Introduccion, Apuntes de Química Aplicada

¡Descarga Introduccion y más Apuntes en PDF de Química Aplicada solo en Docsity! INTRODUCCIÓN TEMA O Conceptos básicos de QUÍMICA. ms E y ES 65 EA a de ii E E O A Tr E Pd ma u PIRTITIDaR Soc Mi De ds 4 o AS incas La 0 PP A a El E A a E E Te mer A Cl A DA A A A O PA 3 Cal q 48 cr ANA! + QUÍMICA: estudio de la materia y sus cambios. + MATERIA: cualquier cosa que ocupa espacio y tiene masa. . Clasificación de la materia: — Sustancia: composición definida y propiedades características. (Au, H¿O, NH,, azúcar, O,, CO,). — Mezcla: combinación de sustancias, conservando sus propiedades individuales características. Composición no constante. (aire, bebida, pintura, cemento). + HOMOGÉNEA: Idéntica composición en toda su extensión. + HETEROGÉNEA: Composición no uniforme en toda su extensión. TABLA — Elemento: sustancia que no se puede separar en sustancias más PERIÓDICA simples por métodos químicos. (Au, Cu, C, H, O). — Compuesto: sustancia formada por átomos de dos o más elementos unidos químicamente y en proporciones definidas. Se puede separar en sus elementos por métodos químicos. (H,O, CóH;¡206» NaCl, O,, SiO,). o electrolisis 2 H + 0) combustión ESA Y —ESTRUCTURA DEL ÁTOMO. Núcleo carga + Partículas subatómicas: Corteza » Protón: partícula del núcleo atómico con carga +. electrónica + Neutrón: partícula del núcleo atómico sin carga. e + Electrón: partícula que rodea al núcleo, con carga — (e7). TABLA PERIÓDICA = Número atómico (2): n* de protones en el núcleo del átomo de un elemento (= n? de e-). = Número másico (A): n* total de protones y neutrones en el núcleo del átomo de un elemento. Isótopos de un mismo <% ISÓTOPOS: átomos con el mismo n? atómico (Z) pero Audio diferente n* másico (A). % Notación de un átomo de un elemento: 4%7X 1H, 2,H, 3,H 12,C, 18,C, RO 238.8, 285. U a Grupos o familias Regularidades periódicas en las propiedades físico-químicas de los elementos Periodos Elementos ordenados según n? atómico (2) > Capas que se van llenando. Introducción Tabla Periódica de los Elementos Masas atómicas en uma + Abundantes en la Tierra RARA OS Introducción Tabla Periódica de los Elementos E Grupos E EE 0 9994 E y 1 E AN LO CUT ETA CREA UA 1 14 E E 76 ul Pi 79 pio PU LF 0 Las [192 PA] ds 07811196 967 Fm s ; : o * ASE » Distribución de los orbitales. — Hay 1 orbital s en todos los niveles. — Los orbitales p aparecen a partir del 2? nivel. Hay 3. — Los orbitales d aparecen a partir del 38 nivel. Hay 5. — Los orbitales f aparecen a partir del 4* nivel. Hay 7. — Principio de exclusión de Pauli: + En cada orbital cabe un máximo de 2 e- con espines opuestos. » n2 de e- por nivel = 2n?.n=1>2e- n=2>8e- Orbital n=3>18e y disposición de n=4>328... er con espines: — Regla de la multiplicidad de Hund: cuando en un mismo antiparalelos | y! subnivel hay disponibles varios orbitales los e- se colocan de (e- apareados) modo que ocupan el mayor n? de ellos y, además, con paralelos |1||1 espines iguales o paralelos. = configuración electrónica de (e” desapareados) menor energía de un átomo. Orbitales s Simetría esférica O El volumen crece con el nivel de E ls 2s 3s ete. La probabilidad 'P2 de encontrar un e- alrededor del núcleo decrece con la distancia r. Orbital 1s Orbital 2s y 7 Nodo r T ls a 2 Orbitales p Eje de simetría * Dirigidos según los ejes x, y, z Las propiedades químicas de un elemento Elementos representativos E De) UE 3p dependen casi dp Bloque p exclusivamente de la óp Bloque d distribución electrónica del Bloque f nivel energético af más externo. 