T.P Nº1, DE ESCUELA TECNICANº1, 304. INT. A LA FISICOQUIMICA

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quimica para indus,sbnº15, sbnº4,sbnº9

Historia: modelos atómicos

Desde la Antigüedad, el ser humano se ha cuestionado de qué estaba hecha la materia. Unos 400 años antes de Cristo, el filósofo griego Demócrito consideró que la materia estaba constituida por pequeñísimas partículas que no podían ser divididas en otras más pequeñas. Por ello, llamó a estas partículas átomos, que en griego quiere decir "indivisible". Demócrito atribuyó a los átomos las cualidades de ser eternos, inmutables e indivisibles. Sin embargo las ideas de Demócrito sobre la materia no fueron aceptadas por los filósofos de su época y hubieron de transcurrir cerca de 2200 años para que la idea de los átomos fuera tomada de nuevo en consideración.

Año Científico Descubrimientos experimentales Modelo atómico 1808 John Dalton Durante el s.XVIII y principios del XIX algunos científicos habían investigado distintos aspectos de las reacciones químicas, obteniendo las llamadas leyes clásicas de la Química. La imagen del átomo expuesta por Dalton en su teoría atómica, para explicar estas leyes, es la de minúsculas partículas esféricas, indivisibles e inmutables, iguales entre sí en cada elemento químico. 1897 J.J. Thomson Demostró que dentro de los átomos hay unas partículas diminutas, con carga eléctrica negativa, a las que se llamó electrones. De este descubrimiento dedujo que el átomo debía de ser una esfera de materia cargada positivamente, en cuyo interior estaban incrustados los electrones. (Modelo atómico de Thomson.) 1911 E. Rutherford Demostró que los átomos no eran macizos, como se creía, sino que están vacíos en su mayor parte y en su centro hay un diminuto núcleo. Dedujo que el átomo debía estar formado por una corteza con los electrones girando alrededor de un núcleo central cargado positivamente. (Modelo atómico de Rutherford.) 1913 Niels Bohr Espectros atómicos discontinuos originados por la radiación emitida por los átomos excitados de los elementos en estado gaseoso. Propuso un nuevo modelo atómico, según el cual los electrones giran alrededor del núcleo en unos niveles bien definidos. (Modelo atómico de Bohr.)

Símbolos y fórmulas:A cada átomo se le asigna un símbolo. Los símbolos provienen en su mayoría del latín, (Fe = Ferrum, Au = Aurum, Ag = Argentum, Cu = Cuprum, etc.), o de lenguas germánicas (Na = natrium, K = kalium), o del lugar donde se descubrieron (Ge, Po).Se definen las moléculas como la mínima cantidad posible de una sustancia que posee todas sus propiedades.Las moléculas se representan por fórmulas (agua=H₂O;  amoniaco=NH₃).

¿Qué es la tabla periódica? Se trata de una ordenación de los elementos de acuerdo con sus propiedades químico-físicas (actualmente el criterio de ordenación es el número atómico, es decir, el número de protones que contiene el núcleo del átomo). La tabla periódica indica ciertas propiedades químico físicas de cada elemento. En las más sencillas, suele indicarse el símbolo, el número atómico y la masa. En las tablas más completas se indica un gran número de propiedades, como la electronegatividad -la electronegatividad mide la tendencia que tiene un átomo de atraer hacia sí los electrones compartidos en un enlace covalente-, potenciales de ionización -se trata de la energía necesaria para extraer un electrón de un átomo y convertirlo en un ion positivo- , temperaturas de fusión y ebullición, estructura cristalina, etc.

Cómo usar la Tabla Periódica:

Significado de los símbolos que aparecen en las diferentes Tablas Periódicas:

Grupos o familias: Columnas del Sistema Periódico. Corresponden a elementos que poseen la misma estructura electrónica en la última capa, aunque ésta es distinta para cada uno de ellos. Como consecuencia, tienen propiedades parecidas. Hay 18. Se numeran de tres formas:

·                                                          La recomendada por la IUPAC (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada) comienza por el 1 (Metales alcalinos) y termina en el 18 (Gases nobles).

