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ÁTOMOS, MOLÉCULAS Y ELEMENTOS Basado en el trabajo del Prof. Víctor Batista Universidad de Yale Basado en el trabajo del Prof. Víctor Batista Universidad.

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2 ÁTOMOS, MOLÉCULAS Y ELEMENTOS Basado en el trabajo del Prof. Víctor Batista Universidad de Yale Basado en el trabajo del Prof. Víctor Batista Universidad de Yale

3 Átomos y elementos: La naturaleza de la materia La química se ocupa de la naturaleza de la materia y cómo ésta se relaciona con los átomos que la constituyen Oro Mercurio Es más fácil romper un átomo que un prejuicio A. Einstein

4 El compuesto rojo está formado por: Níquel (Ni) Carbono (C) Hidrógeno (H) Oxígeno (O) Nitrógeno (N) Los compuestos químicos están integrados por átomos y por lo tanto pueden ser descompuestos en esos átomos

5 Una MOLÉCULA es la menor porción de un compuesto que conserva las propiedades químicas de dicho compuesto La composición de una molécula viene dada por su FÓRMULA MOLECULAR H2OH2OH2OH2O C 8 H 10 N 4 O 2 - cafeína

6 ESTADOS DE LA MATERIA SÓLIDOS Tienen volumen y forma definidos. La forma externa manifiesta el orden en el nivel atómico y/o molecular.SÓLIDOS Tienen volumen y forma definidos. La forma externa manifiesta el orden en el nivel atómico y/o molecular. –Razonablemente comprendidos. LÍQUIDOS No tienen una forma definida sino la del recipiente que los contiene.LÍQUIDOS No tienen una forma definida sino la del recipiente que los contiene. –Aún poco comprendidos. GASES Adoptan la forma y el volumen del recipiente que los contiene.GASES Adoptan la forma y el volumen del recipiente que los contiene. –Buena comprensión teórica de sus propiedades.

7 Teoría cinética de la materia La materia consiste en átomos y moléculas en movimiento.

8 Átomos de cobre depositados sobre una superficie de silicio. (Imagen obtenida con un microscopio de efecto túnel) Un átomo es la menor porción de un elemento que conserva las propiedades químicas del mismoUn átomo es la menor porción de un elemento que conserva las propiedades químicas del mismo Lado = 1.8 nanómetros (1.8 x m)

9 Estructura atómica ProtonesProtones –carga eléctrica positiva (1.60 x C) –masa = x Kg –masa relativa = uma ElectronesElectrones – carga eléctrica negativa (1.60 x C) –masa = 9.11 x Kg –masa relativa = uma NeutronesNeutrones – sin carga eléctrica –masa = x Kg – masa relativa = uma

10 Un átomo consiste en: Un núcleo: integrado por protones y neutronesUn núcleo: integrado por protones y neutrones Una periferia (rodea al núcleo) : integrada por electronesUna periferia (rodea al núcleo) : integrada por electrones El Átomo Nube de electrones periféricos Núcleo central

11 Átomos y elementos

12 Radiactividad Las primeras evidencias de que los átomos poseen una estructura fueron aportadas por Becquerel y el matrimonio CurieLas primeras evidencias de que los átomos poseen una estructura fueron aportadas por Becquerel y el matrimonio Curie Ellos descubrieron y estudiaron el fenómeno de la radiactividad, la desintegración espontánea de algunos elementos en partículas más pequeñasEllos descubrieron y estudiaron el fenómeno de la radiactividad, la desintegración espontánea de algunos elementos en partículas más pequeñas

13 Protones y neutrones en el núcleo.Protones y neutrones en el núcleo. Un número de electrones (igual al de protones) en la periferia.Un número de electrones (igual al de protones) en la periferia. Los átomos son extremadamente pequeños: una cucharadita de agua contiene tres veces más átomos que cucharaditas de agua contiene el océano Atlántico.Los átomos son extremadamente pequeños: una cucharadita de agua contiene tres veces más átomos que cucharaditas de agua contiene el océano Atlántico. El átomo es esencialmente vacío

14 Esta moderna visión del átomo comenzó con Ernest Rutherford ( ).

15 Número atómico, Z Todos los átomos de un mismo elemento tienen el mismo número de protones en el núcleo, Z 13 Al Número atómico Símbolo químico Masa atómica relativa

