Concentración de Disoluciones
Para expresar la concentración de una disolución se utilizan diversas formas:
- Tanto % en masa: Se emplea cuando conocemos las masas de una disolución.
- Tanto % en volumen: Se utiliza cuando las dos sustancias están en estado líquido.
- g/L: Cada 100 ml de disolución contiene 10 ml de soluto, como por ejemplo, el agua oxigenada.
Naturaleza Eléctrica de la Materia y Teoría Atómica de Dalton
Teoría Atómica de Dalton
La teoría atómica, propuesta por Dalton en 1808, busca explicar la gran cantidad de compuestos existentes y las leyes ponderales. Las leyes ponderales son aquellas en las que se mide la masa de las sustancias que participan en los cambios químicos.
Las sustancias iniciales se llaman reactivos, y las sustancias nuevas se llaman productos.
La palabra átomo no fue inventada por Dalton, sino por Leucipo y Demócrito.
Postulados de la Teoría Atómica de Dalton
La teoría atómica de Dalton se basa en tres postulados principales:
- A) La materia está formada por átomos, que son partículas indivisibles e indestructibles.
- B) Todos los átomos de un mismo elemento químico son iguales en masa y en propiedades, y distintos de los átomos de cualquier otro elemento químico. (Propiedades se refiere a las propiedades específicas.)
- C) Los compuestos se forman por la unión de átomos de diferentes elementos, siempre del mismo tipo y en una misma proporción (relación).
Ejercicios sobre la Teoría de Dalton
Pregunta: ¿En un recipiente existe solamente 1 átomo de oxígeno y 1 de agua? ¿Puede existir esa relación?
Respuesta: No.
Pregunta: ¿En un recipiente existen 2 átomos de oxígeno y 2 de agua? ¿Puede existir esa relación?
Respuesta: Sí, si en un recipiente existen dos átomos de oxígeno y 2 de agua, sí se podrían juntar.
Los compuestos o sustancias compuestas se representan por fórmulas.
El amoniaco está formado por nitrógeno e hidrógeno (NH3). Los números en la fórmula indican la proporción en la que tienen que combinarse el nitrógeno con el hidrógeno. Para que se forme el amoniaco, debe combinarse un átomo de nitrógeno con 3 de hidrógeno.
- Pregunta: Si en un recipiente tenemos 1 átomo de nitrógeno y uno de hidrógeno, ¿se forma el amoniaco?
- Respuesta: No, porque hay 1 y 1, es imposible. Debería haber 1 de nitrógeno y 3 de hidrógeno.
- Pregunta: Si en un recipiente tenemos 2 de nitrógeno y 6 de hidrógeno, ¿se puede?
- Respuesta: Sí.
Átomos y Moléculas
Átomo: Los átomos son las partículas más pequeñas de un elemento químico. Un átomo se representa por medio de un símbolo químico. (Cuando el símbolo tiene una sola letra, esa letra va en mayúscula; si el símbolo tiene más de una letra, la primera va en mayúscula y la segunda en minúscula).
Un átomo de cualquier elemento químico tiene las mismas propiedades específicas que cualquier cantidad de elemento químico.
Ejemplo: Un átomo de sodio tiene la misma densidad, temperatura de fusión y temperatura de ebullición que cualquier cantidad de sodio.
Moléculas: Una molécula es la partícula más pequeña de una sustancia compuesta. Una molécula se representa por medio de una fórmula. En una fórmula deben estar los símbolos de los átomos que se combinan y el número de átomos que se combinan.
Ejemplo: NH3 -> Sustancia compuesta.
La sustancia compuesta está formada por átomos de nitrógeno y átomos de hidrógeno. Una molécula de NH3 está formada por un átomo de nitrógeno y 3 de hidrógeno.
La información de una fórmula que indica el tipo de átomo es información cualitativa, y la que da la cantidad de átomos es la información cuantitativa.
Ejemplos:
- En un recipiente existen 10 átomos de nitrógeno y el doble de hidrógeno. ¿Cuántas moléculas de amoniaco se formarán? Sobran 4 de nitrógeno y 2 de hidrógeno.
- En un recipiente existen diez átomos de oxígeno y quince de hidrógeno. ¿Cuántas moléculas de agua se formarán? Sobran 3 de oxígeno y 1 de hidrógeno.
Naturaleza Eléctrica de la Materia
La materia tiene en su interior una propiedad característica llamada carga eléctrica. La carga eléctrica se representa por la letra «q» o «Q», siendo más preferible la «q» minúscula. La carga eléctrica es la propiedad responsable de los fenómenos eléctricos.
Ejemplos:
- Al frotar un bolígrafo con un suéter y acercarlo a trozos de papel, estos se acercarán.
- Al acercar un bolígrafo, igualmente frotado, a un hilo muy fino de agua, esta cambiará de dirección.
- Al pasar cerca de una televisión antigua, mientras esté encendida, los pelos del cuerpo se orientarán en esa dirección.