·                                                          Emplea números romanos y letras mayúsculas o minúsculas. Estas dos son las más usadas.

·                                                          La tercera numera de IA a VIIA seguido, las tríadas del hierro, Cobalto y Níquel como VIII y, a partir de cobre hasta flúor se usan los mismos números romanos pero con la letra B detrás. Menos usada que la anterior.

Períodos: Filas del Sistema Periódico. En cada período se sitúan los elementos que tienen igual nivel energético superior (en sus configuraciones electrónicas el número cuántico principal será el mismo).

El símbolo del elemento: una o dos letras del nombre latino o latinizado del elemento del elemento. A partir del elemento 110 se usan, provisionalmente, tres letras.

En la parte inferior: masa atómica (tablas Sistema Periódico, Metales y no metales, Grupos, Estado físico, Llenado de orbitales), energías (de ionización, afinidad electrónica, de fusión y vaporización), y otros valores periódicos (electronegatividad, radio atómico, radio iónico (y carga del ion), volumen atómico, densidad, puntos de fusión y ebullición). El color del texto o del fondo (salvo en la tabla denominada Sistema Periódico) ayuda visualizar las variaciones correspondientes.

Características Generales de la Tabla Periódica

Tengamos presente que la forma de la tabla periódica de los elementos más usada en nuestros días que es la tabla larga. En la figura  se muestran algunas características generales de la tabla periódica de los elementos y se hace referencia a su nomenclatura.

BLOQUES DE LA TABLA PERIÖDICA

La tabla periódica se puede también dividir en bloques de elementos según el orbital que estén ocupando los electrones más externos.

•                  Los bloques se llaman según la letra que hace referencia al orbital más externo: s, p, d y f. Podría haber más elementos que llenarían otros orbitales, pero no se han sintetizado o descubierto; en este caso se continúa con el orden alfabético para nombrarlos.

                               Modelo atómico de BOHR

    . Los electrones en los átomos están localizados en orbitas o niveles de energía circulares alrededor del núcleo.

    . Los electrones en orbitas mas cercanas al núcleo tienen menor energía que los que están en orbitas mas alejadas.

    . Un electrón en un átomo puede tener solo ciertos valores de energía permitidos. Esta energía determina que orbita ocupa el electrón.

    . Los electrones pueden saltar de una orbita a otra, ganando o perdiendo una cantidad concreta de energía que se conoce como CUANTO.

   . El número de un nivel, indica que nivel de energía ocupa un electrón. El nivel de menor energía es el que corresponde a n=1, o sea el mas cercano al núcleo.

   . El número cuantico secundario da cuenta del subnivel que ocupa el electrón y la forma de los orbitales.

   . Orbital atómico: Zona del espacio en torno al núcleo donde es máxima la probabilidad de hallar un electrón.

   . Números cuanticos: Los cuatro números que nos indican la energía de un electrón en un átomo.

     Con las hipótesis de Bohr. Otro científico Sommerfeld; introdujo un nuevo concepto, el desdoblamiento de cada nivel de energía en subniveles                                 

                                                                Configuración electrónica

    Se ha demostrado que las propiedades de los elementos dependen de los electrones existentes en sus átomos. De            aquí, la importancia de conocer la configuración electrónica determinando la cantidad de electrones y su distribución alrededor del núcleo.

1-               Los electrones de un átomo se distribuyen en niveles de energía discretos que se denominan niveles de energía principales y se designan por números enteros simbolizados por “n”; n=1,2,3… El numero máximo de electrones esta dado por: 2. n ²

2-               Cada nivel de energía principal contiene uno o más tipos de orbitales que se llaman subniveles.

3-               El numero de subniveles presentes en un nivel de energía dado es igual a n. Poe ejemplo; el nivel 1 contiene un subnivel( 1s) , el nivel 2 contiene dos subniveles, el subnivel 2s y tres orbitales 2p.

