lunes, 13 de septiembre de 2010
domingo, 12 de septiembre de 2010
QUIMICA GENERAL
HECTOR GALEANO
CARLOS RAMIREZ
MAURICIO PATIÑO
LORENA POVEDA
PROFESORA: MARIA CRISTINA GAMBOA
UNIVERSIDAD DISTRITAL FJC
II SEMESTRE DEL 2010
BOGOTA D.C.- COLOMBIA
La química: una ciencia en tres niveles
La química opera en tres niveles. En el primer nivel trata de la ciencia y sus transformaciones. Este nivel puede verse realmente las transformaciones, como cuando se quema un combustible, una hoja cambia de color en el otoño o el magnesio arde con gran resplandor en el aire. Este nivel es el nivel macroscópico, que se ocupa de las propiedades de los objetos grandes y visibles. Sin embargo, existe un mundo inferior de transformaciones, un mundo que no puede verse directamente. En este nivel microscópico, mas profundo, la química interpreta dichos fenómenos en término de reordenamiento de átomos. El tercer nivel es el simbólico, la expresión de los fenómenos químicos a través de símbolos químicos y ecuaciones matemáticas. Este nivel mantiene unidos a los otros dos niveles. Un químico piensa a nivel microscópico, realiza experimentos a nivel macroscópico y representa a ambos simbólicamente. Estos tres aspectos de la química pueden esquematizarse como un triangulo, con los vértices designados como macroscópico, microscópico y simbólico.
La historia de la química
La Química como ciencia: El filósofo griego Aristóteles pensaba que las sustancias estaban formadas por cuatro elementos: tierra, aire, agua y fuego. Paralelamente discurría otra corriente, el atomismo, que postulaba que la materia estaba formada de átomos, partículas indivisibles que se podían considerar la unidad mínima de materia. Esta teoría, propuesta, por el filósofo griego Leucipo de Mileto y su discípulo Demócrito de Abdera no fue popular en la cultura occidental dado el peso de las obras de Aristóteles en Europa. Sin embargo tenía seguidores (entre ellos Lucrecio) y la idea se quedó presente hasta el principio de la edad moderna.
Este periodo del desarrollo de la química parece iniciarse en Egipto, o Khem, la tierra del suelo oscuro, y de allí podría derivar Al Ken (el arte del suelo oscuro) que combina aspectos que van desde filosofía griega y artesanía oriental hasta magia y misticismo religioso. Su principal objetivo se dice que era la obtención de metales nobles, tales como oro y plata, a partir de metales comunes, como estaño y plomo, transmutándose por la piedra filosofal.
Entre los siglos IV y V, los emigrantes llevaron sus conocimientos a los Árabes. Entre los siglos VIII y XI se alcanzo un notable desarrollo de las ciencias en esta región. Los conocimientos de los alquimistas Árabes fueron llevados a Europa entre los siglos XI y XVI, a través de Sicilia y España.
El mayor aporte de los alquimistas es el de los equipos y aparatos de laboratorio, las técnicas experimentales y métodos para preparar numerosas especies químicas.
Algunos alquimistas famosos fueron Geber, Avecina, Averroes, San Alberto Magno, Roger Bacon, Raimundo Lulio.
En la def8inicion de la química,. Una de las ciencias mas importantes para el desarrollo de la química encontramos que era una antigua práctica protocientífica y una disciplina filosófica que combina elementos de la química, la metalurgia, la física, la medicina, la astrología, la semiótica, el misticismo, el espiritualismo y el arte. La alquimia fue practicada en Mesopotamia, el Antiguo Egipto, Persia, la India y China, en la Antigua Grecia y el Imperio romano, en el Imperio islámico y después en Europa hasta el siglo XIX, en una compleja red de escuelas y sistemas filosóficos que abarca al menos 2.500 años.
La alquimia occidental ha estado siempre estrechamente relacionada con el hermetismo, un sistema filosófico y espiritual que tiene sus raíces en Hermes Trimegisto, una deidad sincrética grecoegipcia y legendario alquimista. Estas dos disciplinas influyeron en el nacimiento del rosacrucismo, un importante movimiento esotérico del siglo XVII. En el transcurso de los comienzos de la época moderna, la alquimia dominante evolucionó en la actual química.
Actualmente es de interés para los historiadores de la ciencia y la filosofía, así como por sus aspectos místicos, esotéricos y artísticos. La alquimia fue una de las principales precursoras de las ciencias modernas, y muchas de las sustancias, herramientas y procesos de la antigua alquimia han servido como pilares fundamentales de las modernas industrias química y metalúrgica.
La historia de la química está ligada al desarrollo del hombre y el estudio de la naturaleza, ya que abarca desde todas las transformaciones de materias y las teorías correspondientes. A menudo la historia de la química se relaciona íntimamente con la historia de los químicos y -según la nacionalidad o tendencia política del autor- resalta en mayor o menor medida los logros hechos en un determinado campo o por una determinada nación.
El principio del dominio de la química es el dominio del fuego. Hay indicios de que hace más de 500.000 años, en tiempos del homo erectus, algunas tribus consiguieron este logro que aún hoy es una de las tecnologías más importantes. No sólo daba calor en las noches de frío, también ayudaba a protegerse contra los animales salvajes y permitía la preparación de comida cocida. Esta contenía menos microorganismos patógenos y era más fácilmente digerirla. Así bajaba la mortalidad y se mejoraban las condiciones generales de vida. Nuevamente, resultó imprescindible para el desarrollo de la metalurgia, la madera, el carbón y la mayoría de los procesos químicos. Es así como la química es considerada una ciencia importante para la explicación de fenómenos de la vida cotidiana.
La química como tal comienza a desarrollarse entre los siglos XVI y XVII. En esta época se estudió el comportamiento y propiedades de los gases estableciéndose técnicas de medición. Poco a poco fue desarrollándose y refinándose el concepto de elemento como una sustancia elemental que no podía descomponerse en otras. También esta época se desarrolló la teoría del flogisto para explicar los procesos de combustión.
A partir del siglo XVIII la química adquiere definitivamente las características de una ciencia experimental. Se desarrollan métodos de medición cuidadosos que permiten un mejor conocimiento de algunos fenómenos, como el de la combustión de la materia, descubriendo Lavoisier el oxígeno y sentando finalmente los pilares fundamentales de la química moderna.
siglo XVIII fue el principal siglo del avance de la química ya que posterior a el ya se habien realizado diferentes experimentos sobre combustión, y estudio de los gases en los cuales de todos modos habían teoría aun mescladas con la filosofía como el flogismo y distintos experimentos sobre la reacción de los gases y el resultado de ellos en diferentes reacciones químicas; pero lo que marco este siglo para el desarrollo de la química fueron los experimentos de Antonio Lavoisier el cual rea un químico que descubrió gracias a su experimento el oxigeno lo cual revoluciono el campo químico ya que se podían dar explicaciones mas convincentes acerca de procesos de combustión y se obtenían resultados mas completos y desarrollados. A partir de este punto se empieza a desarrollar nuevos experimentos y aparecen nuevos avances en la ciencia química.
Robert Boyle da una definición de elemento definiéndola como una sustancia que no puede ser separada de tal forma que es la sustancia mas pura. Posteriormente se empieza a desarrollar la tabla periódica de tal forma que La historia de la tabla periódica está íntimamente relacionada con varios aspectos del desarrollo de la química y la física
El descubrimiento de los elementos de la tabla periódica, el estudio de las propiedades comunes y la clasificación de los elementos, la noción de masa atómica (inicialmente denominada "peso atómico") y, posteriormente, ya en el siglo XX, de número atómico y las relaciones entre la masa atómica (y, más adelante, el número atómico) y las propiedades periódicas de los elementos.
Lógicamente, un requisito previo necesario a la construcción de la tabla periódica era el descubrimiento de un número suficiente de elementos individuales, que hiciera posible encontrar alguna pauta en comportamiento químico y sus propiedades. Durante los siguientes 2 siglos, se fue adquiriendo un gran conocimiento sobre estas propiedades, así como descubriendo muchos nuevos elementos.
La palabra "elemento" procede de la ciencia griega pero su noción moderna apareció a lo largo del siglo XVII, aunque no existe un consenso claro respecto al proceso que condujo a su consolidación y uso generalizado. Algunos autores citan como precedente la frase de Robert Boyle en su famosa obra "The Sceptical Chymist", donde denomina elementos "ciertos cuerpos primitivos y simples que no están formados por otros cuerpos, ni unos de otros, y que son los ingredientes de que se componen inmediatamente y en que se resuelven en último término todos los cuerpos perfectamente mixtos". En realidad, esa frase aparece en el contexto de la crítica de Robert Boyle a los cuatro elementos aristotélicos.
