Momento Intermedio Tarea 1: Estructura de los átomos Grupo 201102_83
Presentado por: Viviana Sanabria Calderón Código: 1095932876
Presentado a: Lizeth Natalia Rios Tutora
Universidad Nacional Abierta y a Distancia UNAD Ingeniería industrial Química General 201102 CEAD Bucaramanga Septiembre 24 de 2018
Introducción. En el presente trabajo se desarrolla diferentes temáticas conceptuales y practicas con el objetivo de expandir el conocimiento acerca de la estructura y composición de la materia y de esta manera abordar temas específicos como la estructura de los átomos y su configuración electrónica, electrónica, el estudio de los modelos atómicos y su evolución hasta llegar al modelo cuántico, partes de los átomos y la formación de iones. De igual manera, se hace énfasis en los enlaces químicos y las fuerzas intermoleculares que nos ayudan a dar explicación a los fenómenos existentes, como también los estados de la materia, las leyes de los gases y la manera correcta de nombrar los compuestos por medio de la nomenclatura IUPAC.
EJERCICIO 1: ESTRUCTURA DE LOS ÁTOMOS A. Cada estudiante debe contestar lo siguientes enunciados: a) ¿Qué son los modelos atómicos, ¿cuántos existen y qué utilidad tienen?, b) ¿Qué diferencias y semejanzas existen entre el modelo atómico actual y el modelo de Bohr? Completar la tabla 1 del anexo- tarea 1. Tabla 1. Modelos atómicos Modelos Atómicos Pregunta Respuesta Son la a) ¿Qué son los modelos atómicos, MODELOS AT MICOS: cuántos existen y qué utilidadrepresentación gráfica o simbólica de la estructura que tienen los átomos, la cual tienen? explica la clase y el número de partículas fundamentales que lo componen, como también describe sus propiedades y comportamientos. MODELOS ATÓMICOS EXISTENTES Existen 8 modelos que fueron mejorando a través de sus estudios el concepto general del átomo. 1. MODELO ATÓMICO DE DEMÓCRITO 2. MODELO ATÓMICO DE DALTON 3. MODELO ATÓMICO CÚBICO DE LEWIS 4. MODELO ATÓMICO DE THOMSON 5. MODELO ATÓMICO DE RUTHERFORD 6. MODELO ATÓMICO DE BOHR 7. MODELO ATÓMICO DE SOMMERFELD 8. MODELO ATÓMICO DE SCHRÓDINGER (ACTUAL).
UTILIDAD DE ATÓMICOS:
ESTOS
MODELOS
Ayuda a la comprensión del funcionamiento de la materia, y cuáles son sus reacciones, para
conocer cuáles son sus elementos y propiedades. Explica desde una perspectiva los fenómenos que se encuentran en el macrocosmos. Ayuda a la comprensión de la dualidad de onda de energía y de materia. Donde se ubican los electrones en el átomo, las partículas subatómicas y su ubicación. Estos planteamientos han ayudado a la evolución de la ciencia y la tecnología en la aplicación del conocimiento de la materia de los electrones, ya que son la base del funcionamiento de muchos equipos eléctricos que hoy por hoy usamos.
Cuadro comparativo Modelo atómico actual Modelo atómico de Bohr
ESTRUCTURA DEL MODELO
Es conocido como modelo mecano-cuántico. Las ecuaciones de este modelo describen el comportamiento de los electrones dentro del átomo, y recogen su carácter ondulatorio y la imposibilidad de predecir sus trayectorias. Se basa en la aportación de tres científicos, haciendo uso de las técnicas espectroscópicas. Se basa en varios fundamentos:
ESTRUCUTURA DEL MODELO
Propuso que los electrones sólo pueden ocupar ciertas órbitas circulares. Los electrones se organizan en capas y, en cada capa tendrán una cierta energía, llenando siempre las capas inferiores (de menos energía) y después las superiores. Desarrolló su modelo atómico de acuerdo a tres postulados: electrones describen o Los órbitas circulares en torno al núcleo del átomo sin irradiar fundamentales.
