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

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

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

La composición de una molécula viene dada por su FÓRMULA MOLECULAR 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 H2O C8H10N4O2 - cafeína

ESTADOS DE LA MATERIA 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. Aún poco comprendidos. GASES — Adoptan la forma y el volumen del recipiente que los contiene. Buena comprensión teórica de sus propiedades.

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

Lado = 1.8 nanómetros (1.8 x 10-9 m) Un átomo es la menor porción de un elemento que conserva las propiedades químicas del mismo Átomos de cobre depositados sobre una superficie de silicio. (Imagen obtenida con un microscopio de efecto túnel) Lado = 1.8 nanómetros (1.8 x 10-9 m)

Estructura atómica Protones Electrones Neutrones carga eléctrica positiva (1.60 x 10-19 C) masa = 1.672 x 10-27 Kg masa relativa = 1.007 uma Electrones carga eléctrica negativa (1.60 x 10-19 C) masa = 9.11 x 10-31 Kg masa relativa = 0.0005 uma Neutrones sin carga eléctrica masa = 1.674 x 10-27 Kg masa relativa = 1.009 uma

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

Átomos y elementos To play the movies and simulations included, view the presentation in Slide Show Mode.

Radiactividad Las 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 pequeñas

El átomo es esencialmente vacío Protones y neutrones en el núcleo. 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.

Esta moderna visión del átomo comenzó con Ernest Rutherford (1871-1937).

Número atómico, Z Todos los átomos de un mismo elemento tienen el mismo número de protones en el núcleo, Z 13 Número atómico Al Símbolo químico 26.981 Masa atómica relativa

Masa atómica relativa 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. 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 elementos Ese elemento estándar es el carbono

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) Número másico (A) = # protones + # neutrones Para un átomo de boro: A = 5 p + 5 n = 10

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

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

Masas Isotópicas determinadas mediante el espectrógrafo de masas

10B 11B Isótopos del boro 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 ATÓMICA El boro es en un 20% 10B y en un 80% 11B. Estas son las “abundancias relativas” del B en la Tierra. La masa atómica del boro sería*: 0.20 (10 uma) + 0.80 (11 uma) = 10.8 uma

Otros ejemplos Para el litio: 6Li = 7.5%, 7Li = 92.5% Masa atómica del Li = ______________ Para el silicio 28Si = 92.23%, 29Si = 4.67%, 30Si = 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.

Contando átomos El Mg reacciona con el O2 del aire produciendo óxido de magnesio, MgO. ¿Cómo averiguar qué masa de óxido se obtiene a partir de cierta masa de Mg?

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

Partículas en un Mol Número de Avogadro Amadeo Avogadro 1776-1856 6.02214199 x 1023 Hay un número de Avogadro de partículas en un mol de cualquier sustancia.

Masa molar 1 mol de 12C = 12.00 g de C = 6.022 x 1023 átomos de C 12.00 g/mol es la MASA MOLAR del 12C Teniendo en cuenta todos los isótopos del C, la masa molar del elemento C es 12.011 g/mol

Un mol de …

PROBLEMA: ¿Qué cantidad de Mg corresponde a 0.200 g? ¿Cuántos átomos? El Mg tiene una masa molar de 24.3050 g/mol. ¿Cuántos átomos contiene la muestra de Mg? = 4.95 x 1021 átomos de Mg

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”. Hoy sabemos que las propiedades de los elementos son función periódica de sus NÚMEROS ATÓMICOS

Períodos en la Tabla Periódica

Regiones de la Tabla Periódica

Abundancia de los elementos Al Si Fe http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Si/geol.html

Hidrógeno Los motores del transbordador orbital utilizan H2 and O2 ¿Qué causó el incendio del dirigible Hindenburg mientras aterrizaba en New Jersey en mayo de 1939?

Grupo 1A: Metales alcalinos ¿Cuáles son las características de los metales ? Reacción: K + H2O Cortando sodio metálico Sólidos a temperatura ambiente; reaccionan con el agua

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

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

Grupo 3A: B, Al, Ga, In, Tl El aluminio es el metal más abundante en la corteza terrestre Haluros de boro BF3 y BI3

¿Qué determina los colores de la piedras preciosas ? Gemas y minerales ¿Qué determina los colores de la piedras preciosas ? Safiro: Al2O3 con impurezas de Fe3+ o Ti3+ adquiere color azul. Si contiene V3+ se vuelve violeta. Rubí: Al2O3 con Cr3+ como impureza

Los colores de los metales de transición Nickel Cobalt Copper Zinc Iron

Densidad relativa de los Elementos

Elementos de transición 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). Lantánidos y actínidos El hierro expuesto al aire forma Óxido de hierro (III)

Glenn Seaborg (1912-1999) Sintetizó 8 nuevos elementos. Fue la única persona cuyo nombre se utilizó -en vida- para denominar un elemento. ¿Qué es un sincrotón? ¿Cómo funciona?

Grupo 4A: C, Si, Ge, Sn, Pb Cuarzo, SiO2 Diamante

Alótropos: distintas formas cristalinas que puede adoptar un elemento Diamante “Buckybolas” Grafito C60:buckminsterfullereno

Grupo 5A: N, P, As, Sb, Bi Amoníaco, NH3 Fósforo rojo, fósforo blanco ¿Cómo logra la naturaleza romper el N2 atmosférico y transformarlo en compuestos como la clorofila, las proteínas, el ADN … ? Amoníaco, NH3 Fósforo rojo, fósforo blanco

P (Fósforo) El fósforo es esencial para la vida. Constituyente de los huesos y los dientes, fue aislado por Brandt -de la orina- en 1669. Ambos -P rojo y P blanco- arden espontáneamente en el aire para producir P4O10. Éste se transforma luego en H3PO4

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

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

Grupo 8A: He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn XeOF4 Gases a temperatura ambiente Hasta 1962 eran considerados químicamente inertes Menos densos que el aire Luces de “Neon” XeOF4

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

TRADUCCIÓN Y ADECUACIÓN