4-               El valor “n” siempre se emplea para marcar los orbitales de un nivel principal dado y va seguido de una letra que indica el tipo y forma de un orbital. Por ejemplo, la designación 3p significa que el orbital del nivel 3 tiene dos lóbulos.

El átomo tiene el mismo número de electrones que de protones puesto que en su carga neta total es otro. Los niveles y subniveles de energía se ubican alrededor del núcleo según energías crecientes.

                               

EJEMPLOS: Para el fósforo (número atómico 15), tenemos: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p³.

Sin embargo, existen excepciones, como ocurre en los elementos de transición al ubicarnos en los grupos del cromo y del cobre, en los que se promueve el electrón dando así una configuración fuera de lo común.

Se presenta en elementos de los grupos VIB e IB

Grupo VIB:

24Cr 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d4 : es incorrecto

24Cr 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s1, 3d5 : es correcto
Grupo IB:
29Cu: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d9 : es incorrecto
29Cu: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s1, 3d10 : es correcto
EJERCICIOS:
1-Realizar los diagramas de Bohr de los siguientes elementos: Ca, K, Co, P, S, Ti, y  Br.
2- ¿Cuál de las siguientes configuraciones electrónicas corresponde al átomo de cobre (Cu), de número atómico 29? (En la notación se indican los niveles por números colocados como coeficientes y los índices de las letras indican el número de electrones en ese subnivel): Marca con una cruz la opción correcta.

1-               1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4p¹

2-               1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s²

3-               1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s¹

4-               1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹⁰ 4p²

3- ¿Qué tienen en común las configuraciones electrónicas de los átomos de Li, Na, K y Rb?: Marca con una cruz la opción correcta.

1.                Que poseen un solo electrón en su capa o nivel más externo

2.                Que poseen el mismo número de capas o niveles ocupados por electrones

3.                Que tienen completo el subnivel s más externo

4.                Sus configuraciones electrónicas son muy diferentes y no tienen nada en común

4- ¿Qué tienen en común las configuraciones electrónicas de los átomos de Ca, Cr, Fe, Cu y Zn? Señala las afirmaciones correctas: Marca con una cruz la opcion correcta.

1.                Todos tienen el mismo número de capas o niveles ocupados por electrones

2.                Tienen el mismo número de orbitales ocupados por electrones

3.                Todos tienen el mismo número de electrones en su nivel más externo

4.                Tienen pocos electrones en su nivel más externo

5-  a) Escriba la configuración electrónica de: Sr ;  Cr ;   I ; Cl

    b) Clasifique y explique a qué grupo, período y bloque de la Tabla Periódica pertenece cada uno

6-Completa la tabla:

SIMBOLO	NOMBRE	A	Z	n	P+	e-	Configuración electrónica	C.E.E
	BARIO
Fe
Se
	TELURIO
Co
	ORO
Cs

7-Indicar la estructura nuclear de un atomo con Z=40 y A=84

8-Dar tres ejemplos de isotopos del atomo Hidrogeno, busca los nombres correspondientes.

9- Dar las configuraciones electronicas de los atomos de los elementos de:

Z=3,11,19,37,55 ¿encuentra alguna analogia?

10- Escriba las configuraciones electronicas completas y la C.E.E de los siguientes elementos:

Z=6,12, 20,31,42,50 ¿a que elemento pertenecen, a que grupo, periodo y bloque?

11- Escribe tres isotopos del elemento Aluminio

12- Indicar V o F, y justificar las falsas: para un atomo dado:

a- los protones ocupan la zona nuclear

b- el nuemro atomico es la suma de protones y neutrones

c- los electrones forman parte del nucleo

d- los neutrones ocupan la zona extranuclear

e- el numero de protones es igual al numero de electrones

f- con el numero atomico se puede determinar el numero de neutrones

g- la zona nuclear ocupa un pequeño volumen sin masa

EJERCICIOS PARA 3º INDUSTRIAL Y RESOLUCION DE EJERCICIOS

                              EJERCICIOS DE FUERZA, PESO Y ENERGIA

1-     Calcula tu peso en la Tierra, gravedad: 9.8 m/s²; y en la luna, gravedad: 1.67m/s². Expresado en Newton. (N)

2-     Calcular la masa de un objeto que pesa 70 kgf = kg, luego exprésala en gramos.

