BIOCIENCIAS I
Qco. Luis Carlos Vesga G.
Unidad 1Estructura de la materia
Medición en químicaTabla periódica
Generalidades del enlace
¿Cómo está formada la materia en su interior?
• Desde los tiempos de la antigua Grecia ,lospensadores venían haciéndose esta pregunta, acercade cómo estaba constituida la materia en su interior.
• Demócrito y Leucipo (V a.c.) introducen el términode átomo como la parte mas pequeña de la materia.
Evolución en el estudio de la materia.TEORÍA ATÓMICA DE DALTON:
Trataba de explicar las leyes de la época sobre lacomposición de las sustancias (leyes ponderales).
- La materia está constituida por unidades de pequeñotamaño denominadas átomos.
- Todos los átomos de un elemento son iguales en masay propiedades.
- Los átomos de diferentes elementos son diferentes enmasa y propiedades.
TEORÍA ATÓMICA DE DALTON (1766-1844)
- Los átomos se unen entre si formando compuestos.
- Los átomos de cada compuesto están en una relaciónnumérica constante.
- Los “átomos compuestos” tienen la misma masa eidénticas propiedades.
CRITICA A LA TEORIA DE DALTON!!!!
ÁTOMOS INDIVISIBLES ?
ÁTOMOS DE UN MISMO ELEMENTO IDENTICOS EN MASA Y PROPIEDADES
?
ÁTOMOS-COMPUESTOS ?
TEORÍA ATÓMICA DE DALTON
MODELO DE THOMSON (1897)
En el interior existe un gas sometido a una diferencia de potencial. Desde polo negativo(cátodo) se emite una radiación hacia el polo positivo (ánodo).
Descubrimiento del electrón: Thompson realizó trabajos con tubos de descargaeléctrica en gases, identificando la primera partícula subatómica, a la quedenominó electrón.
MODELO DE THOMSON
“Una esfera maciza cargadapositivamente y en su interior sedistribuyen los electrones, como enun budín de pasas
En 1886, el físico alemán Eugen Goldstein, empleando un tubocatódico con un cátodo perforado, descubrió una nuevaradiación, que fluía por los orificios del cátodo en direcciónopuesta a la de los rayos catódicos de carga negativa , ésta erade naturaleza positiva.
MODELO DE RUTHERFORD.
Descubrimiento del núcleo atómico: Rutherford interpretóel experimento de Geiger y Marsden, el que consistía enirradiar con un tipo de partículas de carga positiva(partículas alfa) a una fina lámina de oro, observando quealgunas partículas rebotaban y volvían hacia atrás,planteando un nuevo modelo atómico luego de analizarestos resultados.
Según este modelo, el átomo estáformado por un núcleo diminuto concarga positiva, que contieneprácticamente toda la masa.
Descubrimiento del neutrón.
• Investigando las diferencias entre el número deprotones y la masa del átomo ,descubrió una nuevapartícula: EL NEUTRÓN.
• Poseen masa similar al protón.• Sin carga eléctrica.• El neutrón permite explicar la estabilidad de los
protones en el núcleo del átomo, manteniéndolos“unidos”, y por tanto justificando la no repulsión deestos en dicho núcleo, a pesar de poseer el mismosigno de carga (+).
Modelo actual.
CORTEZA electrones.
ÁTOMO protones.
NÚCLEO
neutrones.
-Los electrones no describen orbitas definidas ,sino que se distribuyen en
una determinada zona llamada ORBITAL.
-En esta región la probabilidad de encontrar al electrón es muy alta (95%)
-Se distribuyen en diferentes niveles energéticos en las diferentes capas.
Partículas Subatómicas
Partícula Símbolo Masa (g) Carga
Electrón e- 9,109382 * 10 -28 -1
Partícula Símbolo Masa (g) Carga
Protón p+ 1,672622 * 10 -24 +1
Neutrón n 1,674927 * 10 -24 0
NÚMERO ATÓMICO (Z)NÚMERO MÁSICO (A)
Número atómico (Z): Es el número de protones que tienen los núcleos de los átomo de un elemento.