Los científicos descubrieron que en la materia existen 2 tipos de cargas eléctricas: las cargas positivas y las cargas negativas.
En el S.I., la unidad de carga eléctrica es el culombio (C), en honor a Coulomb. El culombio es una unidad de carga muy grande, por lo que se utilizan submúltiplos: el micro culombio (1 μC), el nanoculombio (1 nC) y el picoculombio (1 pC).
1 μC = 10-6 C, 1 nC = 10-9 C, 1 pC = 10-12 C.
Coulomb estudió la fuerza que surge entre cargas eléctricas. Una fuerza es toda acción capaz de producir dos tipos de efectos: cambios en el movimiento y deformaciones. Entre las cargas eléctricas pueden existir dos tipos de fuerza: atracción y repulsión.
Ley de Coulomb
La expresión matemática de los estudios de Coulomb es la siguiente:
F = K * q1 * q2 / r2
Donde:
- F = Fuerza
- K = Constante
- q1, q2 = Los valores de las cargas
- r = La distancia
Para utilizar la fórmula anterior, las cargas deben estar en Culombios y la distancia en metros.
La relación entre la fuerza y el producto de las cargas es directamente proporcional. La relación entre la fuerza y la distancia es inversamente proporcional. Si la distancia se duplica, el valor de la fuerza se reduce a la cuarta parte.
Partículas Subatómicas y Modelos Atómicos
Inicialmente, se pensaba que los átomos eran indivisibles. Sin embargo, experimentos demostraron que dentro de los átomos existían partículas más pequeñas. Estos experimentos consistían en hacer pasar cargas eléctricas por el interior de gases encerrados en tubos de vidrio y en la electrólisis (hacer pasar una corriente eléctrica por agua).
Estos experimentos revelaron la existencia de tres partículas subatómicas:
- Electrón: Descubierta por Thomson.
- Protón: Descubierta por Rutherford.
- Neutrón: Descubierta por Chadwick.
Actividades
Actividad 1: ¿Qué partícula fundamental contribuye menos a la masa de un átomo?
Respuesta: El electrón, porque tiene menos masa.
Actividad 2: ¿Qué partículas son las que más contribuyen a la masa de un átomo?
Respuesta: El protón y el neutrón, debido a que tienen más masa.
Modelos Atómicos
Una vez descubiertas las partículas fundamentales, se propusieron modelos para explicar cómo están colocadas dentro de los átomos:
- Modelo atómico de Thomson
- Modelo atómico de Rutherford
- Modelo atómico de Bohr
- Modelo atómico actual
A) Modelo Atómico de Thomson
Cuando Thomson propuso su modelo, la única partícula subatómica conocida era el electrón. Para Thomson, el átomo era esférico y estaba lleno de electricidad positiva en todo su interior. Dentro de esa electricidad positiva, los electrones estaban encajados en un número suficiente para contrarrestar la electricidad positiva.
B) Modelo Atómico de Rutherford
Cuando Rutherford propuso su modelo, ya se conocían las tres partículas fundamentales. Para Rutherford, el átomo seguía siendo esférico y estaba prácticamente vacío. Los electrones estaban en la corteza, pero no podían estar quietos y tenían que moverse a velocidades enormes para generar una fuerza centrífuga que contrarrestara la fuerza de atracción del núcleo.
Para representar los átomos, se utiliza el siguiente esquema:
- El número atómico se define como el número de protones que tiene un átomo en su núcleo. Este número coincide con el número de electrones que tiene el átomo en su corteza.
- El número másico se define como el número de nucleones (protones + neutrones) que tiene un átomo en su núcleo.
Cuando un átomo gana o pierde electrones, se convierte en un ion. Los iones pueden ser positivos (cationes) o negativos (aniones).
C) Modelo Atómico de Bohr
Para Bohr, el átomo sigue siendo esférico. El átomo de Bohr tiene una parte central formada por el núcleo, donde están los protones y los neutrones. En la corteza, los electrones se mueven en capas. Los electrones, mientras se mueven en una capa, no pierden ni ganan energía. Cuanto más cerca esté la capa al núcleo, menor energía tiene la capa. Los electrones pueden saltar de una capa a otra. Si un electrón salta de una capa inferior a una capa superior, tiene que ganar energía (absorber energía). Si un electrón salta de un nivel superior a un nivel inferior, debe emitir o perder energía.
Capas:
- Capa K
- Capa L
- Capa M
- Capa N
- Capa O
- Capa P
¿Cómo se calcula el número máximo de electrones que puede caber en una capa?
n°e = 2 * n2
- K -> número máximo e = 2 * 12 = 2
- L -> número máximo e = 2 * 22 = 8
- M -> número máximo e = 2 * 32 = 18
- N -> número máximo e = 2 * 42 = 32
Entre capa y capa hay un espacio vacío. Se llama distribución electrónica a la distribución de los electrones por las diferentes capas de las cortezas de un átomo.