3-     Cual es el peso de un cuerpo cuya masa es de 25000 grs. Si se encuentra en Mercurio, gravedad: 3.72 m/s².

4-     Un cuerpo tiene una masa de 50 kg. Cual es su peso en la Tierra y en Venus, gravedad: 8.87 m/s²?

5-     Un objeto pesa 200 N en la Tierra. Cual seria su peso en Marte, donde la gravedad es de 3.71 m/s²?

6-     Un cuerpo que pesa 100 N en Júpiter, cuanto pesaría en la Tierra? G Júpiter: 24.86 m/s²

7-     Si un objeto pesa 45 kgf en la Tierra, cual seria su peso en algún planeta, sabiendo que la gravedad es el triple de la Tierra?

8-     Cual es la fuerza neta de un móvil, cuya aceleración es de 10 m/s² y posee una masa de 200000 grs.

9-     Que aceleración experimenta un cuerpo de 10 kg sobre el que actúa una fuerza de 100 N?

10-  Sobre un carro de supermercado cargado, se ejerce una fuerza neta de 50 N. Si la masa del carro es de 20000 grs, cual es su aceleración?

11-  Cual es la aceleración de un cuerpo, cuyo peso es de 250 N y es empujado por su propio peso.

12-  Que aceleración experimenta un móvil cuya masa es de 24000 grs. Y es empujado por una fuerza neta de 15kgf.

13-  Cual es la masa de un cuerpo expresada en gramos, si posee una aceleración de 20 m/s² y se le aplica una fuerza para detenerlo de 75 kgf.

14-  Si la fuerza aplicada a un objeto es constante, al triplicarse la aceleración también se triplica su masa?

15-  Completa el siguiente cuadro, amigándoles el nombre de la Energía:

 

                                  

NOMBRE	DEFINICION	EJEMPLO
	Es la que hace funcionar a los aparatos, podemos obtenerla A través de la red de distribución domiciliaria, usando pilas o Baterías, que son dispositivos que almacenan esta energía.	Encender una lamparita para la iluminación.
	Algunos materiales y muchas otras sustancias son usados por el hombre para extraerles su energía mediante la combustión. También en los alimentos contienen esta energía, q se libera cuando se combina con el oxigeno que respiramos, quemándose en el interior de nuestro cuerpo.	Materiales combustibles: La nafta, el gas-oil, El carbón, la madera, etc.
	Al estirar, o comprimir el material, se fuerza sus moléculas a separarse o acercarse. Entonces, la energía acumulada se debe a la deformación a la que se sometió el material.	Un resorte, un arco, una cinta elástica, etc.
	Los núcleos de los átomos que tienen muchos protones y neutrones(elementos pesados) poseen cierta inestabilidad, debido a su tamaño, los nucleones se encuentran bastantes separados entre si. Esto hace que la fuerza eléctrica de repulsión se haga importante y pueda llegar a separar el núcleo en pedazos. Al romperse o fisionarse el núcleo de un átomo, se libera una inmensa cantidad de energía.	En las centrales nucleares se logra producir la fisión controlada de grandes cantidades de núcleos de elementos pesados, obteniéndose este tipo de energía.
	Calentar un objeto implica entregarle energía y enfriarlo significa quitarle energía. A este tipo de energía que se transfiere de los objetos mas calientes a los más fríos se le llama calor.	Si, en una noche fría nos acercamos a una fogata para calentarnos, esta nos dará calor, que es una forma de recibir energía.
	Todos los cuerpos que tienen luz propia como el sol, las lamparitas, los faroles, etc; envían energía al medio que nos rodea.	La luz es un tipo de radiación, que resulta visible al ojo humano, existen otras formas de engría: los rayos X, las ondas del microondas, las ondas q emiten la radio y la TV. Etc.

Ayuda: Energía nuclear, Energía química, Energía radiante, Energía térmica, Energía elástica y Energía eléctrica.

