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DUOC UC SEDE MAIPU
AGENTES QUIMICOS EN LA
PREVENCIONRenato González BarbagelataPrimer Semestre 2012
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Estructura del curso• 5 horas semanales de clases x 17
semanas• 4 pruebas, 4 controles de lectura y 4
laboratorios
• 4 pruebas parciales 25% cada
una• 4 controles de lectura 25% cada uno
• 4 laboratorios 25% cada uno
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Semanas de pruebasPRUEBA CONTENIDOS SEMANA
• N°1 Fundamentos 5
• N°2 agrega Cálculos
químicos 9
• N°3 agrega Ácidos y Bases
12
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ra a os grupa es(cálculos numéricos y
laboratorios)En las pruebas, talleres y los laboratorios serealizaran actividades (búsquedas,
problemas, experimentos ) que podrán ser
realizadas en forma grupal y seránevaluadas tanto en forma individual comoen forma grupal.
Los grupos de trabajo serán configuradosluego de entregarse las notas de la pruebaN°1 ,
Salvo inconvenientes de fuerza mayor estos
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Química y Prevención deRiesgos
Existen alrededor nuestro materialesque son: Tóxicos (agudos y crónicos)
Inflamables,
Explosivos,Radioactivos (de alta y baja
energía)
Ustedes estudian Prevención deRiesgos o sea protección de laspersonas, los seres vivos, los bienes
materiales y el entorno, por esta razón
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Donde hay sustanciaspeligrosas?
•
Servicentros• Ferreterias
• Viviendas
• Faenas agrícolas• Lavanderias y lavasecos
•
Piscinas• Hospitales
• Puertos, aeropuertos, carreteras,
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peligrososLos humanos tendemos a evitar el
peligro.Al decidirbasados en:
Información
Enfrenta,Resuelve
Menor daño
Al decidirbasados en:
Temor-Histeria
Huye,Arriesga
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Para reducir los riesgos
•
El conocimiento de algunasinformaciones y principiosquímicos nos van a permitir tomarmejores decisiones respecto denuestra interacción con diversassustancias.
• Hacer correcta manipulación detóxicos
• Tomar precauciones frente ainflamables
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Materia• Materia: todo aquello que ocupa un
lugar en el espacio y posee masa(cantidad de materia)
• Las formas de materia las llamamos
sustancias(Vidrio, cemento, papel, carne, huesos,
agua, aire)
• Las sustancias pueden ser puras omezclas
• Las sustancias puras se subdividenen:
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Teoría AtómicaLos átomos son la unidad estructural de lamateria
Existen solamente 118 elementos químicosque son
átomos físicamente y químicamentediferentes
Los átomos son pequeños (10-8cm) y
livianos (10-24gr)
Existen partículas subatómicas queforman el átomo
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Atomos y iones
• Átomo neutro: Es el átomo quetiene igual cantidad de protones quede electrones
(ya que no tiene carga eléctricaneta, es neutro).
• Ión: especie que tiene carga neta
El átomo con menos electrones que
protones se llama catión (férrico, cálcico,
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nombre , símbolo y númeroatómico ( Z )
El hidrógeno H es número atómicoZ=1
tiene un protón y un electrón
El helio He es número atómico Z=2
tiene dos protones y dos electrones
El litio Li es número atómico Z=3tiene tres protones y tres electrones
El berilio Be es número atómico Z=4
tiene cuatro protones y cuatro
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Algunos iones
•
Un protón, sin electrones H+
• Tres protones, dos electrones Li+
• Nueve protones, diez electrones F-
• Doce protones, diez electrones
Mg+2
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Además hay neutrones•
No determinan que elemento es(eso depende solo de los protones)
• No afectan la carga
(los neutrones son neutros…)
• Si afectan la masa del átomo
(cada neutrón aporta una unidad de masa)
• Determinan que existan los isótopos(Un mismo elemento con distintas masas)
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Número Másico (A)
Los átomos tienen su masaconcentrada en el núcleo atómico quecontiene:
protones y neutrones
La cantidad de protones es el Z delelemento
La suma de protones y neutrones es el
A del elemento, su número másico.