Todos los átomos de un elemento tienen el mismo número de protones.
Como la carga del átomo es nula, el número de electrones será igual al número atómico.
Número másico(A):Es la suma del número de protones y de neutrones.
Número atómico y másico.• La forma aceptada para
denotar el número atómico y el número másico de un elemento X es:
ISÓTOPOS.• Átomos que tienen el mismo número atómico, pero
diferente número másico.• Por lo tanto la diferencia entre dos isótopos de un
elemento es el número de neutrones en el núcleo.• Isótopos de carbono:
Isótopos de hidrógeno:
La forma más común es el hidrógeno, que es el únicoátomo que no tiene neutrones en su núcleo.
Indique el número de protones, neutrones y electronespara cada una de las siguientes especies:
17
8O199
80 Hg200
80 Hg
¿Cuál es el número de masa de un átomo de hierro quetiene 28 neutrones?
Calcule el número de neutrones de 239Pu
Masa de un átomo en unidades de masa atómica (uma)
Uma: una masa exactamente igual a un doceavo de la masa de un átomo de carbono-12
Hidrógeno tiene sólo 8,400% de la masa de C-12
Hidrógeno=0,084 x 12,00uma=1,008uma
Es la media de las masas isótopicas, ponderada de acuerdoa la abundancia en la naturaleza de los isótopos delelemento. (TABLA PERIÓDICA)
. (1) (1) ( (2) (2) .....m atómica abundancia masa abundancia masa
El bromo tiene 2 isótopos naturales. Uno de ellos, elbromo-79, tiene una masa de 78,918336uma y unaabundancia natural de 50,69%. ¿Cuál debe ser la masa y elporcentaje de abundancia del otro isótopo bromo-81?
L a abundancia de los dos isótopos naturales de la platason: 107Ag, 51,84% ; 109Ag, 48,16%. La masa de 107Ag es106,905092uma. ¿Cuál es la masa de 109Ag?Maprom=107,87uma
¿Cuáles son los porcentajes de abundancia natural de losdos isótopos naturales del Boro, 10B y 11B? Las masas deestos isótopos son 10,012937uma y 11,009305umarespectivamente.
Átomos o grupos de átomos que tienen una carga netapositiva o negativa.
A
Z X (Número de p) – (Número de e)
IONES• Ejemplos :
• 26 Fe 26protones 26 protones
26electrones 26Fe+2 24electrones
30neutrones. 30neutrones
átomo de hierro catión hierro +2
IONES.Los átomos pueden a su vez perder o ganar electronespara estabilizarse.
Cuando un átomo gana electrones, adquiere un exceso decarga negativa.
Formando un ión negativo o anión, que se representa como: X-
Cuando un átomo pierde electrones , tiene defecto decarga negativa. O más carga positiva que negativa.Formando un ión positivo o catión: X+
DISTRIBUCIÓN DE LOS ELECTRONES EN LA CORTEZA.
• Así , en un elemento como el potasio en estado neutro:
19 K 19 protones; 19 electrones; 20 neutrones
1ªcapa : 2e-
2ªcapa : 8e-
3ªcapa : 9e-
DISTRIBUCIÓN ELECTRONICA(CONT.)
• Hemos visto como losátomos se distribuyen enniveles o capas de energía.
• Dentro de cada nivelexisten además subnivelescon probabilidad deencontrarnos electrones.