A lo largo del siglo XVIII, las tablas de afinidad recogieron un nuevo modo de entender la composición química, que aparece claramente expuesto por Lavoisier en su obra "Tratado elemental de Química". Todo ello condujo a diferenciar en primer lugar qué sustancias de las conocidas hasta ese momento eran elementos químicos, cuáles eran sus propiedades y cómo aislarlos.
El descubrimiento de un gran número de nuevos elementos, así como el estudio de sus propiedades, pusieron de manifiesto algunas semejanzas entre ellos, lo que aumentó el interés de los químicos por buscar algún tipo de clasificación.
A principios del siglo XIX, John Dalton (1766-1844) desarrolló una nueva concepción del atomismo, al que llegó gracias a sus estudios meteorológicos y de los gases de la atmósfera. Su principal aportación consistió en la formulación de un "atomismo químico" que permitía integrar la nueva definición de elemento realizada por Antoine Lavoisier (1743-1794) y las leyes ponderales de la química (proporciones definidas, proporciones múltiples, proporciones recíprocas).
Dalton empleó los conocimientos sobre proporciones en las que reaccionaban las sustancias de su época y realizó algunas suposiciones sobre el modo cómo se combinaban los átomos de las mismas. Estableció como unidad de referencia la masa de un átomo de hidrógeno (aunque se sugirieron otros en esos años) y refirió el resto de los valores a esta unidad, por lo que pudo construir un sistema de masas atómicas relativas. Por ejemplo, en el caso del oxígeno, Dalton partió de la suposición de que el agua era un compuesto binario, formado por un átomo de hidrógeno y otro de oxígeno. No tenía ningún modo de comprobar este punto, por lo que tuvo que aceptar esta posibilidad como una hipótesis a priori.
Posteriormente se da el descubrimiento del electron: La existencia del electrón fue postulada por el físico irlandés G. Johnstone Stoney como una unidad de carga en el campo de la electroquímica, y fue descubierto por Joseph John Thomson en 1897 en el Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge.
Influido por el trabajo de Maxwell y el descubrimiento de los rayos X, Thomson dedujo, mientras estudiaba el comportamiento de los rayos catódicos en el TRC, que existían unas partículas con carga negativa que denominó corpúsculos. Aunque Stoney había propuesto la existencia del electrón, fue Thomson quien descubrió su carácter de partícula fundamental; pero para confirmar su existencia era necesario medir sus propiedades, en particular la carga eléctrica. Este objetivo fue alcanzado por Robert Millikan en el célebre experimento de la gota de aceite realizado en 1909.
George Paget Thomson, hijo de J. J. Thomson, demostró la naturaleza ondulatoria de los electrones logrando observar su difracción al atravesar una lámina de metal. El experimento condujo a la aparición de un patrón de interferencia como el que se obtiene en la difracción de otras ondas, como la luz, probando la dualidad onda corpúsculo postulada por la mecánica cuántica en 1926 por De Broglie. Este descubrimiento le valió a G. P. Thomson el Premio Nobel de Física de 1937.
El espín del electrón se observó por vez primera en el experimento de Stern y Gerlach. Su carga eléctrica puede medirse directamente con un electrómetro y la corriente generada por su movimiento, con un galvanómetro. Seis años antes de los descubrimientos de Thomson, Stoney había propuesto la existencia de estas partículas y, asumiendo que tenían cargas eléctricas, las denominó electrones. Posteriormente, otros científicos demostraron experimentalmente que el electrón tiene una masa 2000 veces menor que el átomo de hidrógeno.
El avance de la química esta hecho por los representantes correspondientes y sus experimentos de tal forma que es una ciencia que tiene una historia de un pre desarrollo y posteriormente de un gran desarrollo debido a que a partir de el siglo XVIII su desarrollo fue tan progresivo que aparecieron mas y nuevos representantes con n u3evas teoría que generaron nuevos y mejores avances de tal forma que a la fecha es una de las ciencias mas importantes a nivel mundial.
Materia
Cada ves que tocamos, derramamos o pesamos algo, estamos trabajando con materia. La química en su conjunto se ocupa de las propiedades de la materia y particularmente de una forma de conversión de la materia en otra. Pero ¿Qué es la materia? En rigor, resulta bastante difícil definir la materia en forma precisa sin utilizar ideas avanzadas de la física de partículas elementales, pero una definición directa utilizable es que la materia es cualquier cosa que tenga masa y ocupe espacio. De esta manera, el oro, el agua y la carne de la que estamos hechos son formas de materia; la radiación electromagnética (que incluye la luz) y la justicia no lo son.
Las sustancias y la materia en general se presentan en diferentes formas denominadas estados de materia. Los tres estados más comunes de la materia son los sólidos, líquidos y gaseosos:
El solido es una forma rígida de la materia en donde posee un gran numero de partículas atómicas unidas tan estrechamente que se puede presentar en formas no maleables, también en formas maleables pero que en términos moleculares sus átomos están estrechamente relacionados y pegados uno junto al otro sin presencia de movimiento. Lo mas importante a saber de este estado es que su energía potencial es mayor que su energía cinética.
El líquido es una forma fluida de la materia que tiene una superficie bien definida; este adopta la forma del recipiente que ocupa. Los líquidos es el estado de la materia que relaciona la energía de la materia a nivel neutro, es decir que la energía potencia es igual a la energía cinética.
El estado gaseoso es una forma fluida de la materia que llena cualquier recipiente que contenga, lo mas importante que caracteriza este estado de la materia es que su energía cinética es mayor que su energía potencial de tal manera que la misma aceleración a grandes velocidades de sus partículas es lo que permite que este estado se presente en forma de gas.
Es de tener en cuenta que toda la materia tiene una sustancia mínima llamada átomo. Átomo significa indivisible o que no se puede dividir, está compuesto por partículas llamadas electrones, protones y neutrones de los cuales: los electrones son de carga negativa, vienen en la misma cantidad que los protones y su lugar de ubicación es fuera de el átomo, dándole giros alrededor del núcleo a velocidades considerablemente altas ya que son los que mayor poseen movimiento. Los electrones, como su nombre lo indica son de carga neutra y se ubican en el núcleo de el átomo. Por último encontramos los protones, los cuales son de carga eléctrica positiva, son en el mismo número de los electrones y se ubican en el núcleo del átomo.
Lo importante a tener en cuenta frente al tema de átomo es que su carga eléctrica esta balanceada y en equilibrio debido a que la cantidad de protones y electrones es la misma, es decir, que su energía negativa es la misma que su energía positiva de tal forma que su energía se encuentra neutra en cuanto a una suma de fuerzas eléctricas. Se resalta el hecho de que pueden poseer igual número de protones y electrones, pero aun así varían en cuanto a una posición, movimiento que presentan y a la vez su masa; la materia se puede presentar en una forma simple pero tras un análisis especifico de lo que realmente es, resulta ser toda una forma de organización que puede ir mas allá de lo microscópico, es decir atómico.
Las consideraciones expuestas nos hacen pensar que el tamaño del átomo es muy pequeño y la mayor dificultad se presenta cuando se trata de medir su volumen. Las diferentes concepciones y modelos nos permiten concluir sobre las grande dificultades que se presentar al tratar de estimar los valores sobre el tamaño atómico, peso y masa de los átomos. Sin embargo considerando el átomo con un volumen aproximadamente esférico, ha sido posible determinar su diámetro utilizando la difracción de rayos (x)en los cristales: gracias a esta experimentación se ha permitido obtener para el diámetro atómico valores que están entre 0.7 y 6.0 A (Angstrom) y para el diantre de el núcleo valores que son unas 10 a la 4 veces menores que el diámetro del átomo.
Al estudiar las partículas fundamentales del átomo, vemos que le protón es considerado la masa unidad y que el núcleo contiene casi la totalidad de la masa del átomo, a la vez alguna distancia del núcleo se encontraban unas partículas denominadas electrones cuya masa es insignificante comparada con aquella concentrada en el núcleo; sabemos a la vez que dentro del núcleo se alojan dos partículas fundamentales el protón y el neutrón; aceptando esto, concluimos que la masa del átomo, está prácticamente condensada en el núcleo atómico y está dada por la suma de la masa de los protones y neutrones, valor que generalmente se conoce con el nombre de masa atómica o índice de masa. También se presentan los isotopos los cuales son átomos que por tener el mismo número de protones ocupan el mismo lugar en el sistema periódico pertenecen por tanto, al mismo elemento, diferenciándose por el numero de neutrones.la combinación de protones y neutrones que se presenta con más frecuencia se denomina normal. Los isotopos que contienen menos neutrones y son por tanto más ligeros, se llaman isotopos ligero, y los que poseen más neutrones, y son por tanto más pesados se denominan isotopos pesados.
Ahora bien, esto es particularmente importante en cuanto a la estructura intima de la materia viéndola desde un Angulo tan general y luego nivel especifico ya que de lo que estamos hechos, lo que vemos en el mundo e inclusive el aire que respiramos esta compuesto de partículas atómicas para la formación de eso que llamamos materia.