5 a “> GRADO en QUÍMICA UCM Introducción 12 CC. Biológicas Atomic Energy Levels d o e e ee n=4 de E p=-— > TE P=-=— ¿ IT ns E Quantum Quantum number El p= == number 1 s n= n n=] LES Principio de n=2 Aufbau: los e- se za van disponiendo en los distintos n=4 orbitales según as la energía de los niveles, n=6 empezando por di los de menor energía. Curso 2013/2014 Prof. Dr. David García Fresnadillo Su =$ 230 3 EE 55, a. Lu $ 32 g25-3 3 E 9 o8g0 < coa.o < O O < o om OR T02Z.20 3 9Sg5 DS ISEDIIT A 20 2255253 8290,.0 <X SESTOLOIS£2I=G ao LE RBOSERTGSO o LO 0DAJQAxX ax O00LN:-X. 0. mee aaa ele BEE EEE BEE (=](818l [=](aIfe] OOO OOOO [ru] fue]fw) O a 3 <cogy o o0OUOoO mk + o oc e>588g =3DS LS 223 5 0 + CO =>30623 Ln AO Introducción Ú [H] = 181 [He] = 18?. NG [Li] = 192281, Perodo [Be] = 18? 282, e [B] = 18?2s?p!, [C] = 18?2s?p?, [N] = 18? 2s?p3, [0] = 152 28?p*, [F] = 18? 28?p5, [Ne] = 182 28?p0. [Na] = [Ne] 3s!. [Mg] = [Ne] 38?. [AI] = [Ne] 3s?p*. [Si] = [Ne] 3s?p2. [P] = [Ne] 3s?p*. [S] = [Ne] 3s?p*. [Cl] = [Ne] 3s?p*, [Ar] = [Ne] 3s?p8. [K] = [Ar] 4s!. ... ¡IC Sis A ESAS O anm ¡A NE NS ¡O SS CES SAS) E] Na ES A pl 3 P 2 3 ES y) Ad E 5 p) 10 3 Bi A ba 14 10 10 El El Uun Uuu Vub Uut Uug Uup Uuh Uns Uno AS 14 14 14 14 14 14 14 14 14 8 9 10 10 10 10 JO 10 10 E ys SS ES A ASIS ES E EAS SS ES 5 EN + MEDIDA DE LA CANTIDAD DE SUSTANCIA. — Masa atómica = masa de un átomo en unidades de masa atómica (u.m.a.). Es función del n* de p*, e y n del átomo. *,H, 2,H, 3,H (4) — u.m.a. = 1/12 de la masa de un átomo de 12¿C. (Definición IUPAC). — Masa atómica promedio = tiene en cuenta la abundancia natural de los distintos isótopos naturales del elemento. (Tabla periódica). — Masa molecular = suma de las masas atómicas promedio en u.m.a. de todos los átomos que forman parte de una molécula. (H20 = 18,01528 u.m.a.). 1 mol de agua — Molécula-gramo o MOL = cantidad de sustancia que contiene contiene tantas entidades elementales o partículas (átomos, moléculas) 6,022 x 10% como átomos hay exactamente en 12g de 12¿C. moléculas de — Un MOL tiene el n? de Avogadro de partículas de la sustancia HO y tiene considerada = 6,022 x 10% partículas. una masa de — Masa molar = masa en y de 1 mol de unidades (átomos, 18,01528 y moléculas) de una sustancia. (1 mol de H,O = 18,01528 9). + FÓRMULAS QUÍMICAS. Se utilizan para expresar la COMPOSICIÓN de las MOLÉCULAS y también de los COMPUESTOS IÓNICOS por medio de SÍMBOLOS QUÍMICOS. => Composición según los elementos presentes y su proporción. símbolos — Fórmula empírica = indica los elementos presentes y la relación químicos mínima, en n? entero, entre sus átomos. (La más sencilla posible). MN hidrato de carbono: CH¿O (glucosa C¿H,20g), benceno: CH (C¿Hg), H,CO, agua oxigenada: HO (H,O.,), lisina: C¿H,NO (C¿H,¿N¿O,). 4 — Fórmula molecular = indica el n* exacto de átomos de cada NW! elemento que están presentes en la unidad más pequeña de esa subíndices sustancia. glucosa C¿H,20g, agua oxigenada H,0,, C¿H,¿N¿0O, (lisina), H», H2O, O», Oz, H¿SOj, KOH, NaCl, C¿H¿O (etanol). Pero existen ISÓMEROS = moléculas con la misma fórmula molecular pero distinta estructura > ¡Es necesaria otra representación!. + FÓRMULAS QUÍMICAS. ¿Fórmula . . , . empírica — Fórmula estructural = muestra cómo están unidos entre sí los molecular y átomos de una molécula > CONECTIVIDAD. EA Hidrógeno Agua Amoniaco Metano e la cafeina Fórmula y la aspirina? molecular 2 H¿0 NH CH, H 5 H-N—H | Fórmula H—H H-O—H 1 H-C—H , estructural | Esfera = núcleo H (tamaño no Modelo proporcional) molecular HQ A, Barra = enlace de esferas (ángulos correctos) Y barras No se ven los Modelo enlaces pero sí la Molecular estructura 3D, £Spacial tamaño y forma . _ proporcional. ¡Las moléculas tienen forma y tamaño! + REACCIONES QUÍMICAS Y ECUACIONES QUÍMICAS. — Reacción química: proceso por el cual una sustancia cambia su composición para formar una o más sustancias nuevas. — Representación de reacciones químicas (Ecuaciones químicas): conjunto de símbolos químicos empleados para mostrar qué sucede en una reacción química. Tipos de flecha: flecha irreversible Reactivo(s) ———=> Producto(s) reversible lo que reacciona