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Número Másico (A) e Isótopos
El núcleo del hidrógeno H ( elementocon Z=1 )
cuando contiene 1 protón y 0 neutronestiene A=1
cuando contiene 1 protón y 1 neutróntiene A=2
cuando contiene 1 protón y 2 neutronestiene A=3
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Isotopos del carbono
El núcleo del carbono C ( elementocon Z=6 )
cuando contiene 6 protón y 6
neutrón tiene A=12cuando contiene 6 protón y 7
neutrón tiene A=13
cuando contiene 6 protón y 8neutrón tiene A=14
Nuevamente existen tres formas
diferentes
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Isótopos del uranioEl núcleo del uranio U ( elemento conZ=92 )
si contiene 92 protón y 142 neutróntiene A=234
si contiene 92 protón y 143 neutróntiene A=235
si contiene 92 protón y 146 neutróntiene A=238
Nuevamente existen tres formas
diferentes
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Elemento protones Z neutronesA
Neón … … ….. 20
Nitrógeno … … ….. 14
----------- … 9 ….. 19
Cobre … 29 ….. 64
………… 20 … 20 ….
………… … 19 20 ….………… 17 … ….. 36
Oro 79 … ….. 197
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Peso Atómico• Para la mezcla natural de isótopos
de cada elemento se puede calcularun peso promedio que se llamaPeso Atómico
Hidrógeno 1,008 Helio 4,003
Nitrógeno 14,07 Calcio 40,08
Cloro 35,45 Cobre 63,54
Este es el dato disponible en las
tablas
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Estructura atómica
• Los átomos tienen un núcleo quees:
denso, pequeño y positivo
• Alrededor del núcleo hay unaenvoltura:
cargada negativamente que
está formada por electrones en
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Electrones•
Los electrones están ordenadossegún su energía en capas quecontienen orbitales.
•
Los orbitales son zonas del espacioen que se pueden encontrar loselectrones.
• Existen orbitales
s p d f
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Configuración electrónica
•
Cada tipo de orbital tiene unacapacidad máxima de contenerelectrones:
– Los orbitales s aceptan hasta 2electrones
–
Los orbitales p aceptan hasta 6electrones
– Los orbitales d aceptan hasta 10
electrones
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Capas y orbitales•
Los electrones que llenan las capasde cada elemento tienen usan losdistintos orbitales disponibles
•
Primera capa (1) s• Segunda capa (2) s y p
• Tercera capa (3) s, p y d
• Cuarta capa (4) s, p, d, f
como se verá en las configuracionessiguientes
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Llenado de orbitales (1 al 10)
Hidrógeno H 1s1
Helio He 1s2
Litio Li 1s22s1Berilio Be 1s22s2
Boro B 1s22s22p1Carbono C 1s22s22p2
Nitrógeno N 1s22s22p3
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Llenado de orbitales (11 al 18)
Sodio Na 1s22s22p63s1Magnesio Mg 1s22s22p63s2
AluminioAl 1s22s22p63s23p1Silicio Si 1s22s22p63s23p2
Fósforo P 1s22s22p63s23p3
Azufre S 1s22s22p63s23p4
Cloro Cl 1s22s22p63s23p5
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Llenado de orbitales (19 al 27)Potasio K 1s22s22p63s23p64s1
Calcio Ca 1s22s22p63s23p64s2Escandio Sc1s22s22p63s23p64s23d1
Titanio Ti1s22s22p63s23p64s23d2
Vanadio V1s22s22p63s23p64s23d3
Cromo Cr
1s22s22p63s23p64s23d4
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Llenado de orbitales (28 al 36)
Níquel Ni1s22s22p63s23p64s23d8
Cobre Cu1s22s22p63s23p64s13d10
Zinc Zn1s22s22p63s23p64s23d10
Galio Ga1s22s22p63s23p64s23d104p1
Germanio Ge
1s22s22p63s23p63s23d104p2
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Escritura abreviada (ejemplos)
Ne 1s22s22p6• Completa: Na 1s22s22p63s1•
Abreviada: Na (Ne) 3s1Ar 1s22s22p63s23p6
• Completa: K 1s22s22p63s23p64s1
• Abreviada K (Ar) 4s1
Se escribe el noble anterior mas
“algo”
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Paridad electrónica• Los electrones contenidos en los
orbitales se ubican en pares pero enel llenado ingresan uno a uno,llenando el máximo de espacio
(quedan desapareados y luego seemparejan)
1 orbital s acepta 2 electrones
3 orbitales p aceptan 2 electrones c/u= 6
5 orbitales d aceptan 2 electrones c/u