En términos mas generales sabemos que la materia esta dividida en sustancias puras y en no puras, las sustancias puras son los elementos y los compuestos. En cuanto a las no puras encontramos a las mezclas. A continuación lo procederemos a explicar:
Elemento: cuales son la forma de materia mas simple que pueda haber, es aquella sustancia a partir de la cual, y utilizando un proceso químico, no se puede obtener otra mas sencilla.
Compuesto: son sustancias que se obtienen por combinaciones químicas de dos o mas elementos. Los componentes presentan propiedades diferentes a las de los elementos que les dieron origen. Formado por la unión do dos o más elementos en proporciones iguales, es decir hablamos de un cincuenta por ciento y un cincuenta por ciento o un veinticinco por ciento por cuatro a una mescla al cien por ciento.
En una Mezcla los cuerpos que intervienen conservan cada una de sus propiedades y son fáciles de separar unos de otros mientras que en una combinación, las partes constituyentes pierden sus propiedades primitivas y son inseparables por procedimientos físicos. Una mezcla se da cuando dos o mas sustancias están reunidas sin una compactación plena de sus átomos, se divide en:
Mezcla homogénea: llamada solución, la mayoría de lo que nos rodea es solución como la cerveza la cual es una mezcla de alcohol, azucares y maíz. En una mezcla homogénea las moléculas o iones de los componentes están tan bien entremezclados que la composición es la misma en cada parte, sin importar que la mezcla sea muy pequeña.
Mezclas heterogéneas: es en la cual sus diferentes componentes que lo constituyen se puede identificar con un microscopio óptico o incluso a simple vista. Así un mosaico de diferentes sustancias se denomina mezcla heterogénea.
Energía
El término energía (del griego ἐνέργεια/energeia, actividad, operación; energos=fuerza de acción o fuerza trabajando) tiene diversas acepciones y definiciones, relacionadas con la idea de una capacidad para obrar, transformar o poner en movimiento. En física, «energía» se define como la capacidad para realizar un trabajo
La ley universal de conservación de la energía, que es la base para el primer principio de la termodinámica, indica que la energía ligada a un sistema aislado permanece en el tiempo. No obstante, la teoría de la relatividad especial establece una equivalencia entre masa y energía por la cual todos los cuerpos, por el hecho de estar formados de materia, contienen energía; además, pueden poseer energía adicional que se divide conceptualmente en varios tipos según las propiedades del sistema que se consideren. Por ejemplo, la energía cinética se cuantifica según el movimiento de la materia, la energía química según la composición química, la energía potencial según propiedades como el estado de deformación o a la posición de la materia en relación con las fuerzas que actúan sobre ella y la energía térmica según el estado termodinámico.
La energía no es un estado físico real, ni una "sustancia intangible" sino sólo una magnitud escalar que se le asigna al estado del sistema físico, es decir, la energía es una herramienta o abstracción matemática de una propiedad de los sistemas físicos. Por ejemplo, se puede decir que un sistema con energía cinética nula está en reposo.
Se utiliza como una abstracción de los sistemas físicos por la facilidad para trabajar con magnitudes escalares, en comparación con las magnitudes vectoriales como la velocidad La energía también es una magnitud física que se presenta bajo diversas formas, está involucrada en todos los procesos de cambio de Estado físico, se transforma y se transmite, depende del sistema de referencia y fijado éste se conserva.1 Por lo tanto todo cuerpo es capaz de poseer energía, esto gracias a su movimiento, a su composición química, a su posición, a su temperatura, a su masa y a algunas otras propiedades. En las diversas disciplinas de la física y la ciencia, se dan varias definiciones de energía, por supuesto todas coherentes y complementarias entre sí, todas ellas siempre relacionadas con el concepto de trabajo.
En química se dan diferentes tipos de energía tales como lo son la energía de ionización, una forma de energía potencial, es la energía que hace falta para ionizar una molécula o átomo y la energía de enlace, es la energía potencial almacenada en los enlaces químicos de un compuesto. Las reacciones químicas liberan o absorben esta clase de energía, en función de la entalpía y energía calórica. Si estas formas de energía son consecuencia de interacciones biológicas, la energía resultante es bioquímica, pues necesita de las mismas leyes físicas que aplican a la química, pero los procesos por los cuales se obtienen son biológicos, como norma general resultante del metabolismo celular.
Energía Mecánica: El movimiento de las hélices del molino de viento es transferido a un sistema mecánico de piñones, para producir energía eléctrica o lograr la ascensión de agua de un pozo subterráneo.
Energía Calórica o radiante: El calor o la luz emitida desde el sol es aprovechada por las plantas para producir energía química en forma de carbohidratos.
Energía Eléctrica: El movimiento de electrones libres, produce la energía eléctrica, usada para hacer funcionar electrodomésticos, trenes, y artefactos industriales.
Energía Química: La combustión de hidrocarburos como el petróleo, liberan gran cantidad de energía.
Pero básicamente es energía cinética y energía eléctrica ya que las demás son manifestaciones de estas dos:
Energía cinética
La energía cinética es un concepto fundamental de la química que aparece apoli9cada en todos sus campos. La energía cinética es una magnitud escalar asociada al movimiento de cada una de las partículas del sistema. Su expresión varía ligeramente de una teoría física a otra. Esta energía se suele designar como K, T o Ec.
El límite clásico de la energía cinética de un cuerpo rígido que se desplaza a una velocidad v viene dada por la expresión:
Una propiedad interesante es que esta magnitud es extensiva por lo que la energía de un sistema puede expresarse como "suma" de las energía de partes disjuntas del sistema. Así por ejemplo puesto que los cuerpos están formados de partículas, se puede conocer su energía sumando las energías individuales de cada partícula del cuerpo.
Así pues la energía cinética de un cuerpo es una energía que surge en el fenómeno del movimiento. Está definida como el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa dada desde el reposo hasta la velocidad que posee. Una vez conseguida esta energía durante la aceleración, el cuerpo mantiene su energía cinética salvo que cambie su rapidez. Para que el cuerpo regrese a su estado de reposo se requiere un trabajo negativo de la misma magnitud que su energía cinética. De esta forma Por ejemplo un ciclista quiere usar la energía química que le proporcionó su comida para acelerar su bicicleta a una velocidad elegida. Su rapidez puede mantenerse sin mucho trabajo, excepto por la resistencia del aire y la fricción. La energía convertida en una energía de movimiento, conocida como energía cinética pero el proceso no es completamente eficiente y el ciclista también produce calor.
La energía cinética en movimiento de la bicicleta y el ciclista pueden convertirse en otras formas. Por ejemplo, el ciclista puede encontrar una cuesta lo suficientemente alta para subir, así que debe cargar la bicicleta hasta la cima. La energía cinética hasta ahora usada se habrá convertido en energía potencial gravitatoria que puede liberarse lanzándose cuesta abajo por el otro lado de la colina. (hasta la bicicleta pierde mucha de su energía por la fricción, esta nunca entregará toda la velocidad que se le otorga pedaleando. Note que la energía no se pierde porque sólo se ha convertido en otro tipo de energía por la fricción). Alternativamente el ciclista puede conectar una dínamo a una de sus ruedas y así generar energía eléctrica en el descenso. La bicicleta podría estar viajando más despacio en el final de la colina porque mucha de esa energía ha sido desviada en hacer energía eléctrica. Otra posibilidad podría ser que el ciclista aplique sus frenos y en ese caso la energía cinética se estaría disipando a través de la fricción en energía calórica.
Como cualquier magnitud física que sea función de la velocidad, la energía cinética de un objeto no solo depende de la naturaleza interna de ese objeto, también depende de la relación entre el objeto y el observador o sistema de coordenadas.
Energía potencial
En un sistema químico, la energía potencial es energía que mide la capacidad que tiene dicho sistema para realizar trabajo en función exclusivamente de su posición o configuración. Puede pensarse como la energía almacenada en el sistema, o como una medida del trabajo que un sistema puede entregar.
Más rigurosamente, la energía potencial es una magnitud escalar asociada a un campo de fuerzas (o como en elasticidad un campo tensorial de tensiones). Cuando la energía potencial está asociada a un campo de fuerzas, la diferencia entre los valores del campo en dos puntos A y B es igual al trabajo realizado por la fuerza para cualquier recorrido entre B y A.
Así se concluye que la energía potencial es la energía que actúa en virtud de su posición y no en virtud de su desplazamiento ya que esta seria la energía cinética. La energía potencial posee diferentes aplicaciones en distintos campos, pero cuando hablamos a nivel de la química es importante señalar el hecho de su aplicación a los cuerpos, a la posición de la materia y a nivel más complejo de la posición y energía almacenada en partículas y átomos. La formula básica de la energía potencial es:
Ep = m.g.h. Donde m es igual a la masa, g es igual a la gravedad y h es igual a la altura.
