferencia entre los niveles de mercurio (h mmHg). el volumen de un gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta que soporta. A presión constante.15 Ley de Boyle. h h Gas h a) d) c) b) Ley de Charles La palabra y su raíz presión (Latín) pressum apretar. 2 = condiciones finales) Figura 6. como predice la ley de Boyle. P= 1 P 2 1 V2 = de donde P = 2P1 1 V 2 1 V= K P2 P1V1 = P2V2 (1 = condiciones iniciales. V1 = KT1 Volumen V1 =K T1 Temperatura 0 K 06-RECIO_QUIMICA_INORG. Acción o efecto de apretar o comprimir. La presión ejercida sobre el gas aumenta desde a) hasta d) a medida que se agrega mercurio. entonces P2 = KT2 por lo tanto P1 P == 2 T1 T2 De la combinación de las ecuaciones tendremos: P1V1 P2V2 = T1 T2 a la que se le conoce como ecuación o ley de los gases perfectos. pero la presión interior no aumenta más allá de la presión inicial porque el globo se expande. 06-RECIO_QUIMICA_INORG. Cuando el globo se enfría. Las partículas ejercen mayor fuerza sobre el globo. la temperatura del aire en su interior aumenta. El globo se contrae y la presión del aire del globo se mantiene en equilibrio con la presión atmosférica.indd 241 4/20/12 2:39:41 PM . si ocupa 20 L a 750 torr. A volumen constante.6. Éstas se mueven más lento y chocan con el globo con menos frecuencia y menos fuerza. K no varía. así como la energía cinética promedio de las partículas de aire.17 Modelo de la ley de Charles Cuando un globo es calentado. 1. y por lo tanto V1 V = 2 T1 T2 ura t era Dis mi p nto de tem nu ció nd e te mp me Au era tur a Ley de Gay-Lussac Figura 6. Problemas resueltos Resolvamos los siguientes problemas aplicando las leyes de los gases. P1 = KT1 Como la masa y el volumen no varían. entonces V2 =K T2 241 241 Investiga Qué pasaría con los fluidos de tu cuerpo si la presión que ejerce la naturaleza desapareciera. la presión de una masa gaseosa es directamente proporcional a la temperatura que soporta. disminuye la temperatura del aire del globo y también la energía cinética de las partículas de aire.3 Normalización de volúmenes Si la masa y la presión no varían. Considérese la temperatura constante para calcular el volumen que ocuparía una masa de oxígeno a presión normal. Ecuación P1 P2 = T1 T2 P2 = P2 = P1T2 T1 2. ¿Cuál será su volumen a temperatura normal? La ley de Charles considera la presión constante. cuyo volumen no varía. La ley de Gay-Lussac considera el volumen constante. Un depósito. cier ta cantidad de nitr ógeno (N2) ocupa un v olumen de 8 L a 20 °C. contiene acetileno (C2H2) y a 15 °C su presión es de 2.4 L (20 + 273) K 293 K = 7.7 L 2.indd 242 4/20/12 2:39:42 PM . Ecuación: V1 V2 = = V1 T2 V2 = = V1T2 T1 V2 = = 8 L × 273 K 8 L × 273 K = = = 7.7 atm 4. ¿Cuál será su volumen a 35 °C y a una presión de 1. Ecuación: P1V1 = P2V2 P1V1 V2 = P2 V2 = 750 torr × 2 L 760 torr V2 = 19.4 L V2 = 3.5 atm? Si empleamos la ley general de los gases.5 atm. A presión constante.242 Unidad 6 Estequiometría La temperatura constante es considerada en la ley de Boyle.5 atm (40 + 273) K (15 + 273) K P2 = 2. Ecuación P1 P1 PV = 2 2 T2 T1 06-RECIO_QUIMICA_INORG. Calculemos la pr esión que ejerce este gas cuando la temperatura se elev a a 40 °C. Se tienen 30 L de hidrógeno a 25 °C y una presión de 800 torr. el volumen es directamente proporcional a la masa. P1V1 P2V2 = T1 T2 considerando que.4 L 273 K ×1 mol R= = 0. si 3 kg de un gas ocupan un volumen de 5 L.6. o sea 10 L.7 L Ya se ha indicado que en estos pr oblemas la temperatura debe expresarse en kelvins y en el caso de la presión deben usarse unidades congruentes. Por ello PV = nR T o PV = nRT Esta ecuación es otra forma de la ley general de los gases perfectos. de donde se obtiene la expresión P1V1 = MK T1 donde M es la masa en gramos y K la constante de proporcionalidad. por eso se convirtieron atm a torr.indd 243 (L)(atm) = 0. Se sustituye R= PV Tn R= 1 atm × 22.3 Normalización de volúmenes 243 243 De donde V2 = P1V1T2 P2T1 V2 = 800 torr × 30 L × (35 + 273) K 1. si la presión y la temperatura no varían.082(L)(atm)(K −1 )(mol −1 ) = (K)(mol) 4/20/12 2:39:42 PM . Se puede tener otra expresión para la ley general del estado gaseoso.5 × 760 torr × 298 K V2 = 7 392 000 L 339 720 V2 = 21. Pero la masa (M) en este tipo de problemas conviene expresarla en moles (n) por lo que la masa del gas en gramos se divide entre su masa molecular.082 06-RECIO_QUIMICA_INORG. donde: n = Números de moles. 6 kg ocuparán el doble de volumen. v R = Constante cuyo valor se calcula si se sabe que 1 mol gramo ocupa un olumen de 22. Por ejemplo.4 L a 273 K y una atmósfera de presión. Los gases que se compor tan como estas ecuaciones r eciben el nombre de gases perfectos o ideales. Ejercicios Resuelve. el volumen en L. Cuando las condiciones son extremas (temperaturas de 1 000 K o tan bajas que se acerquen al punto de licuefacción de los gases). Revisa bien los siguientes ejemplos. la temperatura en K y la masa en moles. ¿Qué volumen ocupa 5 kg de O2 a 15 atm de presión y 20 °C de temperatura? Ecuación PV = nRT V= nRT P El número de moles del O2 se obtiene dividiendo 5 000 g entre la masa molecular que es de 32. n= 5000 = 156.082 L atm K −1mol −1 × 293 K 15atm V = 250. se dice que esas condiciones no son válidas.244 Unidad 6 Estequiometría El valor de R obtenido es válido cuando la presión se da en atm. Se tienen 4 L de helio (He) en un globo a una temperatura de 30 °C. los siguientes problemas. Un gas ocupa un v olumen de 50.indd 244 4/20/12 2:39:42 PM . O2.8 cm 3 a una pr esión de 792 torr a la temperatura de 25 °C.25 moles 32 La temperatura en K será: 20 + 273 = 293 K Luego V= 156. N2.25 mol × 0. 1. etcétera. __________________________________________________________________ 06-RECIO_QUIMICA_INORG. de acuerdo con la ley general de los gases. a presiones y temperaturas moderadas sufren cambios de volumen al variar estas condiciones.27 L Ley general de los gases Los gases más comunes. por ejemplo H2. calcula el volumen que ocupará a 700 torr si la temperatura se mantiene a 25 °C. mismas que se pueden expresar con ecuaciones simples. ¿cuál será su volumen si la temperatura desciende a 20 °C y la presión permanece constante? __________________________________________________________________ 2. 8 atm.6. Ve el cuadro de la siguiente página. el dió xido de carbono y el vapor de agua. el esmog y la lluvia ácida Contaminantes secundarios como Óxidos de C. __________________________________________________________________ 6. 