Principio de Dualidad onda-partícula. o Principio de incertidumbre de Heisenberg. Fue desarrollado durante la década de 1920, sobre todo por Schródinger y Heisenberg. Modelos de complejidad matemática, el cual resuelve con exactitud el átomo de hidrógeno. Para resolver átomos distintos se recurre a métodos aproximados. En este modelo no se habla de órbitas, sino de orbitales. Si un electrón se comporta como onda es posible determinar su comportamiento de onda, su energía, o mismo su amplitud. Sin embargo, no hay posibilidad de decir exactamente donde está el electrón. EN CONCLUSIÓN: Este modelo usa el o concepto de orbitales. o Este modelo refiere a lo cuántico. Describe los electrones o como ondas. Mantiene el concepto de o núcleo atómico. o Describe al átomo en forma esférica. o
No todas las órbitas para los electrones están permitida, tan solo se pueden encontrar en órbitas que cumplan una serie de condiciones. o El electrón solo emite o absorbe energía en los saltos de una órbita permitida a otra. En dicho cambio emite o absorbe un fotón cuya energía es la diferencia de energía entre ambos niveles. Determina que los electrones de un mismo nivel energético tenían distinta energía EN CONCLUSIÓN: o Este modelo usa el concepto de órbitas elípticas. o Este modelo refiere a lo relativista. Describe los electrones o como partículas. o Mantiene el concepto de núcleo atómico. Describe al átomo en o forma esférica. o
B. Cada estudiante elegirá una de las cinco preguntas que encontrará a continuación, se podrá repetir entre los integrantes del grupo. Después de hacer una búsqueda de información, realizará un resumen corto de máximo 100 palabras, sobre la temática de la pregunta de su interés y deberá escoger un elemento químico afín a lo encontrado (No se podrá seleccionar el mismo elemento entre los integrantes del grupo). Se sugiere utilizar un motor de búsqueda como google. La información se presenta como se indica en la tabla 2 del anexo- tarea 1 y con mínimo dos referencias. Tabla 2. Elección del elemento químico. Pregunta Elegida
4. ¿Qué elementos químicos se encuentran en el cuerpo humano?
Resumen de la búsqueda realizada(Máximo 100 palabras) La estructura física el ser humano es el cuerpo humano y este a su vez está compuesto de células y elementos químicos necesarios y vitales para el buen funcionamiento del mismo. Es importante conocer los elementos que componen el cuerpo humano, entre los que se encuentran el oxígeno, carbono, nitrógeno, calcio, fosforo, entre otros, los cuales representan en conjunto el 99% de la masa de las células presentes. Estos elementos químicos son llamados también bioelementos y se clasifican de acuerdo a su abundancia en primarios, secundarios y terciarios. Absolutamente todos son indispensables para el correcto funcionamiento y la formación de biomoléculas.
Referencias Armstrong, F. & Bennett, T. (1982). Bioquímica. Barcelona, España: Reverté, S.A. Maraculla, J. & Goñi, F. (1994). Química humana curso básico . Barcelona, España: Reverté, S.A. Elemento Escogido Nitrógeno
Símbolo N
C. Escriba la distribución electrónica no abreviada del elemento seleccionado en el literal anterior e indique cuántos electrones no apareados presenta el elemento. Teniendo en cuenta la configuración electrónica, indique los números cuánticos que corresponda al último electrón. Presente la información como se indica en la tabla 3 del anexo- tarea 1 Tabla 3. Numero cuánticos.