¿En que se mide la energía a nivel químico?
A nivel químico la energía se mide en Ergios, el cual es igual a la energía necesaria para desplazar una masa de 1 gr, un centímetro a una aceleración de 1 cm/seg Ergio = g.cm.cm/seg = gr.cm.seg (unidades al cuadrado). También en Julios, es igual a la energía requerida para desplazar una masa de 1 kg, un metro a una aceleración de un metro por segundo. Julio = 1 kg.mt.mt/seg = 1kg.mt/seg (unidades al cuadrado).
EQUIVALENCIAS DE LAS UNIDADES DE ENERGÍA
1 caloría = 4.184 joules = 4.184 J
1 kilocaloría = 1000 calorías = 1kcal
1 joule = 1 newton x 1 metro
(unidad de fuerza) (unidad de longitud)
1 newton = 1 kilogramo x 1 metro x ( 1 segundo) -2
1 joule = 1 kilogramo x 1 metro 2 x ( 1 segundo) -2
1 J = 1 kg m2 s-2
Caloría = Es la cantidad de calor necesaria para elevar en 1º C un gramo de agua.
Calor = Es una forma de energía que fluye entre cuerpos debido a una diferencia de temperatura. El calor fluye de un cuerpo caliente a uno frío, hasta que los dos alcanzan igual temperatura.
Calor específico = Es la cantidad de calor que se requiere para elevar la temperatura de un gramo de una sustancia en un grado centígrado. Ejemplo: Cp del oro: 0.129 J/ g ºC, lo cual indica que son necesarios 0.129 J para elevar en 1°C la temperatura de 1 g de oro.
Temperatura = Es la medida de la cantidad de calor que tiene un cuerpo. La escala Celsius al igual que las escalas Fahrenheit y la escala Kelvin o absoluta sirven para determinar la temperatura de un cuerpo. Guardan la siguiente relación
°C = 5/9 (°F – 32 )
°K = °C + 273
°F = 9/5 °C + 32
• LEYES DE CONSERVACIÓN DE LA MASA Y LA ENERGÍA
PRIMERA: (Ley de Lavoisier) En una reacción química ordinaria la masa de todos los productos es igual a la masa de las sustancias reaccionantes
SEGUNDA : (ley de la Termodinámica ) La energía no se crea ni se destruye , solo se transforma.
TERCERA : ( Ley de Einstein ) La materia y al energía pueden transformarse mutuamente , pero la suma total de la materia y la energía del universo es constante.
Ley de la conservación de Masa-Energía
Para concluir esta parte temática, abordemos una pregunta: en el momento de ocurrir un cambio físico o químico (reacción química) en una sustancia, ¿existe perdida de masa y/o energía?
Antoine Laurent Lavoiser (743-1749) y James Prescott Joule (1818-1889), dedicaron parte de su trabajo científico en la solución de este problema, llegando a la conclusión de que en las reacciones químicas y en los cambios físicos las masas de las sustancias participantes no se crean ni destruyen, solo se transforman; esta conclusión se conoce con el nombre de Ley de la conservación de la masa.
Mediciones en química
La incertidumbre de los datos:
Toda observación, tiene cierta incertidumbre. Cualquier medición por perfecta que sea es susceptible de tener cierto error.
¿Por que ocurre esto?
Nosotros cometemos errores al medir
Las herramientas con que medimos tienen límites
Para determinar este error usamos dos cantidades:
Exactitud: que tan cerca estamos del valor verdadero
Precisión: que tan cerca esta una medida de otra.
Exactitud: Indica cuan cerca estamos del valor que queremos medir
En la figura ¿qué tan exactos hemos sido al aventar los dardos?
Pues poco ya que en realidad hubiésemos querido acertar en el centro
Aquí el promedio es bueno pero los resultados no se parecen entre sí.
Hay error aleatorio
Precisión: indica cuanto se parecen los valores medidos unos a los otros
Aquí los dardos están muy cerca unos de otros, hemos sido precisos pero nos falta exactitud
Hay poca exactitud
Hay un error sistemático grande
Lo que queremos es precisión y exactitud.
En la figura hemos acertado en el blanco con los tres dardos
Buena precisión, mucha exactitud
En estos valores podemos confiar.
Tipos de error
Sistemáticos:
Son errores que ocurren en una sola dirección
Pueden corregirse al recalibrar adecuadamente el aparato empleado, o se hacen controles y blancos.
Aleatorios:
Errores en todas las direcciones
No pueden corregirse, solamente se pueden caracterizar por medio de la estadística
Ejemplos
Sistemáticos: Errores de calibración de los aparatos o de preparación de sustancias
Aleatorios: La persona que hace el experimento no está entrenada, no le importa, está atendiendo otra cosa, está muy cansada, etc. No se han considerado otras variables
Números exactos
Los números exactos son aquellos que por definición tienen un valor particular, como por ejemplo:
1 pulgada = 2.54 cm
1 galón = 3.85 L
O bien aquellos números que son enteros y que no pueden conseguirse en fracciones, por ejemplo el número de personas que caben sentadas en el salón.
Números medidos
Los números medidos son una cantidad estimada, determinada hasta cierto número de dígitos significativos o bien aquellos números que provienen de alguna operación matemática (por ejemplo el promedio.)
Así uno puede medir la longitud del salón empleando una cinta métrica o la cantidad de líquido contenida en un recipiente usando una probeta.
El promedio
El número promedio de personas se hará haciendo una operación que puede dar como resultado una fracción. Así por ejemplo aunque las personas no se puedan partir en cachitos, la familia promedio en México tiene cerca de 2.9 niños.
Notación científica y cifras significativas
Notación científica
Existe una gran cantidad de números muy grandes o muy pequeños cuando trabajamos en el area de la ciencia. Y resulta muy problemático trabajar con ellos.
Por ejemplo da flojera indicar ¿cuantos átomos hay en una mol?:
1 mol = 602,200,000,000,000,000,000,000 átomos
o ¿cuanto pesa una unidad de masa atómica?
1 Dalton = 0.000,000,000,000,000,000,000,00165 g
¿No?
Si empleamos la notación científica trabajar con estos números resulta mucho más sencillo.
Para convertir estos números a la notación científica, simplemente ponemos el punto decimal después de la primera cifra significativa y ajustamos un exponente de diez de manera que no cambie el valor del número, así:
(0.000,000,000,000,000,000,000,00165 x 1024)x1/1024
= 1.65 x 1024 o 1.65 E-24
(602,200,000,000,000,000,000,000/1023) x 1023
= 6.022 x 1023 o 6.022 E23
Los números originales, tienen el mismo valor que las formas exponenciales, pero hemos escrito mucho menos.
La E en los números de la extrema derecha representa el exponente. Y esto ya lo han visto en otras ocasiones, el número cinco punto dos millones es lo mismo que 5.2E6.
El número de la potencia de diez es simplemente el número de lugares que se requiere mover el punto decimal para obtener el número original.
La única pregunta que pudiera representar un problema es ¿hacia qué lado movemos el punto decimal?
La manera más sencilla de recordarlo es esta: los números menores que 1, tienen exponente negativo y los mayores que 1 exponente positivo.
Propiedades de la materia
La química actúa sobre la materia, que es todo aquello que nos rodea, ocupa un lugar y un espacio en el universo, y que somos capaces de identificar y conocer.
La materia presenta dos tipos de propiedades: propiedades extensivas o también llamadas propiedades generales y las propiedades intensivas o también llamadas propiedades específicas.
Las propiedades generales las cuales dependen de la masa son:
Masa: cantidad de materia q posee un cuerpo.
Peso: es la fuerza de atracción q ejerce la tierra sobre la masa del cuerpo.
Volumen: es el espacio q ocupa el cuerpo dentro del espacio.
Impenetrabilidad: esta propiedad dice q dos cuerpos no pueden ocupar el mismo espacio al mismo tiempo.
Inercia: todos los cuerpos tienden a mantener el equilibrio o el reposo.
Elasticidad: propiedad de los cuerpos para deformarse ante la presión, y recuperar su forma original cuando deja de aplicarse les dicha presión o fuerza.
Las propiedades especificas las cuales no dependen de la masa son:
olor, color, sabor, dureza, punto de ebullición, punto de fusión, densidad.
Estas propiedades varían de acuerdo al tipo de átomos que conformas la sustancia.
Punto de ebullición: temperatura a la cual una sustancia pasa del estado líquido al gaseoso.
Calor específico: cantidad de calor requerida para elevar la temperatura de un gramo de una sustancia en un grado centígrado (1ºC).
Punto de fusión: temperatura a la cual una sustancia pasa del estado sólido al líquido.