16 Nos dice cuál es la masa de un átomo de un elemento con respecto a la de un átomo de otro elemento.Nos dice cuál es la masa de un átomo de un elemento con respecto a la de un átomo de otro elemento. O la de 1000 átomos de uno con respecto a 1000 átomos de otro.O la de 1000 átomos de uno con respecto a 1000 átomos de otro. Por ejemplo, un átomo de O es aproximadamente 16 veces más pesado que un átomo de H.Por ejemplo, un átomo de O es aproximadamente 16 veces más pesado que un átomo de H. Por lo tanto debemos definir un elemento estándar que nos permita establecer las relaciones entre todos los elementosPor lo tanto debemos definir un elemento estándar que nos permita establecer las relaciones entre todos los elementos Ese elemento estándar es el carbonoEse elemento estándar es el carbono

17 Número másico, A El átomo de C que contiene 6 protones y 6 neutrones en el núcleo es el elegido como estándar = 12 unidades de masa atómica (uma)El átomo de C que contiene 6 protones y 6 neutrones en el núcleo es el elegido como estándar = 12 unidades de masa atómica (uma) Número másico (A) = # protones + # neutronesNúmero másico (A) = # protones + # neutrones Para un átomo de boro:Para un átomo de boro: A = 5 p + 5 n = 10

18 Isótopos Átomos del mismo elemento (el mismo Z) pero diferente número másico (A).Átomos del mismo elemento (el mismo Z) pero diferente número másico (A). Boro-10 ( 10 B) tiene 5 p y 5 nBoro-10 ( 10 B) tiene 5 p y 5 n Boro-11 ( 11 B) tiene 5 p y 6 nBoro-11 ( 11 B) tiene 5 p y 6 n 10 B 11 B

19 Usos de isótopos radiactivos Estudio óseo mediante tecnecio-99 metaestable.

20 Masas Isotópicas determinadas mediante el espectrógrafo de masas

21 Isótopos del boro Debido a la existencia de isótopos, la masa de los átomos de una muestra de un elemento tiene un valor promedio.Debido a la existencia de isótopos, la masa de los átomos de una muestra de un elemento tiene un valor promedio. Ese promedio constituye su MASA ATÓMICAEse promedio constituye su MASA ATÓMICA El boro es en un 20% 10 B y en un 80% 11 B. Estas son las abundancias relativas del B en la Tierra.El boro es en un 20% 10 B y en un 80% 11 B. Estas son las abundancias relativas del B en la Tierra. La masa atómica del boro sería*:La masa atómica del boro sería*: 0.20 (10 uma) (11 uma) = 10.8 uma 0.20 (10 uma) (11 uma) = 10.8 uma 10 B 11 B

22 Otros ejemplos Para el litio: 6 Li = 7.5%, 7 Li = 92.5%Para el litio: 6 Li = 7.5%, 7 Li = 92.5% –Masa atómica del Li = ______________ Para el silicio 28 Si = 92.23%, 29 Si = 4.67%, 30 Si = 3.10%Para el silicio 28 Si = 92.23%, 29 Si = 4.67%, 30 Si = 3.10% –Masa atómica del Si = ______________ Nota: Dado que la formación de un núcleo atómico dado viene acompañada por una pérdida de masa característica, los cálculos realizados más arriba no arrojan sino un valor aproximado para la masa atómica de los elementos. Puedes verificarlo comparando el resultado obtenido con el que aparece en la Tabla Periódica.

23 Contando átomos El Mg reacciona con el O 2 del aire produciendo óxido de magnesio, MgO. ¿Cómo averiguar qué masa de óxido se obtiene a partir de cierta masa de Mg?

24 Contando átomos La Química es una ciencia cuantitativa; necesitamos entonces una unidad de cantidad 1 mol es la cantidad de sustancia que contiene tantas partículas (átomos, moléculas) como átomos de C hay en 12.0 g de 12 C. El MOL

25 Partículas en un Mol x Número de Avogadro Hay un número de Avogadro de partículas en un mol de cualquier sustancia. Amadeo Avogadro

26 Masa molar 1 mol de 12 C = g de C = x átomos de C g/mol es la MASA MOLAR del 12 C Teniendo en cuenta todos los isótopos del C, la masa molar del elemento C es g/mol

27 Un mol de …

28 PROBLEMA: ¿Qué cantidad de Mg corresponde a g? ¿Cuántos átomos? El Mg tiene una masa molar de g/mol. = 4.95 x átomos de Mg ¿Cuántos átomos contiene la muestra de Mg?