06-RECIO_QUIMICA_INORG. el o xígeno. Calcular el volumen que ocuparían en condiciones normales.4 Contaminación del aire Mapa conceptual 6. la inversión térmica.4 Contaminación del aire se origina En forma natural Por actividades humanas que producen Contaminantes primarios relacionados con que originan La destrucción de la capa de ozono. el clima y la temperatura.indd 245 4/20/12 2:39:43 PM . Calcula la presión que ejercerían 50 g de N 2 contenidos en un r ecipiente de 10 L a una temperatura de 27 °C. Su composición depende de la altitud. ¿Que presión ejercerá a 35 °C si el volumen permanece invariable? __________________________________________________________________ 4. S y N. El efecto invernadero y el calentamiento global de la Tierra. Componentes más importantes del aire Los componentes principales del air e son el nitr ógeno. Una masa de gas a 9 °C ejer ce una presión de 0. 4 dm3 de H2 a 16 °C ejercen una presión de 2 atm.4 Contaminación del aire 245 245 3. __________________________________________________________________ 5. hidrocarburos y partículas suspendidas como Ozono y algunos compuestos orgánicos Se llama aire a la mezcla de gases que se encuentran en la atmósfera. entre otros factores. lagos y mares. en la unidad 1. como las erupciones volcánicas.0002 N 2O 0. metales. 06-RECIO_QUIMICA_INORG. se pr oduce por las combustiones y la descomposición de las sustancias orgánicas. al efecto invernadero contribuyen también otros gases producidos por actividades del hombr e como metano (CH 4). asbesto. su concentración en la atmósfera puede aumentar volviéndola más caliente.000524 Kr 0. y otra parte la fija el suelo formando carbonatos.0001 Cuadro 6.934 CO2 0. la nieve.00005 O3 0-0.indd 246 4/20/12 2:39:43 PM .000002 I2 0-0.001818 He 0. en forma de ó xidos y amoniaco. Dióxido de carbono De forma natural. también. forma la lluvia.) Los contaminantes secundarios son el r esultado de reacciones en las que par ticipan los contaminantes primarios.000114 Xe 0.000007 Se denominan contaminantes primarios a aquellas sustancias que se emiten directamente a la atmósfera como r esultado de un proceso natural.0314 Ne 0. con resultados muy peligrosos. clorofluorocarbonos (CFCS) y monóxido de dinitrógeno (N2O). los incendios forestales. (Ver la lectura “La protección de la capa de ozono”.0000087 H2 0. pero bajo las condiciones de la atmósfera actual el calor resultante no puede escapar.9476 Ar 0. favorece las combustiones.000001 Primarios Secundarios Investiga ¿Por qué el doctor Mario Molina recibió el Premio Nobel de Química (1995)? Óxidos de carbono. Otra parte la aprovechan las plantas verdes en la fotosíntesis. pasa al suelo para después ser absorbido por las plantas. SO2 0-0. Nitrógeno Disminuye el poder oxidante del oxígeno al moderar las combustiones. PST Polvo. cenizas. o como resultado de la actividad humana. SOx SO2 y SO3 Partículas suspendidas. etcétera Aldehídos R–CH = O Cetonas R–CO–R Efecto invernadero y calentamiento global del planeta Aunque el dióxido de carbono es un componente normal del air e e indispensable para la fotosíntesis.084 O2 20. etcétera.1 Composición del aire seco al nivel del mar.00005 CH4 0. Sustancia Porcentaje en volumen N2 78. depositado en ex ceso en la atmósfera durante largos periodos puede causar un intenso efecto de invernadero que altera los factores que regulan la temperatura sobre la Tierra. hidrocarburos Ozono O3 Nitrato de peroxiacetilo PAN Acetilo CH3–C = O Acetileno HCCH Olefinas CnH2n. COx CO y CO2 Óxidos de nitrógeno.2 Contaminantes primarios y secundarios de la atmósfera NO2 0-0. el granizo y la escarcha y participa en el proceso de la fotosíntesis de las plantas. CH2 = CH2. partículas biogénicas. El dióxido de carbono es un producto de la combustión.246 Unidad 6 Estequiometría Cuadro 6. además. NOx NO y NO2 Óxidos de azufre. Vapor de agua Es uno de los factores principales que determinan el clima. La energía solar pasa a través de la atmósfera como luz. Oxígeno Es indispensable para el proceso de la respiración en los organismos heterótrofos. P arte del CO 2 generado de esta forma se disuelve en el agua de ríos. Una inversión térmica ocurre también cuando choca un fr ente cálido con uno frío. fog niebla. Inversión térmica En condiciones normales la temperatura de la atmósfera disminuy e conforme aumenta la altura. Lluvia ácida El humo que se produce durante la combustión del carbón y el petróleo en las industrias contiene. se forma en zonas de gran actividad industrial por la combustión de petróleo y carbón. Esto sucede en ambientes limpios o contaminados. además de par tículas suspendidas. Ecosistemas Desplazamiento y migración de especies. es una mez cla de contaminantes primarios y secundarios.4 Contaminación del aire Efectos del calentamiento global Salud Cambio en la vida de organismos patógenos pr ovocando un aumento de su supervivencia. dió xido de azufr e. Esmog El esmog es una niebla o bruma peligrosa por las sustancias químicas y partículas suspendidas que contiene. Cultivos Baja productividad y cambios en la distribución de especies cultivadas. como su nombr e lo indica. La palabra y su raíz esmog El término proviene de smog. C uando estos contaminantes se exponen a la luz solar interactúan para producirlo. 247 247 ¿Sabías que. El esmog industrial contiene una mez cla de niebla con partículas de humo (cenizas y hollín). per o los efectos ambientales de la inversión térmica pueden ser muy peligrosos en zonas urbanas. El esmog fotoquímico se forma en las grandes ciudades con clima seco durante los días soleados. Al no haber movimiento vertical del aire los contaminantes continúan concentrándose. óxidos de azufre y nitrógeno. deser tización y decremento de la biodiversidad. Bosques Incremento de enfermedades en la flora y fauna e incendios forestales. Agua Mayor Precipitación y contaminación de reservas. ya que junto con la capa de aire atrapada queda una gran cantidad de contaminantes.? El calentamiento global del planeta es consecuencia del incremento de la temperatura promedio en la superficie de la Tierra debido al aumento de gases de invernadero. cuando la capa inferior de aire frío queda atrapada por una capa de aire caliente superior.6. Mayor probabilidad de propagación de algunas enfermedades. Disminución de agua utilizable debido a evaporación y desecación de suelos. Sin embargo. pequeñas gotas de ácido sulfúrico y . Dichos óxidos reaccionan con el agua del aire (vapor) y producen ácidos: 06-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 247 4/20/12 2:39:43 PM .. que es la contracción de las palabras inglesas smoke humo. Costas Elevación de la línea de costa e inundación de zonas habitables y de agricultura. estos óxidos también son producidos durante la combustión de gasolina en los automóviles. este fenómeno natural se llama inversión térmica. La masa de aire caliente y menos densa se desliza por encima de