Molécula: es una agrupación estable de átomos, unidos por un tipo de enlace químico llamado enlace covalente.
Densidad: la cual es igual a la masa sobre volumen.
La densidad especifica es igual a la densidad en el agua sobre la densidad total.
Sólido, líquido y gaseoso
La materia normalmente presenta tres estados o formas: sólida, líquida o gaseosa. Sin embargo, existe un cuarto estado, denominado estado plasma, el cual corresponde a un conjunto de partículas gaseosas eléctricamente cargadas (iones), con cantidades aproximadamente iguales de iones positivos y negativos, es decir, globalmente neutro.
El estado sólido se caracteriza por su resistencia a cualquier cambio de forma, lo que se debe a la fuerte atracción que hay entre las moléculas que lo constituyen; es decir, las moléculas están muy cerca unas de otras.
En el estado líquido, las moléculas pueden moverse libremente unas respecto de otras, ya que están un poco alejadas entre ellas. Los líquidos, sin embargo, todavía presentan una atracción molecular suficientemente firme como para resistirse a las fuerzas que tienden a cambiar su volumen.
En cambio, en el estado gaseoso, las moléculas están muy dispersas y se mueven libremente, sin ofrecer ninguna oposición a las modificaciones en su forma y muy poca a los cambios de volumen. Como resultado, un gas que no está encerrado tiende a difundirse indefinidamente, aumentando su volumen y disminuyendo su densidad.
La mayoría de las sustancias son sólidas a temperaturas bajas, líquidas a temperaturas medias y gaseosas a temperaturas altas; pero los estados no siempre están claramente diferenciados. Puede ocurrir que se produzca una coexistencia de fases cuando una materia está cambiando de estado; es decir, en un momento determinado se pueden apreciar dos estados al mismo tiempo. Por ejemplo, cuando cierta cantidad de agua llega a los 100ºC (en estado líquido) se evapora, es decir, alcanza el estado gaseoso; pero aquellas moléculas que todavía están bajo los 1001C, se mantienen en estado líquido.
Cambios físicos y químicos de la materia
Aunque al mirar a nuestro alrededor podemos apreciar distintos estados de la materia (por ejemplo, una silla es materia en estado sólido, la leche un líquido y el humo de las fábricas es gaseoso), en la naturaleza ocurren infinitos cambios a cada instante.
Si tomamos, por ejemplo, un vaso con agua (estado líquido), observaremos que el agua ocupa el espacio interno del vaso. Luego, si colocamos en un recipiente el agua contenida en el vaso y la calentamos, veremos que en cierto momento comienzan a observarse burbujas en la superficie, y el agua en estado líquido pasa a ser vapor de agua (estado gaseoso). Este evento, que es común observar en nuestra vida diaria, corresponde a un cambio de estado de la materia.
El agua, tanto en estado líquido como en estado gaseoso, presenta la misma composición química (H2O). Los cambios de estado de cualquier material en los que su composición química permanece invariable se denominan cambios físicos.
Ahora, si tenemos agua mezclada con azúcar (agua azucarada) y la calentamos hasta evaporar toda el agua posible, en el recipiente queda el azúcar; es decir, se obtienen los materiales iniciales: agua (ahora en forma de vapor) y azúcar. Así, cuando mezclamos dos materiales y podemos separarlos por procedimientos físicos, entonces el cambio ocurrido también es un cambio físico. Otros tipos de cambios físicos pueden ser patear una pelota o romper una hoja de papel. En todos los casos podría cambiar la forma, como cuando cortas el papel, pero la sustancia se mantiene, es decir, el papel sigue estando ahí.
Pero existe otro tipo de cambio que sí modifica la estructura química de uno o más materiales. Es el que se conoce como cambio químico. Este sucede cuando el material experimenta una transformación en su estructura química, como consecuencia de su interacción o relación con la estructura química de otro material, transformándose ambas estructuras. Esto da como resultado la formación de un nuevo material con características diferentes a las iniciales; es decir, ocurrió una reacción química.
La materia puede pasar de un estado a otro a través de diferentes procesos, estos procesos son:
1. fusión: paso de solido a liquido por aumento de la temperatura.
2. evaporación: pasó de líquido a gaseoso también por aumento de la temperatura.
3. condensación: paso de gaseoso a líquido por disminución de la temperatura.
4. solidificación: paso de líquido a solido por disminución de la temperatura.
También se reconoce una especie de estado intermedio llamado COLOIDAL en este los procesos anteriores no se aplican o se dan de manera contraria, es decir, q al aumentar la temperatura pasa de solido a liquido y al disminuirla pasa de liquido a solido, general mente no presenta estado gaseoso, un ejemplo simple es la gelatina comercial.
Métodos de separación de mezclas
Es importante saber que las mezclas se pueden separar por métodos sea sólidos o líquidos y que de cualquier manera los elementos separados van a poseer las mismas cualidades originales, es decir que a pesar que hayan estado en contacto con otro elemento, esto no les provoca un cambio conformacional de su estructura, pero si se la puede generar a la mescla entera en cuestión como lo es en el caso de las mesclas homogéneas también llamadas soluciones.
Cabe aclarar que ya se ha dado y entendido la explicación de lo que es una mezcla y su intima relación con la materia y los elementos que la conforman ya que es hecha a través de ello mismo; por tanto se procederá a dar la explicación de los métodos de separación de mesclas los cuales son los siguientes:
1) Destilación.
La destilación es el procedimiento más utilizado para la separación y purificación de líquidos, y es el que se utiliza siempre que se pretende separar un líquido de sus impurezas no volátiles.
La destilación, como proceso, consta de dos fases: en la primera, el líquido pasa a vapor y en la segunda el vapor se condensa, pasando de nuevo a líquido en un matraz distinto al de destilación.
2) Evaporación.
Consiste en calentar la mezcla hasta el punto de ebullición de uno de los componentes, y dejarlo hervir hasta que se evapore totalmente. Este método se emplea si no tenemos interés en utilizar el componente evaporado. Los otros componentes quedan en el envase.
3) Centrifugación.
Es un procedimiento que se utiliza cuando se quiere acelerar la sedimentación. Se coloca la mezcla dentro de una centrifuga, la cual tiene un movimiento de rotación constante y rápido, lográndose que las partículas de mayor densidad, se vayan al fondo y las más livianas queden en la parte superior.
CENTRIFUGADORA
Un ejemplo lo observamos en las lavadoras automáticas o semiautomáticas. Hay una sección del ciclo que se refiere a secado en el cual el tambor de la lavadora gira a cierta velocidad, de manera que las partículas de agua adheridas a la ropa durante su lavado, salen expedidas por los orificios del tambor.
4) Levigación.
Se utiliza una corriente de agua que arrastra los materiales más livianos a través de una mayor distancia, mientras que los más pesados se van depositando; de esta manera hay una separación de los componentes de acuerdo a lo pesado que sean.
5) Imantación.
Se fundamenta en la propiedad de algunos materiales de ser atraídos por un imán. El campo magnético del imán genera una fuente atractora, que si es suficientemente grande, logra que los materiales se acercan a él. Para poder usar este método es necesario que uno de los componentes sea atraído y el resto no.
6) Cromatografía de Gases.
La cromatografía es una técnica cuya base se encuentra en diferentes grados de absorción, que a nivel superficial, se pueden dar entre diferentes especies químicas. En la cromatografía de gases, la mezcla, disuelta o no, es transportada por la primera especie química sobre la segunda, que se encuentran inmóvil formando un lecho o camino. Ambos materiales utilizarán las fuerzas de atracción disponibles, el fluido (transportados), para trasladarlos hasta el final del camino y el compuesto inmóvil para que se queden adheridos a su superficie.
7) Cromatografía en Papel.
Se utiliza mucho en bioquímica, es un proceso donde el absorbente lo constituye un papel de Filtro. Una vez corrido el disolvente se retira el papel y se deja secar, se trata con un reactivo químico con el fin de poder revelar las manchas.
En la cromatografía de gases, la mezcla, disuelta o no, es transportada por la primera especie química sobre la segunda, que se encuentran inmóvil formando un lecho o camino.
Ambos materiales utilizarán las fuerzas de atracción disponibles, el fluido (transportados), para trasladarlos hasta el final del camino y el compuesto inmóvil para que se queden adheridos a su superficie.
8) Decantación.
Consiste en separar materiales de distinta densidad.
En la cromatografía de gases, la mezcla, disuelta o no, es transportada por la primera especie química sobre la segunda, que se encuentran inmóvil formando un lecho o camino.
Ambos materiales utilizarán las fuerzas de atracción disponibles, el fluido (transportados), para trasladarlos hasta el final del camino y el compuesto inmóvil para que se queden adheridos a su superficie.
9) Tamizado.