= 10
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Periodicidad• Hay muchos elementos diferentes,
no es posible conocerlos uno a uno(son 118), el único modo deestudiarlos es agrupando por
semejanza de propiedades
• Hace 150 años se discutía la
repetición de propiedades pero nolograban entenderla hasta 1869 enque Mendeleev (ruso, 35 años)
propone una ordenación que resultó
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Tabla periódica (en la mano)Los elementos se ordenan de acuerdoa su número atómico.• La primera fila tiene dos elementos
•
La segunda y tercera tienen ochoelementos
• La cuarta y siguientes tienen
dieciocho elementos• Abajo hay dos filas de catorce
elementos
En esta ordenación: filas se llaman
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Grupos de elementosrepresentativos
Son 8 grupos que corresponden a losgrupos originales de Mendeleev(representativos)
Cada uno con un número romano y unnombre:
I alcalinos V del nitrógeno
II alcalino térreos VI anfígenosIII térreos VII halógenos
IV del carbono VIII gases nobles
G d l t d
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Grupos de elementos detransición
Estos 10 grupos (de transición o b)se nombran por un número romanoy una letra b
Están llenando los orbitales dEntre ellos están los metales masconocidos como son:
Cobre, níquel, plata, oro, vanadio,molibdeno, etc
En la arte ba a de la tabla se
Elementos metálicos en la
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Elementos metálicos en latabla
Los elementos que poseen estas
características:Poseen brillo
Son densos
Conducen calor
Conducen electricidad
Son dúctiles y maleablesFunden a alta temperatura
Forman especies catión (+)
Elementos no metálicos en la
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Elementos no metálicos en latabla
Los elementos que poseen estas
características:Carecen de brillo
Son menos densos
No conducen calor ni electricidad
Funden y hierven a bajas temperaturas
Forman especies anion ( - )
APARECEN EN COLOR ROJO EN LA
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Algunos otroscomportamientos
• Existen metaloides: boro, silicio,germanio, arsénico, antimonio, teluro, polonio.
• Existen gases nobles: helio, neón,argón, kriptón, xenón, radón.
Aparecen con otros colores según lacodificación del impresor de la tablaque se use.
Propiedades Periódicas
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Propiedades Periódicas(Las que nosotros estudiamos)
• Las propiedades se separan en:físicas y químicas
Físicas :tamaño atómico, peso, densidad.
Químicas:
valencia, carácter metálico ,electronegatividad
Físicas: tamaño masa y
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Físicas: tamaño, masa ydensidad
•
El tamaño crece al descender en ungrupo y disminuye al avanzar en unperiodo.
El volumen de un átomo, (espacio queocupa)depende del número de capas delelemento y también de la atracción nuclear.
• La masa crece con el númeroatómico (##) o sea hacia la derechay hacia abajo.
• La densidad crece al descenderero en cada eriodo aumenta hacia
V l i (Nú d
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Valencia (Número deoxidación)
•
Para los elementos metálicos essiempre positiva y a lo más igual alnúmero del grupo.
•
Para los no metales puede serpositiva o negativa.
• Como máximo es igual al número
del grupo y como mínimo es el grupomenos 8.
• Los gases nobles no presentan
valencia: están completos , no ganan
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Valencia según el grupo• Es la capacidad de unirse a otros
átomos o la cantidad de electronesque usa para unirse.
• Cada elemento tiene un número de
electrones en la ultima capa.Cuando son ocho el elemento estacompleto y no presentará valencia.
Si son 7 , 6 y 5 el elemento tiende aganar 1 , 2 y 3 electrones paracompletarse.
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Carácter metálico Tendencia de un átomo a perder
electrones.
( o sea formar cationes (+))
•
El carácter metálico disminuye a laderecha en la tabla y crece aldescender en un grupo.