la masa fría y se produce una condición de estabilidad atmosférica.. afecta el cemento en los edificios. fomenta la acidez de algunos tipos de suelo. el siguiente cuadro te ayudará a interpretar la información que emiten las autoridades con respecto a los índices Imeca. etcétera. contamina ríos. lagos. de ahí el nombre de lluvia ácida. Monterrey y Guadalajara. Si vives en una ciudad con problemas de contaminación del aire. 4/20/12 2:39:44 PM .248 Unidad 6 Estequiometría SO2 + H2O SO3 + H2O 2NO2 + H2O CO2 + H2O H2SO3 H2SO4 HNO2 + HNO3 H2CO3 Condición normal Aire muy frío Aire frío Aire caliente Ácido sulfuroso Ácido sulfúrico Ácido nitroso y nítrico Ácido carbónico Inversión térmica Aire no contaminado frío Aire caliente inmóvil Aire contaminado frío (smog) Figura 6. Cuando llueve los ácidos son transportados al suelo disueltos en el agua. Índice Metropolitano de la Calidad del Aire (Imeca) Investiga Registra en una tabla el Imeca que reportan las autoridades sobre la contaminación ambiental de alguna ciudad del país con problemas de contaminación. 06-RECIO_QUIMICA_INORG. La lluvia ácida corroe los metales. mar es.18 Esquema de la inversión térmica. lo que ocasiona que no se puedan cultivar y den poco o ningún r endimiento. y cuál ha sido el índice más alto que se ha registrado. interfiriendo en el crecimiento y desarrollo de los peces.indd 248 En nuestro país las ciudades con graves problemas de contaminación son la Ciudad de México. Para medir la concentración de los contaminantes en estas zonas se emplea el Índice Metropolitano de la Calidad del Aire (Imeca) con una escala cuyos valores van de 0 a 500 Imeca. fungicidas. se trata de la contaminación de aguas por nitrato. detergentes. condiciones malas 301 a 500 Aparición de diversos síntomas e intolerancia al ejercicio en la población sana. los efectos de algunas prácticas agrícolas repercuten en el medio ambiente. su desarrollo industrial.4 Contaminación del aire 249 249 Cuadro 6. condiciones no satisfactorias 201 a 300 Intolerancia al ejercicio en personas sensibles y manifestación de ligeras molestias en población. alteran la salud del ser humano si son consumidas por éste. a un alto precio. lo mismo ocurre con el uso indiscriminado de fertilizantes y plaguicidas usados en la agricultura. Las aguas con dosis de nitrato altas. están provocando concentraciones elevadas de nitratos en aguas superficiales y subterráneas. sobre todo en las zonas de cultivo. etcétera) y caseros (aguas negras. el hombre ha contribuido a alterar la pureza del agua. condiciones muy malas Mayores de 500 Peligro potencial para toda la población Lectura Contaminación del agua En los últimos tiempos. y su posterior arrastre por las aguas de lluvia o riego. Las aguas contaminadas ponen en peligro la vida. Son muy conocidos los efectos del empleo de muchos productos químicos para tratamientos fitosanitarios. Otro efecto es el alto crecimiento de la flora acuática que habita en aguas con elevadas cantidades de nitrato. causando enormes daños ecológicos. causando la muerte de los peces. etcétera). Los desechos industriales (pesticidas. Los excesos en el uso de abonos nitrogenados. tanto animal como vegetal.indd 249 En la actualidad hay un tipo de contaminación que está empezando a cobrar gran importancia. insecticidas.3 Escala de medición del Índice Metropolitano de la Calidad de Aire. etcétera) contribuyen a esta contaminación. 06-RECIO_QUIMICA_INORG. A medida que los años pasan. Este crecimiento se considera perjudicial.6. entre otros efectos. lagunas. con ello. aceites. 4/20/12 2:39:46 PM . productos químicos. con la consecuente desaparición del cuerpo de agua (lagos. Índice Calidad del aire 0 a 50 Condiciones favorables 51 a 100 Condiciones favorables o satisfactorias 101 a 200 Manifestación de molestias en personas sensibles. pagando. por desgracia. ya que las plantas se pudren y consumen el oxígeno. Mide y anota la longitud L de la columna de aire en milímetros para el Intento 1. y deja que el agua cubra más o menos 5 mm del tallo de la pipeta. Resuelve 1. 6. Aspira el agua con la pipeta. Usa un objeto metálico o de vidrio para aplastar la punta sobre la mesa. sabemos que existe una relación entre la presión y el volumen de un gas a temperatura constante.19 Robert Boyle Como consecuencia de los experimentos de Robert Boyle. En la siguiente práctica determina la relación entre el volumen y la presión de un gas a temperatura constante. ______________________________________ ______________________________________ añade algunas gotas de colorante vegetal y agita para mezclar. Vacía unos 20 mL de agua en el vaso de precipitados. Explica si el volumen V del aire en el tallo es directamente proporcional a la longitud L de la columna de aire. ______________________________________ ______________________________________ 2. 06-RECIO_QUIMICA_INORG. hasta que el bulbo esté completamente lleno. de manera que el agua y el aire queden sellados dentro de la pipeta. Al medir cantidades que se relacionan directamente con la presión y el volumen de una pequeña cantidad de aire atrapado. 5. Sostén la pipeta por el bulbo y aplícale pequeños golpes para que las gotas de agua que hayan quedado en el cuello bajen al líquido. 4/20/12 2:39:46 PM . Haz girar el perno una vuelta completa y anota el número del intento y el número total de vueltas. ¿Qué se puede deducir acerca de la presión P del aire de la columna y del número de vueltas V del tornillo de la abrazadera? 1. Mide y anota la longitud de la columna de aire. Debes obtener una columna cilíndrica de aire atrapado en el tallo de la pipeta. 2. Material • Micropipeta de plástico de tallo delgado • Prensa de tornillo de doble poste • Marcador de punta fina • Colorante vegetal • Cerillos • Regla • Tijeras • Vaso de precipitados pequeño • Agua Procedimiento En una tabla de datos como la que se muestra. 4. Corta con las tijeras la porción más plana del tallo de la pipeta.indd 250 Figura 6. anota este número de vueltas V en la columna Intento 1. Repite el paso 6 hasta que la columna de aire se reduzca a una longitud de 25 a 30 mm. puedes deducir la ley de Boyle. Calienta con cuidado la punta de la pipeta sobre la flama hasta que se ablande. 7. 3. Centra el bulbo en la prensa de tornillo y aprieta la abrazadera hasta que el bulbo se sostenga firmemente.250 Unidad 6 Estequiometría Manos a la obra Ley de Boyle Ya sabes que la ley de Boyle es la relación cuantitativa entre el volumen y la presión de un gas a temperatura constante. Marca el perno de la abrazadera con un marcador de punto fino y aprieta tres o cuatro vueltas más para que la longitud de la columna de aire sea de 50 a 55 mm. 217 volumen molecular gramo. L (mm) Valor numérico. Química. si L y V se relacionan inversamente. 