16-  Calcular la energia cinetica (Ec) de un movil cuya masa es de 2500 kg, y adquiere una velocidad de 25 m/s.

17-   Calcular la Ec de un ciclista que viene con una velocidad de 36 m/s, y posee una masa total de 95000 grs.

18-  Cual sera la Ec de un cuerpo que pesa 30 kgf si su velocidad es de 52 m/s?

19-  Cual sera la energia potencial (Ep) de un cuerpo que cae desde 40 m si su peso es de 50 N?

20-  Calcular la Ep de una pelota que cae desde 35m si su masa es de 5200 grs.

21-  Calcular la masa de un cuerpo que posee una Ec de 25000 J, sabiendo que su velocidad es de 28m/s

22-  Calcular la velocidad de un movil, sabiendo que posee una masa de 600kg y la Ec es de 4000 J.

23-  Calcular la altura desde donde cae un objeto de peso 80 N, si su Ep es de 5500 J.

24-  Calcular el peso de un cuerpo que cae desde 120m si su Ep es de 6000 J.

25-  Cual es la Ep de un cuerpo cuyo peso es de 75 kgf y cae desde 45 m.

26-  Calcular la energia que se consumira al frenar un vagon de ferrocarril de 8000 kgf, que marcha a razon de 5m/s.

27-  Que Ec tiene al tocar el suelo un cuerpo de 100 kgf de peso que cae desde 40m? ¿ cual sera la Ep del cuerpo a los 40m? ¿que energia potencial y cinetica tenia en el punto medio de la trayectoria? Y cuando faltaban 10 m para llegar al suelo? Que teorema usastes?

28-  Cual es la Ep de un cuerpo de 48 kg, que cae con una velocidad de 60m/s?

29-  Que Ep tiene una pelota de 8000 grs. Que esta a 60m de altura? Y cual sera su Ec al tocar el suelo? Cuanto valen la Ec y la Ep a la mitad del trayecto?

30-  Cual es la Ec al tocar el suelo,de un cuerpo de 55 kg que cae desde 200 m de altura?

                           EJERCICIOS DE TRABAJO, ENERGIA Y POTENCIA

1-     Calcular el trabajo de una fuerza de 1000 N cuyo punto de aplicacion se desplaza 50m, en direccion de la fuerza.

2-     Caluclar el trabajo suponiendo que la fuerza anterior forma una angulo de 60º  con la direccion del desplazamiento.

3-     A que altura habra sido levantado un cuerpo que pesa 10 kgf, si el trabajo empleado feu de 5000 joules?

4-     Un hombre que pesa 80 kgf sube a una torre de 25m. Calcular el trabajo que realiza.

5-     Calcular en HP la potencia puesta en juego por el hombre anterior, sabiendo que tarda 10 min en llegar a lo alto de la torre. Expresar el resultado en Kw-h

6-      Para llenar un tanque hay que levantar el agua hasta una altura de 10m. El tanque es cilindrico y tiene 2m de altura y 1 m de radio. La bomba utilizada tiene una potencia de 1 HP. Calcular el tiempo que tardara en llenar el tanque.

7-     De un pozo deben extraerse cada 3 minutos 900 litros de agua desde una profundidad de 150 m. Cauntos HP debe desarrollar el motor, si el 40% de su potencia se pierde?

8-     Qué potencia deberá poseer un motor para bombear 500 litros de agua por minuto hasta 45 m de altura?

9-     Calcular la energia consumida de una lamparita de 60 w, si se encuentra encendida durante 4 hs?

10- En una panaderia un horno electrico se encuentra encendido 5hs diarias, si el trabajo del horno es de 250000 J, calcular el consumo de energia que gasta durante un mes? Precio unitario: 0.1930

11-  Calcular el gasto electrico de una plancha si su trabajo neto es de 2500 J y se usa tres horas diarias.

Equivalencias: 1 HP= 736 w

                         1 Kw= 1000 w

                         1 kgf= 9.8 N

                         1h= 3600 s

                         1h= 60 min