NivelMax
de e-
subni
vel
Max
de e-
1 2 s 2
2 8s 2
p 6
3 18
s 2
p 6
d 10
Nivel Max de e- subnivel Max de e-
4 32
s 2
p 6
d 10
f 14
5 32
s 2
p 6
d 10
f 14
6 18
s 2
p 6
d 10
Ejemplo : Sodio
• Por lo tanto, para el SODIO (11 electrones), mi resultado es: 1 s2 2 s2 2 p6 3 s1
• 1º nivel: 2 electrones;
• 2º nivel: 8 electrones;
• 3º NIVEL: 1 electrón;
EJEMPLO: Cloro
• CLORO: 17 electrones
• 1 s2 2 s2 2 p6 3 s2 3 p5
• 1º nivel: 2 electrones
• 2º nivel: 8 electrones
• 3º nivel: 7 electrones
• En la tabla periódica podemos leer: 2 - 8 - 7
EJEMPLO: Manganeso
• MANGANESO: 25 electrones
• 1 s2 2 s2 2 p6 3 s2 3 p6 4 s2 3 d5
• 1º nivel: 2 electrones
• 2º nivel: 8 electrones
• 3º nivel: 13 electrones
• 4º nivel: 2 electrones
• En la tabla periódica podemos leer: 2 - 8 - 13 - 2
Formación de iones más probables.• Un ión perderá o ganará electrones , hasta que se
estabilice.• La forma más común de estabilización es la de
formar estructuras electrónicas de gas noble.• ¿PORQUÉ DE GAS NOBLE?
Los gases nobles son los elementos que menostienden a perder o ganar electrones ,no reaccionanapenas, solo bajo condiciones extremas. Por tantotodos los átomos tienden a adquirir una estructuraelectrónica similar a la de estos.
Formación de iones más probables.• Porque buscan lograr la estabilidad, como la piedra que cae
rodando por una montaña logra su estabilidad cuando sedetiene, cada elemento de la tabla periódica logra suestabilidad cuando adquiere la estructura electrónica del gasnoble(último grupo del S.P.) más cercano.
• Quedando el último nivel de energía de cada uno de éstosátomos con ocho electrones.
• Excepto los átomos que se encuentran cerca del Helio, quecompletan su último nivel con sólo dos electrones.
• Por ésta razón se denomina a ésta REGLA DEL OCTETO
Ejemplos de formación de iones más probables.
11Na-Podemos observar que el Nº atómico del SODIO está más cerca del Nº atómico del Neón.
-Si el SODIO pierde un electrón (una carga negativa) ,adquiere configuración de Neón.
-Entonces deja de ser neutro .
11Na :1s22s2p63s1 -1 e Na+
Ejemplos de formación de iones más probables.
17Cl
17Cl=1s22s22p63s23p5
+1electrón
17 Cl- 1s22s22p63s23p6
[Ar]
“....nada más
Grande y ni
más sublime
ha salido de
las manos del
hombre que el
sistema métrico decimal”.
Antoine de Lavoisier
Introducción
Introducción
El hecho de hacer experimentos implica la determinacióncuantitativa de las magnitudes que intervienen en ellos. Esdecir, de alguna forma (directa o indirecta) hay quemedirlas.
Los diferentes instrumentos permiten medir laspropiedades de una sustancia
Mediciones
LONGITUD MASA
TEMPERATURA
Mediciones
VOLUMEN
Mediciones
Nombre adoptado por la XI ConferenciaGeneral de Pesas y Medidas para unsistema universal, unificado y coherentede:
Unidades de medida, basado en el sistema mks (metro-kilogramo-segundo).
En 1960 la 11ª Conferencia General de Pesas y Medidas estableció definitivamente el S.I., basado en 6 unidades fundamentales
En 1971 se agregó la séptima unidad fundamental: el mol.
TÉRMINOS
MAGNITUD
SE LLAMA MAGNITUD AL FENÓMENO FÍSICO QUE SEMIDE. EJEMPLOS: LA LONGITUD, LA FUERZA, LATEMPERATURA, LA MASA, EL TIEMPO, EL VOLUMEN,LA CARGA ELÉCTRICA, LA VELOCIDAD. TODAS ELLASSON MAGNITUDES.
TÉRMINOS
UNIDAD
LA UNIDAD ES UNA CANTIDAD DETERMINADA DEMAGNITUD QUE SE ADOPTA COMO MEDIDA DEREFERENCIA. A CADA MAGNITUD SE LE ASIGNA UNAUNIDAD DE MEDIDA. POR EJEMPLO METRO PARA LALONGITUD, GRAMO PARA LA MASA, SEGUNDO PARAEL TIEMPO, JOULE PARA LA ENERGÍA.