247-248 masa molecular. 240 ley de Gay-Lussac. V Longitud de la columna de aire. 235 rendimiento. L / V Adaptada de John S. 211 proporciones múltiples. 2007. 210 fórmula real. ______________________________________ _____________________________________ _____________________________________ Datos de presión y longitud Número de intento Número de vueltas. 237 volumen molar. Conceptos y aplicaciones. 246 esmog. Explica si los datos indican que el volumen y la presión ______________________________________ del gas a temperatura constante están directa o inversamente relacionados. ¿Cómo se relaciona el segundo enunciado con la ley de Boyle? ______________________________________ ______________________________________ 4. dicha columna debe estar completamente al vacío. 215 mol. Para que una columna de mercurio de un barómetro ______________________________________ mida la presión atmosférica de 760 mm de Hg. 384-385. 244 lluvia ácida. 212 proporciones recíprocas. el producto LV dará valores casi constantes en cada intento. 247 ley de Avogadro. Calcula el producto LV y el cociente L / V para cada intento. 215 número de Avogadro. ¿Cuáles cálculos son más coherentes? Si L y V están directamente relacionados. 235 reactivo limitante. 247 estequiometría. Phillips. Usando la teoría cinética. 214 4/20/12 2:39:46 PM . ¿ L y V están relacionados directa o inversamente? Investiga 1. Pero aunque el vacío no sea completo. 251 251 2. Por otro lado. el cociente L / V dará valores casi constantes en cada intento.4 Contaminación del aire 3. 217 volúmenes de combinación. McGraw-Hill Interamericana Editores. 217 proporciones definidas. 213 reactivo en exceso.indd 251 ley de Charles. 239 y 250 06-RECIO_QUIMICA_INORG. pp. 215 ley de Boyle. Victor S.6. explica por qué una disminu- ______________________________________ ción en el volumen de un gas provoca un aumento en la presión del gas. LV Valor numérico. Palabras clave calentamiento global 247 contaminación. el barómetro aún puede medir correctamente los cambios de presión barométrica. Strozak y Cheryl Wistrom. 225 inversión térmica. 241 ley general de los gases. 247 efecto invernadero. México. ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ • Diferentes cantidades de un mismo elemento que se combina con una cantidad fija de otros elementos para formar distintos compuestos. la que se puede expresar en números enteros.indd 252 Ecuación: 3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 4H2O + 2NO • ¿Cuántas moles de ácido clorhídrico (HCl) se obtienen cuando reaccionan totalmente 300 g de ácido sulfúrico (H2SO4) con cloruro de sodio (NaCl)? ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ Ecuación: H2SO4 + 2NaCl → Na2SO4 + 2HCl 4/20/12 2:39:47 PM . • ¿Cuántos gramos de cobre (Cu). 2.252 Unidad 6 Estequiometría Lo que aprendí 1. • El análisis de los hidrocarburos. • • ¿A cuántos gramos equivalen 3.63% y H = 14. se hallan en relación sencilla. dio la siguiente composición porcentual: C = 85. Al final de cada enunciado escribe a qué ley se refiere. • A igualdad de volumen.3%. a y b. son necesarios para producir 10 g de monóxido de nitrógeno (NO)? ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ • A la misma temperatura y presión los volúmenes de los gases se combinan o se descomponen en proporciones de números enteros simples. en reacción con el suficiente ácido nítrico (HNO3).5 moles de H2SO4? ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ Los pesos de los elementos diferentes que se combinan con un mismo peso de un elemento dado. todos los gases tienen el mismo número de moléculas. Encuentra la fórmula empírica de estos compuestos y la fórmula real de cada uno si sabes que la masa molecular de a = 42 y de b = 56. son los pesos relativos de aquellos elementos cuando se combinan entre sí. o bien en múltiplos o submúltiplos de estos pesos. Efectúa los cálculos correspondientes para dar respuesta a las siguientes preguntas. presión y temperatura. ____________________________________ • ¿A cuántos gramos equivalen 20 L de CO2? ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ • Un compuesto siempre contiene dos o más elementos combinados en una proporción definida. ____________________________________ ____________________________________ 06-RECIO_QUIMICA_INORG. 275 moles de aluminio? ____________________________________ ____________________________________ Ecuación: Al + NaOH + H2O → NaAlO2 + H2 • ¿Cuántas moles de clorato de potasio pueden producirse a partir de 3. medidos en condiciones NPT. se necesitan para la combustión total de 70 g de metano (CH4)? ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ Ecuación: BaCl2 + Na2SO4 → BaSO4 → + 2NaCl • ¿Cuántas moles de cloruro de calcio se necesitan para preparar 7 g de fosfato de calcio? ____________________________________ ____________________________________ Ecuación: CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O ____________________________________ • ¿Cuántas moles de cada reactivo se necesitan para producir 15 g de óxido de hierro III (Fe2O3).indd 253 ____________________________________ Ecuación: NaCl + H2SO4 → NaHSO4 + HCl • Se emplean 500 g de disulfuro de carbono (CS2) para que al reaccionar con cloro (Cl2) se obtenga tetracloruro de carbono (CCl4). medidos a .Lo que aprendí • ¿Cuál es el número de moles de sulfato de bario que pueden prepararse a partir de 10 g de cloruro de bario? Ecuación: 3Cl2 + 6KOH → 5KCl + KClO3 + 3H2O ____________________________________ • ¿Cuántos litros de oxígeno (O2). de acuerdo con la siguiente reacción? ____________________________________ ____________________________________ Ecuación: 3CaCl2 + 2Na3PO4 → Ca3(PO4)2 + 6NaCl • ¿Cuántas moles de hidrógeno pueden formarse al reaccionar 2 moles de sodio con agua? ____________________________________ ____________________________________ Ecuación: 3Na + 2H2O → 2NaOH + H2 253 253 ____________________________________ Ecuación: 4Fe + 3O2 → 2Fe2O3 • ¿Cuál reactivo queda en exceso y cuánto sobra si se utilizan 2 moles de cloruro de sodio (NaCl) y 300 g de ácido sulfúrico (H2SO4) de acuerdo con la siguiente reacción? ____________________________________ ____________________________________ • ¿Cuántos litros de hidrógeno. Calcula el porcentaje de rendimiento si la cantidad obtenida de CCl4 es de 800 g. pueden producirse a partir de la reacción de 0.2 L de gas cloro a ? ____________________________________ ____________________________________ 06-RECIO_QUIMICA_INORG. ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ Ecuación: CS2 + 3Cl2 → CCl4 + S2Cl2 4/20/12 2:39:47 PM . ____________________________________ 3.5 L de oxígeno (O2) a 30 °C y a 800 torr de presión. ¿Cuál será el volumen del gas si la presión aumenta a 1 atm y la temperatura no varía? ____________________________________ ____________________________________ c) ¿Cuántos litros de hidrógeno se obtienen en condiciones NPT? ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ • ¿Qué volumen ocupan 2 moles de hidrógeno (H2) a 1 200 torr de presión y O °C de temperatura? 06-RECIO_QUIMICA_INORG.96 atm? ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ 4/20/12 2:39:47 PM . ¿Qué volumen ocupará a O °C si la presión permanece constante? a) ¿Cuál es el reactivo limitante? ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ • Cierto gas ocupa un volumen de 20 L a una presión de 700 torr y a una temperatura de 25 °C. Se emplean 20 g de monóxido de carbono (CO) y 20 g de agua (H2O) para producir hidrógeno (H2) de acuerdo con la siguiente reacción: CO + H2O → H2 + CO2 ____________________________________ • Una muestra de nitrógeno (N2) ocupa un volumen de 50 cm3 a 17 °C.254 Unidad 6 Estequiometría • Se tienen 8.indd 254 b) ¿Cuántos gramos quedan del reactivo en exceso? d) ¿Qué volumen ocupa el hidrógeno obtenido si la temperatura es de 22 °C y la presión de 0. Calcula el volumen que ocuparía este gas a 40 °C y 700 torr de presión. elemento: sustancia simple. caloría: cantidad de calor necesario para elevar 1°C la temperatura de un gramo de agua. dipolo: es una molécula polar. que es positivo. enlace covalente polar: enlace que hace que en el espacio del átomo más electronegativo haya una mayor densidad de cargas eléctricas negativas. energía: capacidad para efectuar un trabajo. con carga eléctrica negativa y que forma la envoltura del átomo. energía limpia: emergía que no produce contaminación del ambiente. base fuerte: compuesto que cuando se disuelve en agua todas sus unidades (moh) se disocian completamente en iones metálicos y iones hidróxido. Al cuanto de energía luminosa se le denomina fotón. por tanto. el uso de aparatos o de las matemáticas y que conducen a la verdad relativa. únicamente acelera o retarda la velocidad de la reacción. catión: ión positivo. es decir. enlace covalente no polar: enlace que se forma entre átomos donde las cargas eléctricas negativas se encuentran distribuidas en forma simétrica. ciencia: conjunto sistematizado de conocimientos ordenados lógicamente. distribución de los electrones en subniveles y orbitales. enlace covalente coordinado: enlace que se forma cuando los átomos que se combinan comparten electrones. ecuación química: expresión que se emplea para representar las reacciones químicas en forma abreviada y simbólica. compuesto: sustancia homogénea que resulta de la unión química de dos o más elementos y. enlace covalente: enlace que se forma cuando los átomos que se combinan comparten electrones. Aufbau: proceso para desarrollar la estructura electrónica en los niveles energéticos de los átomos. dualidad: principio que establece que los electrones se comportan como partículas (masa) y ondas (energía). que se pueden comprobar mediante la experimentación. anión: ion negativo átomo: partícula más pequeña en que se puede dividir la materia mediante procedimientos químicos. fundido o disuelto en agua. catalizador: sustancia que está presente en la masa reaccionante pero que no sufre modificación alguna. cristal líquido: materia que al fundirse pierde su ácido fuerte: 07-RECIO_QUIMICA_INORG_FINALES. calor específico: cantidad de calor que se requiere para elevar 1°C la temperatura de un gramo de sustancia. compuestos ternarios: compuestos que están formados por tres elementos. formándose un polo negativo en contraste con el polo opuesto. electrón: partícula subatómica fundamental. cuanto: cantidad más pequeña de energía. electrolito: compuesto que conduce la corriente eléctrica. elemental.255 Glosario ácido que en solución acuosa todas sus moléculas se encuentran ionizadas.indd 255 organización rígida solamente en una o dos dimensiones. que se refieren a hechos relacionados entre sí. 4/20/12 2:47:15 PM . compuestos binarios: compuestos que están formados por dos elementos. configuración electrónica: estructura electrónica de los átomos. puede experimentar descomposición ulterior. que no puede descomponerse en otras más sencillas mediante procesos químicos ordinarios. tiene un polo positivo y otro negativo. pero el par necesario para formar el enlace es proporcionado por uno de ellos solamente. como la energía solar y la eólica producida por la fuerza de los vientos. compuestos cuaternarios: compuestos que están formados por cuatro elementos. incertidumbre: principio que establece que no es posible conocer al mismo tiempo la posición y la velocidad de un electrón. enlace químico: fuerzas que mantienen unidos a los átomos para formar moléculas. espín: giro o movimiento de rotación que el electrón efectúa sobre su propio eje. cada una de las cuales tienen propiedades diferentes. fórmula: representación de sustancias donde se muestra la composición atómica de sus moléculas. donde los átomos se encuentran unidos entre sí por una nube de electrones de valencia compartidos por todos los átomos del metal. fórmula condensada: fórmula donde se emplean subíndices que indican el número de átomos que forma la molécula sin señalar cómo están unidos. Son primarias aquellas donde un recurso natural se aprovecha directamente para producir energía. son secundarias las que se obtienen mediante la transformación de fuentes primarias a través de procesos físicos. fenómeno físico: cambio que sufre la materia sin alterar su estructura íntima. forma empírica: fórmula que refiere la proporción en números enteros de los átomos de cada elemento en un compuesto. dos o más partes que la forman. gas: estado de agregación donde la distancia entre las moléculas es muy grande y las fuerzas intermoleculares son despreciables. función química: propiedades que caracterizan a un grupo de compuestos. fórmula molecular: representa el número real de átomos de cada elemento en un compuesto. estequiometría: parte de la química que trata los cálculos de masa o volumen de las sustancias que intervienen en las reacciones químicas. fuentes de energía: pueden ser primarias y secundarias. grupo funcional: átomo o grupo de átomos que contienen algunas moléculas y que son responsables de su comportamiento químico.256 enlace que ocurre cuando hay una transferencia completa de electrones de un átomo a otro. homogénea: materia en la que no podemos distinguir en ella las partes que la forman. a simple vista o con la ayuda de una lupa o microscopio. ión: átomo con carga eléctrica debido a que ha