1 2 2
Distribución electrónica no abreviada NITROGENO (N) Z=7 Electrones no Elemento apareados Números cuánticos n l ml 2 1 1
3− ms
+ 1⁄2
EJERCICIO 2. TABLA Y PROPIEDADES PERIÓDICAS
A. Cada estudiante trabajará con el elemento escogido en el ejercicio 1 – numeral B; y consultará las siguientes preguntas sobre propiedades periódicas; se recomienda el uso de la página en línea Ptable que encontrará en el recurso de la figura 1 del anexo- tarea 1. Tabla 4. Composición y estructura del elemento. Pregunta Respuesta De acuerdo a la distribución electrónicaLa posición de los elementos en la tabla mencione el grupo y periodo en el que periódica se realiza teniendo en cuenta se encuentra el elemento seleccionado,la configuración electrónica, luego el ultimo nivel representa el número del ustificando su respuesta. periodo ordenados por orden creciente de número atómico de forma horizontal y en cada grupo aparecen los elementos que presentan el mismo número de electrones en el último nivel ocupado o capa de valencia de forma vertical. De manera que de acuerdo a la configuración electrónica del nitrógeno , el ultimo nivel denota que se encuentra en el segundo periodo y como termina en zona p, el grupo es A, y el grupo será la suma de los electrones presentes en s y p del mismo nivel y se expresa en números romanos, por tanto en este caso, el nitrógeno se encuentra A. Escoja un elemento atómico del grupo El elemento escogido que se encuentra 2 y compare si su elemento tiene mayor en el grupo II es el berilio (Be) y teniendo en cuenta que el tamaño o o menor tamaño atómico. radio atómico hace referencia a la mitad de la distancia entre los núcleos de dos átomos iguales y aumenta en la tabla periódica de arriba hacia abajo y disminuye de izquierda a derecha. Podemos concluir que el berilio (Be) posee mayor tamaño atómico que el Nitrógeno (N), esto también se debe a que el Nitrógeno (N) tiene más electrones de valencia en su última capa de energía aunque se encuentran en el mismo periodo.
1 2 2
Berilio (Be): 111,3 pm(radio de
Bohr)(calc). Nitrógeno (N): 56 pm (radio de Bohr)(calc).
En la tabla periódica, ¿cómo cambia el El potencial de Ionización es la energía potencial de ionización (PI) de los mínima necesaria para arrancar un elementos, su elemento tiene mayor PI electrón de un átomo en fase gaseosa y estado fundamental, siendo el electrón que el Molibdeno? arrancado el más alejado del núcleo. De esta manera cuanto mayor sea el número atómico (Z) más fuerte atrae los electrones de la corteza y más difícil resulta arrancarlos, de modo que (PI) varía en sentido contrario a la variación del radio atómico. En otras palabras el (PI) hacia arriba en los grupos por una mayor atracción y una menor distancia de los electrones externos al núcleo; de igual manera aumenta hacia la derecha en los periodos. En este orden de idas, el Nitrógeno (N) posee mayor potencial de ionización (PI) en comparación con el molibdeno (Mo). Explique por qué la electronegatividad Según Pauling. La electronegatividad según Pauling, del Rubidio, es mayor mide la mayor o menos atracción de que la del Francio. Mencione si su electrones (desplazamiento) que un ejerce sobre el par de elemento es más o menos átomo electrones de un enlace con otro átomo. electronegativo que el Teluro (Te). Está está relacionada con el potencial de ionización y la afinidad electrónica, de modo que elementos que tienen altos valores de ambas también tendrán una electronegatividad elevada. La electronegatividad del rubidio es mayor a la del francio; debido a que el francio aunque se encuentra dentro del mismo grupo posee mayor radio atómico y menor energía de ionización, lo que indica que los electrones se ven menos atraídos. El nitrógeno (T) es más electronegativo comparado con el telurio (Te), porque además de aumentar de acuerdo al grupo, también aumenta conforme al periodo y se hace más difícil extraer un
electrón. Nitrógeno (N): 3.04 Telurio (Te): 2.1
Identifique para qué se usan los Se usan para saber cuántos electrones números de oxidación en un elementotiene un átomo cuando forma un compuesto determinado. Los números o molécula. de oxidación no siempre corresponden a las cargas reales de las moléculas, pero según los enlaces que forman se pueden calcular. Escoja un elemento atómico del grupo El elemento escogido del segundo 2 y compare si su elemento tiene mayor grupo es el magnesio (Mg) y teniendo que la afinidad electrónica hace o menor afinidad electrónica. referencia a la medida de la tendencia de un sistema aislado a perder un electrón. En la tabla periódica disminuye en un grupo hacia abajo y aumenta en un periodo de izquierda a derecha; podemos decir que el Nitrógeno (N) posee mayor afinidad electrónica que el magnesio (Mg). B. A partir de esta información, el estudiante ubicará en la tabla periódica de la figura 2 del anexo- tarea 1, el elemento escogido y situará al lado izquierdo y derecho los elementos del periodo. Realizar el mismo ejercicio, situando en la parte superior e inferior los elementos del grupo . De acuerdo a esto, comparar con los elementos que se encuentran alrededor y responder los siguientes interrogantes. Presente la información como se indica en la tabla 5 del anexo- tarea 1:
C
N P
Figura 2. Esquema de Tabla periódica.