TÉRMINOS
SISTEMA DE UNIDADES
Usando como base un conjunto de unidades primarias, y por combinación de las mismas, se definen los llamados SISTEMAS DE UNIDADES.
El más utilizado es el Sistema Internacional que tiene como base el metro, el kilo masa y el segundo.
Cantidad Fudamental Nombre de la unidad Símbolo
Longitud Metro m
Masa Kilogramo kg
Tiempo Segundo s
Temperatura Kelvin K
Cantidad de Sustancia Mol mol
Intensidad de corriente eléctrica
Amperio A
Intensidad luminosa Candela cd
Prefijos
múltiplos submúltiplos
Factor Prefijo Símbolo Factor Prefijo Símbolo
1018 exa E 10-1 deci d
109 giga G 10-2 centi c
106 mega M 10-3 mili m
103 kilo k 10-6 micro μ
102 hecto h 10-9 nano n
101 deca da 10-18 atto a
Mediciones mas frecuentes
- Masa y Peso
- Volumen
- Densidad
- Temperatura
- 1 Kg = 1000 g
- 1 cm3 = (1 x 10-2 m)3
1 mL = 1 cm3
- 1 g/cm3
CCK
C
FFC
F
CCF
º15.273º
º9
º5)32(ºº
º5
º9)32(ºº
ESCALAS DE TEMPERATURA
1. El mercurio es un metal líquido a temperaturaambiente. Su densidad es de 13.6g/ml, ¿cuántosgramos de mercurio ocuparán un volumen de 95.8ml?
2. A qué temperatura en grados Celsius equivalen105ºF? La temperatura de congelación deletilenglicol es -11.5ºC, ¿cuál es esta temperatura enºF? Si la temperatura del sol es de 11372ºF, ¿cuántoes su temperatura en Kelvin?
EJERCICIOS
Análisis dimensional
La distancia entre dos átomos de hidrógeno en una molécula de hidrógeno es de 74 picómetros. Conviértase esta distancia a metros.
El problema es: ? m = 74 pm. 1pm= 1 x 1012 m El factor unitario es:
Ejemplo
La densidad de la plata es 10,5 g/cm3. Conviértase la densidad a unidades de kg/m3.
El problema puede enunciarse como?Kg/m3 = 10,5 g/cm3.
Por tanto se necesitan dos factores unitarios: uno para convertir g a Kg y el otro para convertir cm3 a m3. Se sabe que 1kg = 1000g y que 1cm= 1 x 10-2 m, por tanto se pueden generar los siguientes factores unitarios:
La unidad estadio se utiliza en carreras de
caballos. Las unidades cadena y eslabón se
utilizan en agrimensura. Hay exactamente 8
estadios en 1 mi, 10 cadenas en 1 estadio y 100
eslabones en 1 cadena. ¿Cuál es la longitud de
1 eslabón expresada en pulgadas y con tres
cifras significativas?
1 milla = 1,609344 kilómetros
1. Realice los siguientes cálculos expresando cada número y la respuesta en forma exponencial y con el número adecuado de cifras significativas:a) 0.406x0.0023b) (432.7x6.5x0.002300)/(62x0.103)c) 32.18+0.055-1.652
2. El etilénglicol, un anticongelante líquido, tiene una densidad de 1.11g/mla) Cuál es la masa en gramos de 452ml de etilénglicol?b) Cuál es la masa en kilogramos de 18.6L de etilénglicol?c) Cuál es el volumen en ml ocupado por 65.0g de
etilénglicol?d) Cuál es el volumen en L ocupado por 23.9kg de
etilénglicol
ENLACES QUÍMICOS
NaCl
Na C
l
+
• Por los conocimientos que tenemos hasta elmomento, sabemos que existen al menos 103elementos en la tabla periódica.
• Entonces cabe preguntarse: ¿Cómo interactúanentre sí estos elementos?