perdido o ganado electrones. heterogénea: materia en la que se puede detectar fácilmente. químicos o nucleares. enlace metálico: enlace que ocurre entre los átomos de metales. hidrácidos: ácidos que se forman mediante la unión del hidrógeno con un no metal. grupos: columnas verticales en la tabla periódica que contienen elementos con propiedades similares. es decir. fenómeno químico: cambio que produce alteraciones en la estructura íntima de la materia y que ocurre cuando una o más sustancias se transforman en otra u otras diferentes. fisión: proceso de escisión (división) de un núcleo pesado en dos partículas aproximadamente iguales. no tiene forma ni volumen definidos. enlace iónico: 07-RECIO_QUIMICA_INORG_FINALES. entalpía: magnitud relacionada de manera estrecha con la energía interna de un sistema y se define como el incremento de entalpía de cualquier sistema que sufre un cambio a presión y temperatura constantes es igual al calor absorbido en el proceso. fórmula real: 4/20/12 2:47:16 PM .indd 256 puede ser la fórmula empírica o un múltiplo entero de ella. hidróxidos: compuestos que se caracterizan por contener en su molécula el grupo oxhidrilo o hidroxilo (OH) unido a un metal. sin que haya transformación de sustancias. hidruros: compuestos binarios que resultan de la combinación del hidrógeno con un metal o no metal. fusión: proceso opuesto a la fisión y consiste en fundir (unir) átomos ligeros para formar otro u otros de más peso. tiene masa y energía. las fuerzas de cohesión y repulsión se encuentran equilibradas. óxidos ácidos: compuestos binarios formados por un no metal y oxígeno. número de Avogadro: número de moléculas que existen en una mol de cualquier sustancia y es igual a 6. es la base del universo. átomos con el mismo número de protones.02 x 1023. ley periódica: la periodicidad en la variación de las propiedades químicas de los elementos es consecuencia y función del número atómico y de la configuración electrónica. la temperatura (T) y el número de moles (n) de un gas. número atómico: número de protones que hay en el núcleo del átomo y es igual al de electrones cuando el átomo es neutro. pero distinto número de neutrones. el volumen ocupado por un gas es inversamente proporcional a la presión. junto con los protones. tienen el mismo número de moléculas. la presión de una masa gaseosa es directamente proporcional a la temperatura que soporta. orbital: región del espacio que rodea al núcleo y donde la probabilidad de encontrar el electrón es mayor. molécula: es la menor porción en que la materia puede dividirse por medios físicos conservando las características de las sustancias. no metal y oxígeno. nomenclatura: forma de representar y nombrar a las sustancias.257 conjunto de átomos unidos químicamente que tienen carga eléctrica y contiene un átomo de metal y otro u otros átomos. oxidación: reacción en la que un átomo pierde electrones y aumenta el número de oxidación o valencia. ley de Boyle: a temperatura constante. mezcla: materia que resulta de la unión aparente (no química) de dos o más sustancias. masa atómica: cantidad de materia que hay en los átomos. ley de Charles: a presión constante. es decir. isótopos: átomos de un mismo elemento con diferente masa atómica esto es. es decir. PV = nRT. números cuánticos: números que indican la forma como existen los electrones en el espacio que rodeo al núcleo atómico. oxiácidos: ácidos formados por hidrógeno. ley de la conservación de la materia: en cualquier reacción la masa-energía de los reactores (sistema inicial) es la misma que la masaenergía de los productos (sistema final). donde existen los electrones. materia: 4/20/12 2:47:16 PM . No tienen forma definida y su volumen es fijo. mol: masa molecular expresada en gramos. líquido: estado de agregación de la materia donde la distancia entre las moléculas es pequeña y éstas cambian de lugar ordenadamente sin ocupar posiciones definidas.indd 257 todo aquello que constituye los cuerpos. masa molecular: es la suma de las masas atómicas de los átomos que constituyen la molécula. neutrón: partícula eléctricamente neutra que. número de masa: suma de nucleones. ley general de los gases: ecuación que expresa la relación exacta entre la presión (P). nivel energético: región del espacio que rodea el núcleo. ley de Gay-Lussac: a volumen constante. método científico: proceso mediante el cual se logran los conocimientos que conforman una ciencia. el volumen (V). ocupa un espacio. protones más neutrones. también se les llama anhídridos. material amorfo: sustancia que tiene una red cristalina fortuita. el volumen de un gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta que soporta. forma el núcleo de los átomos. desarticulada e incompleta. iones complejos: 07-RECIO_QUIMICA_INORG_FINALES. ley de Avogadro: volúmenes iguales de todos los gases con igual presión y temperatura. reducción: reacción en que un átomo gana electrones reduciendo su número de valencia. Véase fenómeno químico. se hallan en relación sencilla que puede expresarse en números enteros. química: 4/20/12 2:47:17 PM . reactivo limitante: reactivo que se consume por completo en una reacción. para formar diversos compuestos.258 compuestos formados por un metal y oxígeno. proporciones definidas: ley que establece que dos o más elementos que se combinan para formar un compuesto dado. puente de hidrógeno: unión entre el átomo de hidrógeno de una molécula y un átomo sumamente electronegativo de otra molécula. sal heloide: compuesto que se forma mediante la reacción de un hidrácido con un hidróxido. rendimiento: es un porcentaje que en una reacción química se encuentra dividiendo la producción real entre la producción teórica multiplicado por 100. propiedad periódica: características de los elementos que se repite a lo largo de la tabla periódica y que depende fundamentalmente del número atómico y la configuración electrónica de los átomos. regla del octeto: establece que al formarse un enlace químico los átomos ganan. reacción endotérmica: reacción química donde se absorbe calor. no metal y oxígeno. o bien.indd 258 ciencia que estudia la materia. son los pesos relativos de aquellos elementos cuando se combinan entre sí. rayos beta y gamma. plasma: gas ionizado. proporciones recíprocas: ley que establece que los pesos de los elementos diferentes que se combinan con un mismo peso de un elemento dado. su fuerza es mucho menor que la del enlace covalente. reactivo en exceso: reactivo que se encuentra en mayor proporción estequiométrica. protón: partícula eléctricamente positiva que forma el núcleo de los átomos. pierden o comparten electrones para lograr una estructura electrónica estable