• El menos metálico es el flúor (arribaderecha)
habitualmente se dice que es el más no
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Electronegatividad
Capacidad de un elemento para atraera los electrones de un enlace.
La electronegatividad crece a la
derecha en la tabla y se reduce aldescender en un grupo.
Su valor se mide en una escala de 0,7
hasta 4,0
Es máxima para el flúor ( tiene valor 4)
Algunos valores de
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Algunos valores deelectronegatividad
Hidrógeno H 2,1Helio He -
Litio Li 1,0
Berilio Be 1,5
Boro B 2,0
Carbono C 2,5Nitrógeno N 3,0
Oxígeno O 3,5
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Enlaces químicos
Cuando juntamos dos átomos lasopciones son:
•
No se unen (se dice: no hay reacción)
• Se unen y comparten 2 o mas
electrones
•
Uno gana y el otro pierde electrones
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Inertes: Gases nobles
•
Tienen su capa exterior completa (8electrones)
• No se combinan
•
No hay enlaces• Son inertes
Ejemplos: He Ne Ar
Nota: En la tabla periódica aparece
Xenón con valencias , es la excepción.
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No metalesAl encontrarse con otro átomo idéntico
van a compartir electrones. forman unamolécula diatómica
Ejemplos: H2 Cl2 O2 N2
Son moléculas apolares (tiene su cargabalanceada)
Al encontrarse con un elementodistinto se unen según sus valenciascompartiendo electrones y formando-
en lo posible- octetos de electrones.
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metal con no-metal
Al reaccionar un metal y un no metal• El metal cede electrones y queda
positivo
• El no metal capta electrones , quedanegativo
• Los dos iones por tener cargas
opuestas se atraen.Entre el catión y el anión hay unenlace iónico
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Dos metalesSi dos átomos metálicos se
encuentran:• No reaccionan químicamente
•
Permanecen unidos se forma unaestructura ordenada en la cual hayelectrones móviles y se formará unmetal (átomos iguales) o una
aleación (átomos distintos)Se llama enlace metálico
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Existen otros enlaces
•
Si una molécula tiene pares deelectrones libres y se aproxima unaespecie deficiente en electrones sepuede producir un enlace dativo
Ejemplos:
Amoniaco y protón para formar el ionamonio
Agua y protón para formar H3O+ (hidronio)
También hay:
Puente de hidrógeno y
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Nomenclatura Inorgánica
Los elementos unidos por enlaces
forman diversos compuestos.Oxidos básicos Oxidos ácidos
Acidos binarios Oxácidos:Hidróxidos:
Hidruros metálicos Hidruros
covalentesSales binarias Oxisales
Compuestos moleculares binarios
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Compuestos con oxígenoOxidos básicos: metal unido a oxígeno
Na2O CaO Al2O3 grupos I , II y III
También con elementos de transición:
FeO Fe2O3 PbO , PbO2 CuO ,Cu2O
Oxidos ácidos: no metal unido aoxígeno
En general con múltiples valencias
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Peróxidos
Se forman entre hidrógeno y oxígeno:• H2O2 agua oxigenada
También con elementos de los grupos I
y II• Na2O2 peróxido de sodio
•
CaO2 peróxido de calcioson inestables al calor y pueden serexplosívos
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Hidróxidos y oxácidos
Hidróxidos: oxido básico mas aguaSu fórmula general es: M (OH)x
NaOH Ca(OH)2 Al(OH)3
Oxácidos: oxido ácido mas agua• Su fórmula general es HnXOm
Son los ácidos habituales del laboratorioquímico:
• Acido nítrico HNO 3, acido sulfúricoH2SO4,
•
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Compuestos con hidrógeno
Acidos binarios: hidrógeno mas nometal
grupos VI y VII HCl H2S
Hidruros metálicos: metal mashidrógeno
grupos I ,II y III LiH CaH2 BH3Hidruros covalentes: no metal mashidrógeno
gru pos IV y V CH4 SiH4 NH3
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SalesSales binarias
Formadas por dos elementos
cloruro de sodio, sulfuro de cobre II ,cloruro férrico
Oxisales
Formada por tres elementoscarbonato de sodio, sulfato de calcio,
fosfato de…….