Consiste en separar partículas sólidas de acuerdo a su tamaño. Prácticamente es utilizar coladores de diferentes tamaños en los orificios, colocados en forma consecutiva, en orden decreciente, de acuerdo al tamaño de los orificios. Es decir, los de orificios más grandes se encuentran en la parte superior y los más pequeños en la inferior. Los coladores reciben el nombre de tamiz y están elaborados en telas metálicas.
10) Filtración.
Se fundamenta en que alguno de los componentes de la mezcla no es soluble en el otro, se encuentra uno sólido y otro líquido. Se hace pasar la mezcla a través de una placa porosa o un papel de filtro, el sólido se quedará en la superficie y el otro componente pasará.
Se pueden separar sólidos de partículas sumamente pequeñas, utilizando papeles con el tamaño de los poros adecuados.
De esta forma podemos concluir que cada mezcla posee una relación especifica de sus estados de tal manera que se le aplica un determinado tipo de separación de mezclas, a la ves que es importante tener en cuenta los elementos que lo conforman para así poder utilizar con seguridad el método y los materiales adecuados.
Laboratorio
En cuanto a las practicas de laboratorio es importante tener en cuenta lo siguiente:
BIOSEGURIDAD:
Las normas de bioseguridad en cualquier laboratorio van dirigidas a evitar accidentes y posibles contagios o infecciones en el caso de laboratorios de genética o bacteriología entre otros. en general se pensó en normas de bioseguridad tras la aparición de la epidemia del SIDA y estas Iván dirigidas a evitar, diagnosticar y tratar cualquier posible contagio de esta u otra enfermedad parecida en laboratorios donde se trabajara con material biológico de cualquier índole, pero con el tiempo se han venido implementando normas dirigidas a la prevención de cualquier tipo de accidente, como quemaduras, cortadas, contaminación con algún reactivo u otro cualquiera.
Existen muchas recomendaciones y manuales, normas, cañones e incluso políticas y leyes relacionadas con la bioseguridad, dirigidas a la prevención de una posible epidemia con alguna enfermedad o virus salido de un laboratorio biológico, además se ha desarrollado un manual muy especifico sobre las normas generales de seguridad en un laboratorio.
Las normas principales de bioseguridad son:
• realizar campañas de prevención y concientización con todo el personal del laboratorio.
• mantener una constante vigilancia en los procesos de desinfección y esterilización del material del laboratorio.
• dar capitación sobre los pasos a seguir si se presenta una contaminación accidental.
Las normas de seguridad en un laboratorio químico son:
• portar un equipo de protección adecuado. normalmente compuesto por blusa blanca, gafas protectoras y guantes adecuados para el manejo de reactivos y demás productos químicos.
• estar informado de las condiciones específicas y las recomendaciones referentes a cada uno de los materiales q se usara en el laboratorio.
• no ingerir comidas ni alimentos.
• tener ubicados y señalados colectores específicos para los residuos.
• tener una buena ventilación, así como también salidas de emergencia despejadas y duchas para cuerpo y ojos en caso de quemadura.
• mantener el espacio limpio y ordenado y utilizar una campana de extracción siempre q se trabajen reactivos o compuestos fuertes o muy volátiles.
Equipo de protección adecuado y un correcto manejo de los materiales para una mayor bioseguridad y mas que todo en química ya que hay elementos y compuestos que son manejados con experiencia debido a los efectos que podrían tener.
Materiales de laboratorio
El material de laboratorio es muy variado, y esta determinado por los científicos que trabajan en el y el tipo de trabajo que realizan. Van desde instrumentos para medición y mesclas sencillos hasta complejos dispositivos como el microscopio o el espectrofotómetro. Incluyen una amplia gama de materiales como goma, porcelana, metal, vidrio y madera. Cumplen funciones diversas que van desde la medición de alguna o varias de las propiedades de un elemento o sustancia hasta la simple mescla o almacenaje de estas para alguna experiencia o análisis.
PROBETA GRADUADA
Probeta, instrumento de laboratorio que se utiliza, sobre todo en análisis químico, para contener o medir volúmenes de líquidos de una forma aproximada. Es un recipiente cilíndrico de vidrio con una base ancha, que generalmente lleva en la parte superior un pico para verter el líquido con mayor facilidad.
Las probetas suelen ser graduadas, es decir, llevan grabada una escala (por la parte exterior) que permite medir un determinado volumen, aunque sin mucha exactitud. Cuando se requiere una mayor precisión se recurre a otros instrumentos, por ejemplo las pipetas.
PIPETA VOLUMETRICA
Pipeta, instrumento de laboratorio que se utiliza para medir o transvasar pequeñas cantidades de líquido. Es un tubo de vidrio abierto por ambos extremos y más ancho en su parte central. Su extremo inferior, terminado en punta, se introduce en el líquido; al succionar por su extremo superior, el líquido asciende por la pipeta.
Los dos tipos de pipeta que se utilizan en los laboratorios con más frecuencia son la pipeta de Mohúr o graduada y la pipeta de vertido. En la primera se pueden medir distintos volúmenes de líquido, ya que lleva una escala graduada. La pipeta de vertido posee un único enrase circular en su parte superior, por lo que sólo puede medir un volumen.
La capacidad de una pipeta oscila entre menos de 1 ml y 100 ml. En ocasiones se utilizan en sustitución de las probetas, cuando se necesita medir volúmenes de líquidos con más precisión
ERLENMEYER
Son matraces de paredes rectas , muy usados para las valoraciones. Se pueden calentar directamente sobre la rejilla
MORTEROS
Se utilizan para disgregar sustancias, mediante la presión ejercida, suelen ser de porcelana. La técnica consiste presionar con la mano del mortero sobre una de las paredes del mismo una pequeña cantidad del material a triturar.
Frotar fuertemente desplazando el pistilo hacia el fondo del mortero.
Reagrupar el material de nuevo sobre la pared y repetir la operación tantas veces como sea necesario hasta obtener el tamaño de partícula deseado
BURETA
Bureta, instrumento de laboratorio que se utiliza en volumetría para medir con gran precisión el volumen de líquido vertido. Es un tubo largo de vidrio, abierto por su extremo superior y cuyo extremo inferior, terminado en punta, está provisto de una llave. Al cerrar o abrir la llave se impide o se permite, incluso gota a gota, el paso del líquido. El tubo está graduado, generalmente, en décimas de centímetro cúbico.
Los dos tipos principales de buretas son las buretas de Tesler y las de Mohr. En estas últimas la llave ha sido sustituida por un tubo de goma con una bola de vidrio en su interior, que actúa como una válvula. En las de Geissler, la llave es de vidrio esmerilado; se debe evitar que el líquido esté mucho tiempo en contacto con la bureta, pues determinados líquidos llegan a obstruir, e incluso inmovilizar, este tipo de llaves.
VASO LABORATORIO
Son frascos cerrados con un tapón atravesado por dos tubos. Por uno de ellos se sopla, saliendo el agua por el otro. Se utilizan para enjuagar el material de laboratorio. También los hay de plástico, con un sólo orificio de salida, por el que sale el agua al presionar el frasco.
BALON DE FONDO PLANO
Son recipientes de vidrio, esféricos, provistos de un cuello. Algunos tienen marcada
una determinada capacidad (aforados).
TRÍPODE
Se utiliza como soporte para calentar distintos recipientes ; sobre la plataforma del trípode se coloca una malla metálica para que la llama no dè directamente sobre el vidrio y se difunda mejor el calor. Este trípode puede utilizarse por uno de alambre , que tu puedes elaborar.
MECHERO BUNSEN
Mechero Bunsen, dispositivo que se utiliza mucho en los laboratorios debido a que proporciona una llama caliente, constante y sin humo. Debe su nombre al químico alemán Robert Wilhelm Bunsen, que adaptó el concepto de William Faraday del quemador de gas en 1855 y popularizó su uso. El quemador es un tubo de metal corto y vertical que se conecta a una fuente de gas y se perfora en la parte inferior para que entre aire. La corriente de aire se controla mediante un anillo situado en la parte superior del tubo. Cuando su temperatura es más alta, la llama tiene un cono azul en el centro y puede alcanzar los 1.500 ºC. Los mecheros Bunsen se han visto desplazados en muchos casos por camisas calentadoras eléctricas. Al encender el mechero conviene abrir la lentamente la llave de entrada de gas, para evitar que salga de golpe y pueda producirse una explosión.
MALLA BESTUR
La malla bestur material de laboratorio de metal que puede estar o no, cubierto con un circulo de asbesto; se usa para proteger el fuego directo el material de vidrio que va a sufrir calentamiento. Se suelen colocar encima del mechero, apoyadas en un aro sujeto al soporte. Sobre ellas se coloca el matraz o recipiente que queremos calentar, evitando así que la llama le de directamente.