y similar a la de un gas raro con ocho electrones en el nivel energético externo. redox: proceso para balancear ecuaciones que consiste en investigar los átomos que pierden electrones y los que los ganan. periodos: filas horizontales de la tabla periódica. óxidos básicos: 07-RECIO_QUIMICA_INORG_FINALES. lo hacen siempre en la misma proporción. reacción exotérmica: reacción en la cual hay desprendimiento de calor. radicales: son iones complejos que no tienen un átomo de un metal. También se le conoce como ley de las proporciones constantes. oxisales: compuestos formados por metal. productos: sustancias que resultan al efectuarse una reacción química. resultan de la reacción de neutralización de un oxiácido con un hidróxido. propiedad: característica que identifica a la materia. radioactividad: propiedad que tienen ciertas sustancias de emitir partículas alfa. múltiplos o submúltiplos de estos pesos. rayos catódicos: electrones que se dirigen al cátodo. reactivos: sustancias que en una reacción se transforman en otras diferentes. proporciones múltiples: ley que establece que diferentes cantidades de un mismo elemento que se combinan con una cantidad fija de otros elementos. Se exceptúa al hidrógeno y al helio. su estructura íntima. sus cambios. reacciones químicas: transformación de una o más sustancias en otra u otras distintas. también reciben el nombre de óxidos metálicos. sus relaciones con la energía y las leyes que rigen esos cambios y esas relaciones. La fuerza que predomina entre ellas es la de cohesión y las moléculas vibran en torno a puntos fijos. volúmenes de combinación: ley que establece que los volúmenes de los gases que se combinan o se producen en una reacción química están siempre en una relación de números enteros simples.259 compuestos que se forma cuando los átomos de hidrógeno no son sustituidos totalmente por el metal del hidióxido. También se le llama volumen molar. símbolo químico: representación abreviada de un elemento que indica además de un átomo de dicho elemento y su masa atómica. Presenta forma y volumen definidos. subnivel: divisiones energéticas en un determinado nivel energético. sales ácidas: 07-RECIO_QUIMICA_INORG_FINALES. teoría cinética molecular: teoría que establece que el calor y el movimiento están relacionados con el comportamiento de las moléculas y explica las propiedades de los estados de la materia. solución: mezcla homogénea que tiene composición variable.4l. tendencias periódicas: 4/20/12 2:47:17 PM . sólido: estado de la materia donde las moléculas se encuentran más cercanas entre sí. Se divide en columnas verticales llamadas grupos y renglones horizontales llamados periodos. sustancia: materia homogénea que tiene composición definida e invariable y que presenta las mismas propiedades en toda su extensión. tabla periódica: tabla donde para su estructuración se toma en cuenta el número atómico de los elementos. teoría: explicación de un hecho que se basa en muchas observaciones y apoyada por los resultados de muchos experimentos. También se le llama estado de oxidación. tabla cuántica: tabla donde los elementos químicos se encuentran ordenados conforme su número atómico y en su estructura se toma en cuenta la configuración electrónica en orbitales atómicos y conforme a los cuatro números cuánticos.indd 259 características comunes a ciertos elementos que se repiten periódicamente a lo largo de la serie de elementos ordenados conforme a su número atómico. volumen molecular gramo: volumen que ocupa una mol de cualquier gas en condiciones normales de presión y temperatura y que es igual a 22. velocidad de reacción: cantidad de sustancia reaccionante que se transforma o la cantidad de producto obtenido en la unidad de tiempo. valencia: capacidad de combinación de un átomo haciendo uso de sus electrones periféricos. y W.S. Química experimental. 8a. Daub. M. McGraw-Hill...indd 260 4/20/12 2:47:17 PM ... Hein. Velázquez. y Rojero. 2006. México.. ed. Strozak. Principios esenciales de química general.S. S. México. McGraw-Hill.C. 10a. D. Goldberg. A... 8a..E. I. Wistrom. J. y Y. 07-RECIO_QUIMICA_INORG_FINALES. 2005. Química. W. Thomson Learning.. Rojero. Química. Conceptos y aplicaciones. España.. Castells. Zumdahl.. Pearson Educación. 2006. 2007. Seese. McGraw-Hill. México. 2007. 2003. McGraw-Hill. A.. V. G. Serie Schaum. y J. Thomson. McGraw-Hill. México... Phillips.. A.C. ed. Prácticas de laboratorio.. y C. 2a.. Tyler Miller. I. Zárraga. 4a. ed. 2001.. Ciencia ambiental y desarrollo sostenible. Arena.260 Bibliografía Chang. J. Pearson. J. Zárraga.S.A. México. ed. México. 2007. Fundamentos de química. México. Garritz. Química. y S. Química. Química. 5a. 1994. 2004. R. México.. Velázquez. ed. ed. Chamizo. Fundamentos de química... 165 Cohesión 12 Componentes 22 Componentes del aire 245 Composición porcentual 219 Compuesto 19 Compuestos binarios 148 Compuestos cuaternarios 161 Compuestos ternarios 154 Concentración de los reactivos 188 Condensación 12 Condiciones normales 217. 199 Amoniaco 20 Análisis cualitativo 25 Análisis cuantitativo gravimétrico 25 Análisis cuantitativo volumétrico 25 Análisis químico 76 Anhídridos 152 Anión 117 Ánodo 42 y 73 Antiácidos 167 Aspartame 20 Aspirina 35 Astroquímica 7 Átomo 21 y 41 Átomo gramo 215 Atracciones de Van der Waals 133 y 134 Azida de sodio 168 B Balanceo de ecuaciones 191 Base fuerte 158 07-RECIO_QUIMICA_INORG_FINALES.indd 261 Bases 148 Bicarbonato de sodio 20 Bioquímica 7 Bromo 52 y 53 Bronce 22 Butano 20 C Cafeína 20 Cal viva 144 Calcio 51 Calentamiento global 247 Calor específico 29 y 30 Caloría 29 Cambios químicos 27 Carbonato de calcio 20 Carbonato de sodio 20 Caries dental 98 Catálisis 189 Catalizador 189 Catalizador negativo 189 Catalizador positivo 189 Catión 117 Cátodo 42 Centrifugación 23 Ciencia 4 Cloro 74 y 99 Clorofila 97 Clorofluorocarbonos (CFCs) 10 Cloruro de potasio 54.261 Índice A Acero inoxidable 22 Acetaminofén 20 Ácido acético 20 Ácido acetilsalicílico 35 Ácido ascórbico 20 Ácido clorhídrico 20 y 158 Ácido fosfórico 20 Ácido fuerte 158 Ácido láctico 105 Ácido sulfúrico 20 y 156 Ácidos 155 Actínidos 87 Afinidad electrónica 71 Agente oxidante 199 Agente reductor 199 Agua 20 Agua destilada 24 Aire 245 Aleación 100. 239 Configuración electrónica 64 Constituyentes 19 Consumismo 176 Contaminación del agua por nitrato 249 Contaminantes primarios 245 Contaminantes secundarios 245 Cristal líquido 15 y 138 Cristales de silicio 137 Cuanto 46 D DDT 10 Decantación 22 Deforestación 176 Deposición 14 Desarrollo sostenible 176 Destilación 24 Deuterio 33 Dióxido de carbono 20 Dióxido de silicio 16 Dipolo 134 Disolvente 21 Divisibilidad 17 Dopado 101 Ductilidad 18 E Ecuación de Planck 49 Ecuación química 179 y 180 Ecuaciones termoquímicas 31 Efecto invernadero 246 y 248 Elasticidad 17 Electrólisis 120 Electrolito 122 Electrón 41 Electronegatividad 104 Electrones de valencia 69 Elemento 19 Elementos de transición 91 Elementos de transición interna 91 Elementos representativos 91 Energía 28 Energía cinética 28 4/20/12 2:47:17 PM . 