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Compuestos Moleculares•
Compuestos moleculares binarios:a partir de no metales
(con baja diferencia de
electronegatividad)CCl4, SF6, CS2, PCl3
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Ejercicio: indique nombreCH4 O2H2O
ZnCl2 ZnOCO2
H2O2 COCu(OH)2
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Ejercicio: escriba fórmula
• Cloruro de sodio• Hidroxido de calcio
•
monoxido de carbono• Agua
• Amoniaco
• Acido clorhidrico• Dioxido de azufre
•
Metano
• Hidruro de litio• Nitrato de potasio
•
Carbonato de calcio• Oxido ferroso
• Oxido ferrico
• Hidroxido de aluminio• Cloro
•
Hipoclorito de sodio
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Observación - Clasificación - Medición
La descripción de cualquier sistemautiliza dos tipos de variables:
Cualitativas:
Su naturaleza ¿Qué es?Cuantitativas:Sus características medibles ¿
Cuanto mide? (intensivas y extensivas)
Medir significa comparar con algún6060
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Sistemas de unidades
• MKS: metro, kilogramo,segundo
• CGS: centímetro, gramo,segundo
• Inglés: pie, libra, segundo
6161
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Asirios-Griegos-Romanos
Astronomía, (Babilonia)1 hora = 60 min y1 min. = 60 seg. Sistema sexagesimal ,
Comercio, Grecia y Roma clásicas.Arquitectura,Caminos, Canalizaciones:
6262
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Revolucion industrial- (Napoleón)
Medir, Saber, Conocer; “dominar la naturaleza”,Industria
Europa siglo XVIII - XIX y XX
Primera iniciativa de uniformar sistemas:Napoleón , Oficina de Pesas y Medidas
de ParisPatrones del Kilo y el Metro.
6363
s ema n ernac ona
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s ema n ernac ona . .( 7 unidades
fundamentales)L metro,m kilogramo,
t segundo,I ampere
T kelvin
X candela,
n mol
6464
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Unidades derivadas•
Area• Volumen
• Densidad
• Presión• Trabajo
•
Concentración• Viscosidad…
6565
Prefijos en S I
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Prefijos en S IPicogramo
NanogramoMicrogramo
Miligramo
GramoKilogramo
Megagramo (Tonelada)
Gigagramo6666
Múltiplos y factores de conversión
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Múltiplos y factores de conversión
1018 exa 10-18 atto
1015 peta 10-15 femto
1012 tera 10-12 pico109 giga 10-9 nano
106 mega 10-6 micro
103 kilo 10-3 mili
6767
Dimensiones - Valores -
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Dimensiones Valores Unidades
son lo que podemos comunicar• Longitud• Masa
•
Tiempo• Corriente eléctrica
• Temperatura
• Intensidad luminosa• Cantidad de sustancia
• Área• Volumen
•
Velocidad• Aceleración
• Concentración
• Presión• Trabajo
6868
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Cada medida significa:•
Una dimensión medida que consisteen:
Valor : un número
Unidades: el sistema de unidadesusado
Incerteza : la confianza del valor
obtenidoPor ejemplo:
el peso de este objeto es
Estequiometría
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Estequiometría
Sabemos que los átomos y lassustancias químicas que ellos formanposeen un peso y volumen muypequeños, pero son muchos atomos .
debemos ser capaces de medir ycontar las cantidades de átomos ymoléculas.
Se crea una unidad de cantidadde materia que se llama MOL . (quese puede pesar)
Esta unidad e uivale a 6 02 x 10 23
Átomos y moles de átomos
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Átomos y moles de átomosMoléculas y moles de moléculas
Un átomo de C pesa 12Un mol de átomos de carbono pesa 12gramos
Un átomo de O pesa 16
Un mol de átomos de oxigeno pesa 16gramos
Un molécula de O2 pesa 2 x 16 =32
Un mol de moléculas de O2 pesa 32
gramos
Cálculos de peso molecular
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Cálculos de peso molecularDetermine el peso de cada una de
estas especies químicasCH4 O2H2O
ZnCl2 ZnO
CO2
H2O2 CO
Cu(OH)2
Cálculos de peso molecular
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Cálculos de peso molecularDetermine el peso de un mol cada
una de estas especies químicas(su resultado es gramos)
CCl4 N2
H2S
FeCl2 CaOPbO2
Cl2O7 MgO
Cantidad de partículas en un peso
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Cantidad de partículas en un pesode sustancia
•
Un mol equivale a 6.02 x 10 23partículas
12 gramos de C son 6.02 x 10 23átomos
1 gramo de C son ……………..