O
Tabla 5. Variaciones presentadas en propiedades periódicas. Pregunta Respuesta ¿Cómo varía el tamaño El tamaño atómico en la tabla periódica varia en el atómico de los elementos periodo disminuyendo de izquierda a derecha, al aumentar el Z, en cambio en el grupo, aumenta de en la tabla periódica? arriba hacia abajo.
< > < ¿Cómo se comporta el El potencial de ionización varía de forma inversa a los potencial de ionización en radios atómicos. Si es menor el Ra mayor será la atracción existente entre el núcleo y el electrón, por lo la tabla periódica? tanto se requerirá mayor cantidad de energía para remover el electrón. Si es mayor el Ra, menor será la fuerza con que se atraen el núcleo y el electrón, entonces menor será la energía necesaria para extraer dicho electrón. De modo que en un periodo, aumenta de izquierda a derecha y un grupo aumenta de abajo hacia arriba.
> < >
¿Cómo disminuye la Los átomos que poseen altos valores de PI y AE electronegatividad en la serán altamente electronegativos y viceversa. La electronegatividad en la tabla periódica en un periodo tabla periódica? aumenta de izquierda a derecha y en un grupo aumenta de abajo hacia arriba.
> < >
¿Cómo aumenta la En la tabla periódica varia de la siguiente manera: En afinidad electrónica en la un periodo aumenta de izquierda a derecha al aumentar el Z, y en un grupo disminuye de arriba tabla periódica? hacia abajo al aumentar el Z. Cuanta más negativa se la magnitud de la AE, tanto mayor será la tendencia del elemento a ganar un electrón.
> < > EJERCICIO 3. ENLACES QUÍMICOS Y FUERZAS INTERMOLECULARES. A continuación, se presentan preguntas relacionadas a tipos de enlace, momento dipolar, fuerzas intermoleculares, cada estudiante selecciona dos preguntas, una pregunta desde el item A al E, y la otra, debe incluir la temática de estructura de Lewis (del item F al J). Los ejercicios se desarrollarán en la tabla 6 del anexotarea 1.
Tabla 6. Preguntas enlaces químicos. B. De las electronegatividadesLos tipos de enlace que presenta el ión siguientes: C= 2.5, N = 3.1 y S = 2.4, tiocianato de acuerdo a las qué tipos de enlaces presenta el electronegatividades están determinadas ión tiocianato, SCN-1. por los criterios de Linus Pauling, el cual determina que si la electronegatividad de Las electronegatividades: los átomos que forman el enlace es similar, los electrones serán compartidos casi por igual y se formará un ENLACE COVALENTE, a su vez será más frecuente encontrar los electrones cerca del átomo más electronegativo del enlace, como se presenta en el ion tiocianato.
=. =. =.
Igualmente la diferencia entre las electronegatividades dadas nos da como resultado un enlace covalente. De igual forma se puede especificar que los enlaces son ENLACES COVALENTES SIMPLES Y TRIPLES.
= . . = . = . . = .
∆ ≤0.4 0.5 1.7 >1.7 ó
I. Realice la estructura de Lewis Para realizar la estructura de Lewis es identificar las siguientes para el ión dicromato, (Cr 2O7)-2, a necesario partir de esta, mencione cuántos especificaciones: electrones de valencia aporta cada − − átomo de cromo.