lo que se forma la reacción procede de izda. a dcha. según el sentido de la flecha Sobre la flecha se indican las coeficientes de ajuste estequiométrico condiciones de reacciona con reacción: Aref., T, H+o HO- 2 H a) + O), (2 —_——=> 2 HO 0 disolvente... Ts estado físico ES * SS + REACCIONES QUÍMICAS Y ECUACIONES QUÍMICAS. Ley de a La ecuación debe estar ajustada estequiométricamente. para e la masa. o A que se conserve la masa = el n* de átomos antes de comenzar Cálculo de 0 : dm A » os la reacción debe ser igual al n* de átomos al finalizar la reacción. rendimientos de reacción: Estequiometría: estudio cuantitativo de los reactivos y > Tener en productos en una reacción química. cuenta el reactivo £ o o limitante vs Método del mol: los coeficientes estequiométricos en una reactivos en reacción química se pueden interpretar como el n* de moléculas exceso. o de moles de cada sustancia. (2 CO ¿, + O» (q, > 2 CO» (q) )- A, ref. H* Rendimiento de CHj0H (y + CH¿COH (1) CH¿CO,CH; (1) + ELO (p reacción (p) P=PreallPreórico* 100 H20 al Na,COz (s) ———» Na2COz3 (ac) + 2 HCl (ac) ——» 2 NaCl (ac) + H2CO. o también 209 (8) 2COs (ac) (ac) (ac) + ECO) (ac) MOlproducto obtenidas p — MOlreactivo limitante x100 KBr (ac) + AgNO3 (ac) ———> KNOs (ac) + AgBr e) + ENERGÍA de las REACCIONES QUÍMICAS (Termoquímica). Ley de — En una reacción: contenido energético de reactivos + al de conservación los productos. Durante la reacción se pone en juego E. de la energía. (Calor de reacción, absorbido o desprendido). — Cada molécula posee una Equímica O Einterna C4racterística Ley de Hess que depende de los enlaces entre los átomos. Si en la 1) ¿AH? reacción y la Entoma, Se desprende energía y viceversa. C+Y 0, > CO + Reacción exotérmica > se desprende energía, (Er > Ep). + Reacción endotérmica > se absorbe energía, (En < Ep). 2) AH,= -283kJ/mol CO +% 0, > CO, —Entalpía de reacción: calor de reacción a P cte. (AH). AH, > 0 > endotérmica, AH, < 0 > exotérmica. 3) AH= -398kJ/mol Las entalpías de reacción son aditivas (Ley de Hess) porque C +0, > CO, dependen de las sustancias iniciales y finales de la reacción, pero no de los pasos intermedios o camino de reacción. AH, = AH, - AH, . % (+ Mecanismo de reacción). + EQUILIBRIO QUÍMICO. — Hay procesos químicos que son reversibles: los productos de reacción se combinan entre sí para dar lugar de nuevo a los reactivos, llegando a igualarse las velocidades del proceso directo e inverso y alcanzándose concentraciones fijas de reactivos y productos => ESTADO de EQUILIBRIO. — Equilibrio dinámico: los procesos a nivel microscópico continúan aunque las propiedades macroscópicas sean constantes. —El estado de equilibrio sólo puede alcanzarse en sistemas cerrados => no hay separación entre reactivos y productos. Ley de acción — Ley del equilibrio químico: aA + bB S cC + dD de masas Sos constante Je Y¿= Kk¿x [A]? x [B]?; v;= k x [C]* x [D]*. Equilibrio => v, = Y, equilibrio K.. Ko = ([C]* x [D]*) / ([AJ* x [B]P). (Para gases > presión). + EQUILIBRIO QUÍMICO. — La constante de equilibrio (K.,) es característica de cada reacción química y depende sólo de la temperatura. — La constante de equilibrio (K¿,) no tiene dimensiones. — La constante de equilibrio (K.,) engloba la concentración o de sólidos y líquidos puros, por ser constantes. Principio de Le Chátelier: — Valores de K.¿ grandes = equilibrio desplazado a la WT > endot. derecha (formación de productos). Y T => exot. — Valores de K., pequeños = equilibrio desplazado a la FP = 4 n* mol. izquierda (formación de reactivos). ADOS — Factores que afectan al equilibrio: T, P y concentración 1 [R] > dcha. a : V [P] > dcha. “Cuando en un sistema en equilibrio se varía algún factor 1 [P] > izda. externo, el equilibrio se desplaza en el sentido que tienda a V [R] > izda. compensar dicha variación.” (Principio de Le Chátelier).