átomos44 gramos de CO2 son 6.02 x 10
23 moléculas
Cantidad de partículas en un peso
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de sustancia
Un mol equivale a 6.02 x 10 23partículas
un mol pesa su peso en
gramos63.54 gramos de Cu son 6.02 x 1023 átomos
8 gramos de Cu son ……………..átomos
Volumen molar
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Volumen molar
•
Un mol de cualquier gas medido a0°C y 1 at ocupa 22,4 litros.( volumen de Avogadro)
• Un mol equivale a 6.02 x 10 23partículas
Un mol pesa su peso en gramosUn mol de cualquier gas ocupa 22,4
litros. (CN)
Ejemplo de cálculos de
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j pvolumen
Que volumen ocupan en condicionesnormales 0,1 moles de H2S ?
Se liberan a la atmosfera 2,55 cc deH2S (sulfuro de hidrogeno o acidosulfidrico), que es un gas irritante, muytoxico y de olor intenso si ustedconsidera condiciones normales(CNPT),
a)Calcule cuantos moles son
Ecuaciones químicas
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Ecuaciones químicas
•
Los procesos químicos significan queuna o mas sustancias (REACTANTES)reaccionan para producir en una omas sustancias (PRODUCTOS)
• Las reacciones no crean ni destruyenmateria
•
Las ecuaciones que representan unareacción deben tener todos susreactantes y productos y ademásdebe estar equilibrada
Método de tanteo
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Método de tanteoSe comienza por el primer elemento(metal) del primer compuesto.
Se sigue con el elementoacompañante. (No metal)
Usualmente los arreglos se logranamplificando por 2 o por 3 los molesde cada sustancia .
Una vez balanceados los primeros (el
metal y el no metal) se completa con losdemás elementos.
Ejercicios de arreglo
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Ejercicios de arreglo
Al + H2SO4 ------------- Al2(SO4)3+ H2
N2 + H2 ------------- NH3
Na2O + H2O ------------ NaOHFe2O3 + CO ----------- Fe +
CO2CuO + H2 ------------- Cu + H2O
C2H3Cl + O2 ---------- CO2 +
Arreglo de ecuaciones
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g(examen de años anteriores)
La ecuación química equilibradade la reacción: S +KOH --------K2S + K2SO3+ H2O es:• • S + 4 KOH -------- K2S +
K2SO3 + 2 H2O• 3 S + 6 KOH -------- 2 K2S
+ K2SO3 + H2O•
2 S + 4 KOH -------- K2S +
Estequiometria de ecuaciones
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qquímicas
ESCRIBA LASECUACIONES –ARREGLE CADA
UNA Y OBTENGAPESOS Y
Estequiometria de ecuacionesí i
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químicas•
ESCRIBA LASECUACIONES –
ARREGLE CADA UNA Y OBTENGA PESOS Y
VOLUMENES (degases)
Cálculos con ecuaciones
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Cálculos con ecuacionesquímicas
H2O2 ---------- H20 + O2
Al descomponer 100 gramos de aguaoxigenada pura: Que volumen de oxigenogaseoso medido en C.N. se forma
Que peso de agua se forma
Que peso de H2O2 se debe descomponerpara obtener 20 cc de oxigeno puro (C.N.)
Cálculos con ecuaciones
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El oxido nitroso N2O se obtiene en laindustria química calentando nitratode amonio, la ecuación es:
NH4NO3 --------- N2O + H2O
Balancee la ecuación
Calcule que peso de nitrato de amonio
se debe utilizar para producir 1100gramos de N2O
Calcule el volumen ocupado por el gas
Cálculos con ecuacionesquímicas
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