• La “forma” en que se unen los elementos esmediante enlaces.
Introducción
¿Qué es un enlace?
En palabras muy simples, un enlace es una fuerzaque mantiene unidos a grupos de dos o másátomos, de tal forma que hace que funcionencomo una sola unidad.
Enlace
Un enlace es la fuerza que existe entre dosátomos, cualquiera sea su naturaleza, debidoa la transferencia total o parcial deelectrones.
De esta forma adquieren ambos unaconfiguración electrónica estable, la quecorrespondería a un gas noble.
Enlace
La respuesta a qué es un enlace no es tan simple,debido a que existen al menos tres modelos queexplican cómo se unen los átomos.
• Estos modelos son:
– Enlace iónico
– Enlace covalente
– Enlace metálico
Enlace
Enlace Iónico
• Es la unión que se realiza entre elementos cargadoseléctricamente, es decir, con cargas opuestas(recordemos que los polos opuestos se atraen).
• Este tipo de enlace ocurre generalmente entremetales y no metales.
• En este tipo de enlace los átomos transfierenelectrones completamente, pudiendo ser uno o máselectrones los que se transfieren.
Enlace Iónico
• En este proceso de transferencia de electrones seforman iones. El átomo que pierde electrones quedacargado positivamente y se llama catión. El átomoque gana electrones queda cargado negativamente yse llama anión.
• Ambos iones adquieren la configuración de un gasnoble.
Enlace Iónico No deja de ser curiosa la forma en que dos elementos que
en sus estados puros son peligrosos (el Na es un metal
corrosivo y el Cl es un gas venenoso), al combinarse
forman un compuesto que nosotros usamos diariamente
en nuestras comidas: la sal.
Na Cl NaCl
+ =
Enlace Iónico
• El Na entrega un electrón (el de su último nivel) al Cl,transformándose en el catión Na+.
• El Cl acepta este electrón, transformándose en elanión Cl-.
• Ahora ambos átomos tienen 8 electrones en suúltimo nivel. Es decir, adquirieron la configuraciónelectrónica de un gas noble.
Acá vemos como el Na entrega su electrón al Cl, quedando ambos como resultado de esta entrega con 8 electrones en su último nivel.
Ejemplo
Na Cl+ -
Los compuestos iónicos poseen una estructuracristalina independientemente de su naturaleza. Estehecho confiere a todos ellos unas propiedadescaracterísticas
En la figura se puede ver la estructura del cloruro de sodio.
En la forma (A) se indican las posiciones (centros) de los iones.
En la forma (B) se representan los iones como esferas empacadas.Los iones esféricos están empacados de manera que lasatracciones iónicas se maximicen.
Propiedades de los enlaces
iónicos
Son sólidos a temperatura ambiente.
son rígidos y funden a temperaturaselevadas.
Cloruro de sodio Cloruro de hierro III
2. En estado sólido no conducen la corriente
eléctrica, pero sí lo hacen cuando se hallan
disueltos o fundidos.
3. Tienen altos puntos de fusión y de ebullición
debido a la fuerte atracción entre los iones. Por
ello pueden usarse como material refractario.
4.Son frágiles y quebradizos.
Cloruro de Magnesio
5. Son muy solubles en agua. Estas disoluciones son
buenas conductoras de la electricidad (se denominan
electrólitos).
Cloruro de sodio disuelto en H2O
EL ENLACE COVALENTE
Las reacciones entre dos átomos no metalesproducen enlaces covalentes. Este tipo de enlace seproduce cuando existe una electronegatividad polar.
Se forma cuando la diferencia de electronegatividadno es suficientemente grande como para que seefectúe transferencia de electrones, entonces losátomos comparten uno o más pares electrónicos enun nuevo tipo de orbital denominado orbitalmolecular.
Dos átomos de Hidrógeno
Enlaces covalentes polares y no
polares
Existen dos subtipos de enlaces covalentes:
Los polares
No polares
Los enlaces polares covalentes ocurren porque
un átomo tiene una mayor afinidad hacia los
electrones que el otro.