CONDENSADOR
Condensador, dispositivo que almacena carga eléctrica. En su forma más sencilla, un condensador está formado por dos placas metálicas (armaduras) separadas por una lámina no conductora o dieléctrico. Al conectar una de las placas a un generador, ésta se carga e induce una carga de signo opuesto en la otra placa. La botella de Leyden es un condensador simple en el que las dos placas conductoras son finos revestimientos metálicos dentro y fuera del cristal de la botella, que a su vez es el dieléctrico. La magnitud que caracteriza a un condensador es su capacidad, cantidad de carga eléctrica que puede almacenar a una diferencia de potencial determinado.
Los condensadores tienen un límite para la carga eléctrica que pueden almacenar, pasado el cual se perforan. Pueden conducir corriente continua durante sólo un instante, aunque funcionan bien como conductores en circuitos de corriente alterna. Esta propiedad los convierte en dispositivos muy útiles cuando debe impedirse que la corriente continua entre a determinada parte de un circuito eléctrico. Los condensadores de capacidad fija y capacidad variable se utilizan junto con las bobinas, formando circuitos en resonancia, en las radios y otros equipos electrónicos. Además, en los tendidos eléctricos se utilizan grandes condensadores para producir resonancia eléctrica en el cable y permitir la transmisión de más potencia.
Los condensadores se fabrican en gran variedad de formas. El aire, la mica, la cerámica, el papel, el aceite y el vacío se usan como dieléctricos, según la utilidad que se pretenda dar al dispositivo.
EMBUDO BUCHNER
Es un embudo con la base agujereada. Se acopla por su extremo inferior mediante un corcho taladrado al matraz kitasato. Encima de los orificios se coloca un papel de filtro. Se utiliza para filtrar sustancias pastosas
TUBO TIEL
El tubo tiel es de vidrio se utiliza para la determinación de puntos de fusión. Para ello se llenan de una sustancia de elevado punto de ebullición, como la parafina. Por las prolongaciones laterales se introduce el/los capilares con la sustancia cuyo punto de ebullición queremos determinar. Por la abertura superior, mediante un corcho agujereado se acopla un termómetro, cuyo bulbo debe quedar junto al extremos del capilar con la sustancia. Con el mechero, suavemente, vamos calentando por la parte inferior, observando cuando la sustancia empieza a fundirse, momento en el que anotamos la temperatura marcada por el termómetro.
CAJA PETRI
Son utilizadas en bioquímica para llevar a cabo cultivos de microorganismos.
.
CRISOL GUSH O CRISOL FILTRANTE
Suele ser de porcelana, de un metal inerte o de algún tipo de material refractario. Se utiliza para calcinar o fundir sustancias. Se calienta a fuego directo. Es similar a las cápsulas.
VARILLA DE AGITACIÓN
La varilla de agitación es de vidrio.se utiliza para agitar las disoluciones con varillas huecas, mediante su calentamiento con el mechero y posterior estiramiento, se consiguen capilares. Hay que tener cuidado con el vidrio caliente, ya que por su aspecto no se diferencia del frío y se pueden producir quemaduras.
GRADILLA
Pueden ser de metal, madera o platico. Se utilizan para sostener los tubos de ensayo.
BALANZA
Es un instrumento utilizado para medir las masas de los cuerpos. La balanza clásica se compone de una barra metálica llamada cruz, provista de tres prismas de acero llamados cuchillos. Sobre las aristas de los cuchillos de las extremidades se cuelgan los platillos. El central descansa sobre una columna vertical.
Cuando la balanza es exacta, la masa de los cuerpos se puede determinar por simple pesada. En caso contrario, se utiliza el método de doble pesada o de Borda.
Las balanzas de precisión se colocan dentro de cajas de cristal para protegerlas del polvo y evitar pesadas incorrectas por corrientes de aire.
Es posible apreciar hasta 10-6 g.
Actualmente son muy utilizadas las balanzas electrónicas.
TUBOS DE ENSAYO
Son cilindros de vidrio cerrados por uno de sus extremos que se emplean para calentar , disolver o hacer reaccionar pequeñas cantidades de sustancias. Los hay de vidrio ordinario y de “PIREX” . Estos últimos son los que se deben utilizar cuando se necesita calentar.
VASOS DE PRECIPITADO
Tienen un campo de aplicación muy extenso: se usan para preparar , disolver o calentar sustancias . Junto con el matraz, la probeta y los tubos de ensayo constituyen lo que se llama en el laboratorio “Material de vidrio de uso general”.
Se fabrican en vidrio ordinario y en “PIREX” , y de distintos tamaños . Son cilíndricos y en la boca llevan un pequeño apéndice en forma de pico para facilitar el vertido de las sustancias cuando se transvasan.
Puede ir aforados o graduados, si bien su exactitud es menor que la de un matraz aforado o una probeta.
APARATO DE KIPP
Consta de dos piezas de cristal, la superior en forma de pera de largo cuello que entra a esmeril en la inferior. Ésta se compone de dos cavidades esféricas unidas por una garganta. La superior tiene una tabuladora que se cierra con un tapón y un tubo con llave o pinza para regular el desprendimiento de los gases. La inferior suele tener también otro tubo al pie para la limpieza del aparato.
MATRAZ KITASATO
Es un matraz de pared gruesa, con una tabuladora lateral. En la boca se acopla, mediante un corcho agujereado el butchner, y a la tabuladora, mediante una goma, la trompa de agua (o trompa de vacío). De esta forma se consigue filtrar sustancias pastosas.
MATRAZ FONDO REDONDO
También se conoce con el nombre de matraz de fondo esférico y se utiliza en pocas experiencias.
EMBUDOS
Se emplean para filtrar sustancias liquidas o simplemente para trasvasarlas de un recipiente a otro. En el laboratorio se utilizan embudos de diversos materiales : vidrio ordinario , “PIREX” , plástico o porcelana , según el tipo aplicación que se les vaya a dar. Los embudos de plástico presentan la ventaja de ser los más económicos y duraderos , pero no se pueden utilizar siempre porque son muchos los líquidos que atacan al plástico.
Hay embudos de cristal graduados ; en este caso tienen una llave en el tubo que, al cerrarla, impide la salida del líquido. Es preferible que el extremo del embudo tenga un corte oblicuo para facilitar la caída del líquido.
PINZAS PARA TUBOS DE ENSAYO
Son instrumentos en forma de tenacillas que sirven para sujetar los tubos de ensayo ; pueden ser de madera o metálicas.
CRISTALIZADOR
Son recipientes de fondo plano y anchos. Permiten efectuar la cristalización de sustancias, es decir, la obtención de cristales a partir de sus disoluciones.
ESCOBILLA
Se utiliza para la limpieza del material de laboratorio.
PICNOMETRO
Picnómetro, aparato que se utiliza para determinar las densidades de distintas sustancias. También se conoce como frasco de densidades. Consiste en un pequeño frasco de vidrio de cuello estrecho, cerrado con un tapón esmerilado, hueco y que termina por su parte superior en un tubo capilar con graduaciones.
Para llenar el picnómetro se quita el tapón esmerilado, que está hueco o perforado, se añade la muestra con una probeta pequeña y se tapa. El líquido subirá por el interior del tapón hasta el capilar. Puede ocurrir que incluso rebose, en cuyo caso se secaría cuidadosamente por fuera procurando que el líquido llene totalmente el tapón o que el exceso se pueda medir con el capilar. Así se determina el volumen de líquido contenido en el recipiente. Algunos picnómetros, menos precisos, no tienen tapón, sino un cuello largo aforado; en este caso, el picnómetro se llenaría hasta el enrase marcado en el cuello y de esta forma se conocería el volumen del líquido.
La masa del líquido se determina por diferencia entre la masa del picnómetro lleno y vacío, y la densidad del líquido será el cociente entre su masa y el volumen que ocupa.
.Estructura atómica
En el átomo distinguimos dos partes: el núcleo y la corteza.
- El núcleo es la parte central del átomo y contiene partículas con carga positiva, los protones, y partículas que no poseen carga eléctrica, es decir son neutras, los neutrones. La masa de un protón es aproximadamente igual a la de un neutrón.
Todos los átomos de un elemento químico tienen en el núcleo el mismo número de protones. Este número, que caracteriza a cada elemento y lo distingue de los demás, es el número atómico y se representa con la letra Z.
- La corteza es la parte exterior del átomo. En ella se encuentran los electrones, con carga negativa. Éstos, ordenados en distintos niveles, giran alrededor del núcleo. La masa de un electrón es unas 2000 veces menor que la de un protón.
Los átomos son eléctricamente neutros, debido a que tienen igual número de protones que de electrones. Así, el número atómico también coincide con el número de electrones.
Todos los átomos de un elemento químico tienen en el núcleo el mismo número de protones. Este número, que caracteriza a cada elemento y lo distingue de los demás, es el número atómico y se representa con la letra Z.