210 y 211 Ley de la suma constante de calor 184 Ley de las proporciones definidas 211 Ley de las proporciones múltiples 212 Ley de las proporciones recíprocas 213 Ley de los volúmenes de combinación 214 4/20/12 2:47:18 PM .262 Energía de ionización 71 Energía eólica 33 Energía interna 183 Energía limpia 33 y 34 Energía potencial 28 Energía química 28 Enlace covalente 121 Enlace covalente coordinado 129 Enlace covalente no polar 128 Enlace covalente polar 129 Enlace doble 126 Enlace electrovalente 118 y 119 Enlace iónico 117 Enlace metálico 131 Enlace químico 114 Enlace simple 126 Enlace triple 126 Entalpía 183 y 184 Esmog 247 Espacios intermoleculares 21 Espectro continuo 46 Espectro discontinuo 48 Espectro electromagnético 47 Espectrógrafo de masas 77 Espectroscopia 54 Estequiometría 210 Estroncio 74 y 97 Estructura electrónica estable 115 Estructuras de Lewis 69 Etanol 20 Etilenglicol 20 Evaporación 23 Experimentación 4 Extensión 17 F Factores que afectan la velocidad de reacción 187 Fenómeno 174 Fenómenos físicos 27 y 174 Fenómenos químicos 27.indd 262 Fibras ópticas 138 Fijación del nitrógeno 205 Filtración 22 Fisicoquímica 7 Fisión nuclear 32 Flúor 74 y 78 Fluoruros 98 Fórmula empírica 145 y 224 Fórmula molecular 145 y 224 Fórmula química 145 Fórmula real 225 Fórmulas condensadas 146 Fórmulas desarrolladas 146 Fotones 46 Fuentes de energía primaria 33 Fuentes de energía secundaria 33 Fullerenos 138 Función química 147 y 148 Fusión 32 Fusión nuclear 16 G Gas 13 Gas hilarante 144 Gases raros 91 y 99 Geoquímica 7 Geraniol 220 Grupos 81 H Halógenos 98 Haluros 98 Helio 73 Hidrácidos 158 Hidroxiapatita 97 Hidróxido de magnesio 20 Hidróxido de sodio 20 Hidróxidos 154 Hidruros 162 Hipótesis 4 I Imeca 248 y 249 Impenetrabilidad 17 Inercia 17 Interacciones dipolo 135 Inversión térmica 247 y 248 Ion negativo 117 Ion positivo 117 Iones complejos 131 Isótopos 78 y 80 J Joule 29 K Kelvins 239 Kernel 69 Kilocaloría 29 L Lantánidos 87 Latón 22 Ley científica 4 Ley de acción de masas 188 Ley de Avogadro 215 Ley de Boyle 239 y 250 Ley de Charles 240 Ley de Gay-Lussac 241 Ley de la conservación de la materia (masa) 33. 28 y 174 07-RECIO_QUIMICA_INORG_FINALES. 56 y 57 Oro blanco 22 Oro de 14 kilates 22 Oxiácidos 155 Oxidación 198 Q Química 6 Química analítica 7 4/20/12 2:47:18 PM . 61 y 63 Periodos 81 Peso 42 Pirita de hierro 112 Plasma 16 Platería 22 Plomo 73 Porcentaje de rendimiento 237 Porosidad 17 Potencial hidrógeno: pH 158 Principio de aufbau 64 Principio de Dirac 57 Principio de dualidad 56 Principio de exclusión 64 Principio de incertidumbre 56 Principio de máxima multiplicidad 68 Principio de máxima sencillez 64 Principio de Shrödinger 56 Productos 179 Propano 20 Propiedad periódica 102 y 104 Propiedades de la materia 17 Propiedades específicas 17 Propiedades físicas 17 y 18 Propiedades generales 17 Propiedades químicas 18 Protio 78 Protón 41 Puente de hidrógeno 134 Punto de ebullición 17 Punto de fusión 17 O Observación 4 Octavas de Newlands 80 Ondas de radio 47 Ondas infrarrojas 47 Ondas ultravioleta 47 Orbita 49 y 57 Orbitales 55.263 Ley general de los gases 244 Ley periódica actual 88 Ley periódica basada en el número atómico 81 Ley periódica de Mendeleiev 90 Líquido 13 Lluvia ácida 247 y 248 Luz visible 47 M Magnesio 96 Maleabilidad 18 Masa atómica 75 Masa molar 215 Materia 12 Material amorfo 16 Materia heterogénea 18 Materia homogénea 18 Mecanismo de coordinación 129 Melatonina 190 Metales 92 y 94 Metales alcalinos 94 y 95 Metales alcalinotérreos 95 y 96 Metaloides 100 y 101 Metano 20 Metátesis 182 Método algebraico 202 Método científico 4 Método de aproximación 191 y 192 Método de los calores específicos 76 y 77 Método del máximo común divisor 76 Método redox 196 Mezclas 22 Microondas 47 Modelo atómico de Bohr 46 Modelo atómico de Dalton 42 Modelo atómico de Rutherford 45 y 46 Modelo atómico de Sommerfeld 53 07-RECIO_QUIMICA_INORG_FINALES.indd 263 Modelo atómico de Thomson 45 Modelo atómico moderno 55 Mol 215 Molécula 21 Monóxido de dinitrógeno 154 Óxidos ácidos 151 y 152 Óxidos básicos 148 Oxisales 158 Ozono 10 y 11 N P Nanómetro 60 Naturaleza de los reactivos 187 Neutralización 158 Neutrón 41 Nitinol 138 Nivel energético 57 y 58 No metales 151 y 152 Nomenclatura 144 y 149 Notación 149 Nube electrónica 56 Núcleo atómico 55 Número atómico 73 Número cuántico por forma 58 y 59 Número cuántico por giro 63 y 64 Número cuántico por orientación 61 Número cuántico principal 57 Número de Avogadro 217 Número de masa 75 Número de oxidación 94 Números cuánticos 58. 235 y 241 Repulsión 12 S Sacarosa 20 Sal 20 Sal neutra 160 Sales 148 Sales ácidas 161 Sales haloides 160 Semiconductores 138 Separación por solubilidad 25 Silicio 101 Siliconas 137 Símbolos químicos 71 Sistema Stock 150 Soldadura para electrónica 22 Solidificación 14 Sólido 14 Solución 21 Soluto 21 Subíndice 145 y 165 Sublimación 24 Subniveles 53 Sulfato de cobre (II) 150 Sulforafano 128 Sustancias 19 T Tabla cuántica 88 y 89 Tabla de Mendeleiev 80 y 81 Tabla periódica larga 81 Tartrato de potasio 20 Taxol 35 Temperatura 11 Temperatura absoluta 241 Tendencias periódicas 102 Teoría 4 Teoría cinética molecular 12 Termoquímica 29 Tierras raras 90 Torr 241 Tríadas de Döbereiner 80 Tritio 78 U Unidad de masa atómica 76 Uranio 73 V Velocidad de reacción 187 Vitamina E 180 Volumen atómico 103 Volumen molar 217 Y Yeso 144 Yodo 52 y 99 4/20/12 2:47:18 PM .indd 264 Reacciones termoquímicas 183 Reactivo en exceso 235 Reactivo limitante 235 Reactivos 179 Reducción 198 Regla del octeto 115 Relaciones ponderales 210 y 231 Relaciones volumétricas 210. 174. 102 Rayos alfa 44 Rayos beta 44 Rayos canales 43 Rayos catódicos 42 Rayos gamma 45 y 47 Rayos X 43 y 47 Reacción endotérmica 29 Reacción exotérmica 29 Reacciones de adición 181 Reacciones de análisis 181 Reacciones de descomposición 204 Reacciones de desplazamiento 182 Reacciones de doble sustitución 182 Reacciones de síntesis 181 Reacciones inmediatas 179 Reacciones instantáneas 179 Reacciones iónicas 182 Reacciones lentas 179 Reacciones provocadas 179 Reacciones químicas 28.264 Química general 6 Química inorgánica 6 Química orgánica 6 R Radiación electromagnética 48 Radiactividad 44 Radicales 131 Radio iónico 71. 177 Reacciones reversibles 183 07-RECIO_QUIMICA_INORG_FINALES. 102 Radio atómico 71.