=6 ∗ 2 = 12 =6 − ∗7 =42− = 2−
La suma de los electrones de − valencia suma : La suma de los electrones completando la ley del octeto: 72 − − compartidos La diferencia seria y 8 enlaces, pero en este caso existen 12 enlaces, ya que el cromo al ser un metal de transición pueden tener mas de 8 electrones de valencia, entonces es necesario disminuir las cargas formales a través de los dobles enlaces. Cada átomo de cromo aporta 6 electrones de valencia.
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EJERCICIO 4. ESTADOS DE LA MATERIA Y LEYES DE LOS GASES. A.
Cada estudiante realizará un diagrama de fases para el agua, donde justificará la respuesta a una de las siguientes preguntas, recuerde escoger una sola y no debe repetirse la pregunta elegida entre los integrantes del grupo. Presente la información como se indica en la tabla 7 del anexo- tarea 1:
Tabla 7. Diagrama de fases. Diagrama de fases
Pregunta escogida Respuesta b. Identificar en el diagrama de fases el El diagrama de fases es una manera punto donde se encuentran en gráfica de entender las diferentes equilibrio los tres estados (presión y representaciones que tienen los temperatura), como se denomina este diferentes estados de la materia. El punto donde se encuentran en equilibrio punto y que ocurre en él. los tres estados de la materia a unas condiciones de temperatura y presión se denomina PUNTO TRIPLE, este se produce a una temperatura de 273,1598 °C y una presión parcial de vapor de agua de 611,73 pascales. En este punto ocurre que es posible cambiar el estado de toda la sustancia a hielo, agua o vapor arbitrariamente haciendo pequeños cambios de presión y temperatura. Las superficies que separan las distintas fases también
debe ser perfectamente planas, para evitar los efectos de las tensiones de superficie. Se puede considerar si la presión total de un sistema está muy por encima de la referente, es decir, en presión atmosférica normal, pero si la presión parcial del vapor de agua es 611,73 Pa, entonces el sistema aún se encuentra en el punto triple del agua. B.
Para este ejercicio es necesario consultar el recurso educativo requerido del entorno de conocimiento, Doña, R. J. et al. (2014). Química. (pp. 80 -101). Cada estudiante elegirá un ejercicio de gases y lo resolverá, evidenciando los cálculos y resultados en la tabla 8 del anexo- tarea 1. Asociando las leyes que aplica en cada caso.
Tabla 8. Problema de Leyes de gases. Enunciado del Problema A. En el laboratorio tenemos un recipiente de 1,5 Litros, el cual se llena con Helio a una temperatura de 75ºC y una presión de 479 mmHg. Calcular el cambio de cada una de las siguientes magnitudes.
a.
Cálculos En primera instancia sacamos los datos correspondientes:
=1.5 = = 479 = 75° + 273 = 298 = = 2 = 2 298 = 596
a. El volumen en mL que ocupará si la temperatura aumenta el doble y la presión sigue constante. b. La presión en atmósferas si el Se puede determinar que el helio es un gas y en el volumen se reduce a literal a se habla de presión constante, entonces se la mitad y la aplica la ley de Charles, donde la temperatura está temperatura sigue dada en kelvin y el volumen en litros. constante. c. Cuál será la Temperatura en K si la presión se triplica y el volumen sigue Despejamos de la formula y obtenemos. constante. d. Calcular la masa de
=
= ∗
gas presente en la condición inicial utilizando la ecuación de gases ideales. Reemplazamos los datos en la formula.
= ∗ = 1.5 298∗ 596 = 3 (1000 1 )=3000 b.
Sacamos los datos:
=1.5 ) = 0.63 =479(7601 = 75° + 273 = 298 = = 2 = 1.52 = 0.75 = 298 Cuando se habla de temperatura constante entonces aplicamos la ley de Boyle-mariotte.
= Despejando la incógnita:
= Reemplazando los valores:
= 1.5 0.63 0.75 = 1.26 c.