- La corteza es la parte exterior del átomo. En ella se encuentran los electrones, con carga negativa. Éstos, ordenados en distintos niveles, giran alrededor del núcleo. La masa de un electrón es unas 2000 veces menor que la de un protón.
Los átomos son eléctricamente neutros, debido a que tienen igual número de protones que de electrones. Así, el número atómico también coincide con el número de electrones.
A continuación se describen las tres partículas fundamentales del átomo y se da la descripción de isotopos:
Protones
Partícula subatómica con carga eléctrica positiva que constituye el nucleo de los átomos junto con los neutrones, y cuyo número, denominado número atómico, determina las propiedades químicas del átomo.
Neutrones
Partícula masiva sin carga eléctrica, se encuentra en el núcleo del átomo junto con los protones.
Electrones
Partícula elemental mas ligera que forma parte de los átomos y que contiene la mínima carga posible de electricidad negativa; se encuentran ubicados en la corteza delos átomos, repartidos en distintos niveles de energía.
Isótopos
La suma del número de protones y el número de neutrones de un átomo recibe el nombre de número másico y se representa con la letra A. Aunque todos los átomos de un mismo elemento se caracterizan por tener el mismo número atómico, pueden tener distinto número de neutrones.
Llamamos isótopos a las formas atómicas de un mismo elemento que se diferencian en su número másico.
La suma del número de protones y el número de neutrones de un átomo recibe el nombre de número másico y se representa con la letra A. Aunque todos los átomos de un mismo elemento se caracterizan por tener el mismo número atómico, pueden tener distinto número de neutrones.
Llamamos isótopos a las formas atómicas de un mismo elemento que se diferencian en su número másico.
Ahora bien, dado que el átomo se encuentra dividido en dos partes: corteza y núcleo; se proceden a explicarlas a continuación:
Núcleo atómico
Tiene un tamaño diminuto respecto al volumen del átomo.
P. ej., para el átomo de Al:
Con Rutherford sólo se sabía que tiene carga eléctrica positiva. Hoy en día se sabe que, con el excepción que el átomo de hidrógeno (que sólo tiene un protón), los núcleos atómicos contienen una mezcla de protones y neutrones, colectivamente llamados como nucleones. El protón tiene la misma carga que el electrón pero positiva. El electrón es de tamaño similar, pero eléctricamente neutro. Ambos tienen una masa de 1 UMA. Los protones y los neutrones en el núcleo atómico se mantienen unidos por la acción de la fuerza nuclear fuerte, que supera a la fuerza de repulsión electromagnética mucho más débil que actúa entre los protones de carga positiva.
La corteza del átomo está formada por unas partículas llamadas electrones y de masa 1/1836 UMA, por lo que al ser tan pequeña se desprecia. Como el átomo es neutro debe haber el mismo número de electrones que de protones.
Al número de protones se le llama Z o número atómico, y se corresponde con el número de orden en el sistema periódico.
Como el átomo es eléctricamente neutro debe haber el mismo número de protones que de electrones.
Al número de neutrones se llama N
La masa atómica (A) de un átomo será la suma de los protones y de los neutrones (ya que la del electrón por ser muy pequeña se desprecia).
A=N+Z
Los átomos se representan así: (puede que nos encontremos el número atómico y la masa cambiada, pero siempre sabremos cual es uno y cual es otro porque la masa atómica siempre será mayor que el número atómico). Ej.:
Para un mismo elemento químico, el número de protones que tienen sus átomos en sus núcleos es el mismo, pero no el de neutrones, el cual puede variar. Se llaman Isótopos de un elemento químico a los átomos deun mismo elemento químico que tienen el mismo número atómico pero distinto número de electrones. Ej.:
Isótopos del Hidrógeno: (protón),
Esto es opuesto a lo que afirmaba Dalton, ya que creía que lo característico de los átomos de un mismo elemento químico era su masa atómica. Pero no, lo característico es su número atómico, es decir, todos los átomos de un mismo elemento químico siempre tienen igual número de protones en sus núcleos, pero pueden tener distinto número de neutrones, y por tanto diferentes masas atómicas.
Los isótopos son los responsables de que la masa de los elementos químicos en el sistema periódico no sea un número entero, ya que la masa que presentan las tablas periódicas es una masa resultante de promediar las masas de los diferentes isótopos existentes de un mismo elemento.
Los átomos son neutros, pues el número de cargas positivas es igual al número de cargas, es decir, el número de electrones es igual al número de protones.
Puede ocurrir que el átomo pierda o gane electrones (nunca que pierda o gane protones pues esto acarrearía la transformación de ese átomo en otro átomo de un elemento químico diferente), adquiriendo carga eléctrica neta y dando lugar a un ión:
· Si pierde electrones, adquiere carga eléctrica positiva y el ión se llama catión.
· Si gana electrones, adquiere carga eléctrica negativa y el ión se llama anión.
Corteza atómica
NÚMEROS CUÁNTICOS
La situación de los electrones, su nivel de energía y otras características se expresan mediante los números cuánticos. Estos números cuánticos, que se fueron introduciendo como postulados a partir de las modificaciones introducidas en el modelo de Böhr para explicar los fenómenos experimentales, se pueden deducir teóricamente al resolver la ecuación de onda Shrödinger.
Cada electrón dentro de un átomo viene identificado por 4 números cuánticos:
Número cuántico principal. Se representa por la letra n. Nos da idea del nivel de energía y el volumen real del orbital.
Número cuántico secundario o azimutal. Se representa por la letra l. Determina la forma del orbital.
Número cuántico magnético. Se representa por la letra m. Nos indica la orientación que tiene el orbital al someter el átomo a un campo magnético fuerte (efecto Zeeman).
Aspectos espaciales de los orbitales atómicos.-
Los orbitales s (l=0) son esféricos. Su volumen depende del valor de n.
Los orbitales p son 3, tienen forma de 2 lóbulos unidos por los extremos y orientados en la dirección de los 3 ejes del espacio.
Los orbitales d son 5, cuya disposición y orientación dependen de los valores de m.
CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA
Se entiende por configuración electrónica la distribución más estable, y por tanto, más probable de los electrones en torno al núcleo.
Para distribuir los electrones en los distintos niveles de energía tenemos en cuenta los siguientes principios y reglas:
Principio de relleno o Aufbau. Los electrones entran en el átomo en los distintos orbitales de energía ocupando primero los de menor energía.
Para saber el orden de energía de los orbitales se usa el diagrama de Mouller.
O Bien se sigue esta regla: "Los orbitales menos energéticos son los de menor valor de n+l. Si los orbitales tienen el mismo valor de n+l, tendrá menos energía los de menor valor de n".
De acuerdo con estas reglas el orden es el siguiente:
Sin embargo, este orden teórico presenta algunas excepciones. Por ejemplo, en las configuraciones de los lantánidos, aunque en teoría los orbitales 4f son más energéticos que los 5d, en realidad el átomo coloca primero un electrón en el 5d que entonces se vuelve más energético, y empieza a rellenar los 4f .
En cada orbital sólo caben 2 electrones. Por tanto, la capacidad de los distintos subniveles son:
Subnivel | Nº de orbitales | Electrones por orbital | Número de electrones | |
s | 1 (l=0) | * | 2 | 2 |
p | 3 (l=-1,0,+1) | * | 2 | 6 |
d | 5 (l=-2+1,0,1,2) | * | 2 | 10 |
f | 7 (l=-3,-2,-1,0,1,2,3) | * | 2 | 14 |
El número de electrones que caben en cada subnivel se puede también fácilmente mediante la fórmula 2(2l+1) y el de cada nivel mediante la fórmula 2n2.
Principio de exclusión de Pauli. No pueden existir dentro de un átomo dos electrones con sus 4 números cuánticos iguales. La consecuencia de esto es que en un orbital sólo puede haber 2 electrones con spines diferentes.
Principio de Hund o de máxima multiplicidad. Un segundo electrón no entra en un orbital que esté ocupado por otro mientras que haya otro orbital desocupado de la misma energía (o sea, igual los valores de n y l).
La experiencia de Rutherford fue crucial en la determinación de la estructura atómica. Los párrafos que siguen son un extracto de su propia comunicación (1911):
"Es un hecho bien conocido que las partículas alfa y beta sufren desviaciones de sus trayectorias rectilíneas a causa de las interacciones con los átomos de la materia.
Parece indudable que estas partículas de movimiento veloz pasan en su recorrido a través de los átomos, y las desviaciones observadas son debidas al campo eléctrico dentro del sistema atómico.
Las observaciones de Geiger y Mardsen sobre la dispersión de partículas alfa, indican que algunas de estas partículas deben de experimentar en un solo encuentro desviaciones superiores a un ángulo recto.
Un cálculo simple demuestra que el átomo debe de ser asiento de un intenso campo eléctrico para que se produzca una gran desviación en una colisión simple..."
Suscribirse a:
Entradas (Atom)