29 Tabla Periódica Dimitri Mendeleiev desarrolló la moderna Tabla Periódica de los elementos. Afirmaba que las propiedades de los elementos eran función periódica de sus pesos atómicos.Dimitri Mendeleiev desarrolló la moderna Tabla Periódica de los elementos. Afirmaba que las propiedades de los elementos eran función periódica de sus pesos atómicos. Hoy sabemos que las propiedades de los elementos son función periódica de sus NÚMEROS ATÓMICOSHoy sabemos que las propiedades de los elementos son función periódica de sus NÚMEROS ATÓMICOS

30 Períodos en la Tabla Periódica

31 Regiones de la Tabla Periódica

32 Abundancia de los elementos Fe C Al O Si

33 HidrógenoHidrógeno Los motores del transbordador orbital utilizan H 2 and O 2 ¿Qué causó el incendio del dirigible Hindenburg mientras aterrizaba en New Jersey en mayo de 1939?

34 Grupo 1A: Metales alcalinos Cortando sodio metálico Reacción: K + H 2 O Sólidos a temperatura ambiente; reaccionan con el agua ¿Cuáles son las características de los metales ?

35 Magnesio Óxido de magnesio Groupo 2A: Metales alcalinotérreos Sólo se los encuentra combinados; excepto el Be, reaccionan con el agua. Mg y Ca son los más abundantes

36 Carbonato de calcio - Calcita La Via apia, Italia Champagne en una cueva excavada en tiza, Francia

37 Grupo 3A: B, Al, Ga, In, Tl El aluminio es el metal más abundante en la corteza terrestre Haluros de boro BF 3 y BI 3

38 Gemas y minerales Safiro: Al 2 O 3 con impurezas de Fe 3+ o Ti 3+ adquiere color azul. Si contiene V 3+ se vuelve violeta.Safiro: Al 2 O 3 con impurezas de Fe 3+ o Ti 3+ adquiere color azul. Si contiene V 3+ se vuelve violeta. Rubí: Al 2 O 3 con Cr 3+ como impurezaRubí: Al 2 O 3 con Cr 3+ como impureza ¿Qué determina los colores de la piedras preciosas ?

39 Los colores de los metales de transición Iron Cobalt Nickel CopperZinc

40 Densidad relativa de los Elementos

41 Elementos de transición Lantánidos y actínidos El hierro expuesto al aire forma Óxido de hierro (III) Son todos metales, Ag, Au y Pt son poco reactivos Intervienen en materiales estructurales, pinturas, convertidores catalíticos, baterías Cumplen importantes funciones biológicas (el Fe, por ejemplo).

42 Glenn Seaborg ( ) Sintetizó 8 nuevos elementos.Sintetizó 8 nuevos elementos. Fue la única persona cuyo nombre se utilizó - en vida- para denominar un elemento.Fue la única persona cuyo nombre se utilizó - en vida- para denominar un elemento. ¿Qué es un sincrotón? ¿Cómo funciona?

43 Grupo 4A: C, Si, Ge, Sn, Pb Cuarzo, SiO 2 Diamante

44 Grafito Diamante Buckybolas Alótropos: distintas formas cristalinas que puede adoptar un elemento C 60 :buckminsterfullereno

45 Grupo 5A: N, P, As, Sb, Bi Fósforo rojo, fósforo blanco Amoníaco, NH 3 ¿Cómo logra la naturaleza romper el N 2 atmosférico y transformarlo en compuestos como la clorofila, las proteínas, el ADN … ?

46 P (Fósforo) El fósforo es esencial para la vida. Constituyente de los huesos y los dientes, fue aislado por Brandt -de la orina- en Ambos -P rojo y P blanco- arden espontáneamente en el aire para producir P 4 O 10. Éste se transforma luego en H 3 PO 4

47 Grupo 6A: O, S, Se, Te, Po Solución de sulfatos goteando de una estalactita, México Azufre volcánico ¿Qué alótropos del oxígeno conoces? ¿Cuál es el uso más extendido del ácido sulfúrico ?

48 Grupo 7A:halógenos F, Cl, Br, I, At sal

49 Grupo 8A: He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn Menos densos que el aire Luces de Neon XeOF 4 Gases a temperatura ambiente Hasta 1962 eran considerados químicamente inertes

50 Sumario Historia Partículas subatómicas Isótopos, N° atómico (Z), N° másico (A), masa atómica Masa molar, número de Avogadro Tabla Periódica.

51 TRADUCCIÓN Y ADECUACIÓN


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