Sacamos los datos:
= = 1.5 ) = 0.63 =479(7601 = 75° + 273 = 298 = 3 = 30.63 = 1.89 = Cuando hablamos de volumen constante aplicamos la ley de Gay- Lussac.
= Despejamos la incógnita:
= Reemplazamos
298 = 1.890.63 = 894 d.
Sacamos los datos:
=1.5 ) = 0.63 =479(7601 = 75° + 273 = 298
=0.0825 Aplicamos ley de los gases ideales y despejamos la cantidad de moles.
= = Reemplazamos:
1.5 = 0.63 0.0825 298 = 0.0384 La masa de Helio se calcula teniendo en cuenta el peso molecular.
= 4.0026 / Por factor de conversión hallamos la masa.
) = 0.15 = 0.0384 (4.0026 1 Ley de Aplica.
gases
que
a. b. c. d.
Ley de Charles Ley de Boyle-Mariotte Ley de Gay Lussac Ley de los gases ideales.
EJERCICIO 5. NOMENCLATURA DE COMPUESTOS INORGÁNICOS. Para este ejercicio es necesario consultar el recurso educativo del entorno de conocimiento, González, M. R. & Montagut, B. P. (2014). Química (pp. 49-61). Cada estudiante seleccionará un numeral, nombrando los compuestos por la nomenclatura stock, sistemática y tradicional, e identificando la función química inorgánica a la que pertenece. La información se debe presentar como lo indica la tabla 9 del anexo- tarea 1. A.
Cl2O3, Cr(OH)2, HBrO3, MgCr 2O7
Tabla 9. Interrogantes del elemento escogido. Molécula:
Cl2O3
Función:
Óxido no metálico ácido.
Molécula:
Cr(OH)2
Función:
Hidróxido
Molécula:
HBrO3
Función:
Acido oxácidooxoácido
N. Stock: N. Sistemática: N. Tradicional:
Óxido de cloro (III) Trióxido de dicloro Oxido cloroso
N. Stock: N. Sistemática: N. Tradicional:
hidróxido de cromo (II) dihidróxido de cromo Hidróxido cromoso
N. Stock: N. Sistemática: N. Tradicional:
Ácido Trioxobrómico (V) rioxobromato de hidrogeno Acido Brómico Heptaoxodicromato de magnesio (VI) icromato de magnesio Cromato de magnesio
Molécula:
MgCr 2O7
N. Stock:
Función:
Sal
N. Sistemática: N. Tradicional:
Conclusiones
Tal como este trabajo lo ha demostrado se realizó el estudio conceptual de la estructura y composición de la materia abarcando el estudio de los átomos y sus modelos existentes. Como resultado de los ejercicios desarrollados se afianzó el conocimiento en temas relacionados con los enlaces químicos y las fuerzas intermoleculares que presentan, los estados de la materia, las leyes de los gases y la nomenclatura de los compuestos, relacionando intrínsecamente la diferencia que existe entre átomo, molécula, elemento y compuesto; dando una apertura a temas posteriores.
Bibliografía
Armstrong, F. & Bennett, T. (1982). Bioquímica. Barcelona, España: Reverté, S.A. Maraculla, J. & Goñi, F. (1994). Química humana curso básico . Barcelona, España: Reverté, S.A. Doña, R. J. et al. (2014). Química. (pp. 54 -75) ES: Universidad de Las Palmas de Gran Canaria. Servicio de Publicaciones y Difusión Científica. Recuperado de http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2460/lib/unadsp/reader.action?ppg=55&d ocID=3227579&tm=1531763512796 Sienko, M. & Plane, R. (2009). Química: principios y aplicaciones. (pp. 7887). México, D.F., MX: McGraw-Hill Interamericana. Recuperado de http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2460/lib/unadsp/reader.action?ppg=91&d ocID=3194041&tm=1531763799381
González, M. R. & Montagut, B. P. (2014). Química (pp. 49-61). México, D.F., MX: Larousse - Grupo Editorial Patria. Recuperado de http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2460/lib/unadsp/reader.action?ppg=60&d ocID=3227909&tm=1531763866405