En un enlace polar covalente, los electrones que seenlazan pasarán un mayor tiempo alrededor delátomo que tiene la mayor afinidad hacia loselectrones.
Agua
Los enlaces no polares tienen unaigual atracción (afinidad) hacia loselectrones, los electrones que seenlazan son igualmentecompartidos por los dos átomos,y se forma un enlace covalente nopolar.
Siempre que dos átomos delmismo elemento se enlazan, seforma un enlace no polar.
H2, N2, Cl2
Características del enlace
covalente
Direccionalidad y fragilidad en los
enlaces covalentes
•Otra de las principales
características del enlace covalente
es su direccionalidad, la cual hace
referencia al ángulo formado entre
los átomos enlazados
•Su fragilidad, se debe
principalmente a que cuando el
sólido es golpeado, los enlaces
prefieren romperse a dañar el
ángulo formado.
Molécula de metano CH4
Conductividad eléctrica
La falta de conductividad en estas sustancias se puedeexplicar porque los electrones de enlace estánfuertemente localizados atraídos por los dos núcleos delos átomos enlazados
Punto de fusión
Dada la elevada energía necesaria pararomper un enlace covalente, es deesperar un elevado punto de fusióncuando los átomos unidos extiendan susenlaces en las tres direcciones delespacio como sucede en el diamante.
Enlace Metálico
Los átomos de los metales pierden fácilmente los
electrones de valencia y se convierten en iones
positivos, por ejemplo Na+, Cu2+, Mg2+.
Los iones positivos resultantes se ordenan en el
espacio formando la red metálica.
Los electrones desprendidos forman una nube o mar deelectrones que puede desplazarse a través de toda lared. Así el conjunto de los iones positivos del metalqueda unido mediante la nube de electrones con carganegativa que los envuelve.
El enlace no es entre átomos, sino más bien entrecationes metálicos y lo que fueron sus electrones. -fuerzasdeatracción-
Los núcleos de los metales se organizan en estructuras
ordenadas
Características de los enlaces metálicos
1. Conductividad eléctrica: Se da por la presencia de un gran
número de electrones móviles.
2. Buenos conductores del calor: El calor se transporta a
través de los metales por las colisiones entre electrones,
que se producen con mucha frecuencia.
3. Brillo.
4. Puntos de fusión y ebullición altos.
5. Ductilidad y maleabilidad
En un metal, los electrones actúan como un pegamentoflexible que mantiene los núcleos atómicos juntos, loscuales pueden desplazarse unos sobre otros.Por lo tanto los cristales metálicos se pueden deformarsin romperse.
5. Tenacidad y deformabilidad.
Aquí podemos observar cómo los enlaces metálicos son más fuertes
que los enlaces iónicos cuando se someten a una fuerza, el enlacemetálico simplemente sufre una deformación y el enlace iónico serompe ante la misma fuerza.
Algunas Aleaciones
La aleación más importante, el acero, es intersticial:
podríamos decir que los pequeños átomos de carbono
están disueltos en el hierro.
Al aumentar la cantidad del carbono, el acero se vuelvemás duro.
Algunas Aleaciones
Con 0.2% de C se tienen aceros blandos para: (clavos ycadenas); con 0.6% se tienen aceros medios (los de rieles ovigas); y con 1% aceros de alta calidad (cuchillos, resortes,herramientas y similares).
Además del carbono, puede formar aleaciones con otroselementos, como Cr y Ni, con los que se produce el aceroinoxidable.
» Pieltre es una aleación (85% Sn, 7.3% Cu, 6% Bi,1.7%Sb) es muy empleada en utensilios de cocina.
• Las hojas de rasurar tienen
una aleación de Cr- Pt.
Las aleaciones del mercurio se llamanamalgamas. Las de plata y zinc son muyutilizadas por los dentistas para llenar lascavidades dentales.
El mercurio, que solo es muy venenoso,cuando se encuentra en esta amalgamano representa mayor problema de salud.
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