mayo 2020 - QuímicaLab

Estructura de la materia

por QuimicaLab | May 27, 2020 | NIVEL AVANZADO

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Mapa interactivo: si quieres saber más sobre cada partícula clica sobre su nombre

Dados los valores de números cuánticos (4, 2, 3, -½); (3, 2, 1, ½); (2, 0, -1, ½); (1, 0, 0, ½): a) Indique cuáles de ellos no están permitidos. b) Indique el nivel y el orbital en el que se encontrarían los electrones definidos por los valores de los números cuánticos permitidos. c) Indique en cuál de ellos la energía es mayor.

SOLUCIÓN

a) Los números cuánticos expresados en el enunciado vienen en el siguiente orden:

(nº cuántico principal, nº cuántico orbital, nº cuántico magnético, nº cuántico de espín)

(n, l, m_l, m_s)

Teniendo esto en cuenta, y teniendo en cuenta los valores que estos números cuánticos pueden tomar, no son posibles los siguientes:

(4, 2, 3, -½) porque m_l no puede tomar valores mayores a l.

(2, 0, -1, ½) porque si l = 0 entonces m_l sólo puede valer 0.

b) (3, 2, 1, ½) n = 3; l = 2; m_l= 1; m_s = ½

Es un electrón situado en el nivel 3. El valor de l indica que se trata de un orbital d, concretamente el 3d.

(1, 0, 0, ½) n = 1; l = 0; m_l = 0; m_s = ½

Es un electrón situado en el nivel 1. El valor de l indica que se trata de un orbital s, concretamente el 1s.

c) De los dos permitidos, el electrón con mayor energía (energía menos negativa) es aquel que se encuentra en el nivel superior, es decir, el electrón cuyos números cuánticos son (3, 2, 1, ½).

Dadas las configuraciones electrónicas: A: 1s²3s¹; B: 1s²2s³; C: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵; D: 1s²2s²2px²2py⁰2pz⁰. Indique razonadamente: a) La que no cumple el principio de exclusión de Pauli. b) La que no cumple el principio de máxima multiplicidad de Hund. c) La que, siendo permitida, contiene electrones desapareados.

SOLUCIÓN

a) El principio de exclusión de Pauli se puede establece que no puede haber dos fermiones (dos electrones en este caso) con todos sus números cuánticos idénticos en el mismo sistema cuántico (en este caso en el átomo).

Este principio lo incumple la configuración electrónica B pues el orbital 2s sólo puede contener dos electrones, uno con número cuántico +1/2 y el otro con número cuántico -1/2. Dado que el número cuántico de espín, m_s, sólo puede tomar estos dos valores, si hubiera un tercer electrón en este orbital se repetiría necesariamente uno de sus valores.

b) El principio de máxima multiplicidad de Hund dice que en orbitales degenerados de una misma energía, los electrones se distribuyen de forma que todos los espines electrónicos están desapareados pues así se consigue la mayor estabilidad energética.

Este principio lo incumple la configuración electrónica D, pues posee dos electrones el el orbital degenerado 2p_x, mientras que los otros dos orbitales del mismo tipo y nivel energético (2p_y, y 2p_z) están vacíos. Esta configuración electrónica debería ser, por ejemplo:

1s²2s²2px¹2py¹2pz⁰

c) De las configuraciones electrónicas propuestas, la A y la C son las que poseen electrones desapareados. La configuración electrónica a contiene un solo electrón en el orbital 3s y corresponde a un estado excitado del átomo de litio, que en su estado fundamental tendría por configuración:

1s²2s¹

La configuración C tiene un electrón desapareado en uno de los orbitales 3p. Corresponde a la configuración electrónica del cloro en su estado fundamental, que también podríamos escribir, para ver el electrón desapareado, de la siguiente forma:

1s²2s²2p⁶3s²3px²3py²3pz¹

Finalmente, tal como se ha mencionado en el apartado anterior, la configuración electrónica D expresada de manera que cumpla el principio de máxima multiplicidad de Hund, también tendría dos electrones desapareados.

Las cuestiones correspondientes a este contenido se encuentran combinadas con las de las propiedades periódicas. Es por lo que las hemos incluido solo en el apartado del sistema periódico. Accede desde el siguiente enlace.

Sistema Periódico

Modelo de Dalton

Definición: partícula indivisible e indestructible; es característico de cada elemento químico.

Base experimental: leyes ponderales.

Modelo de Thomson

Definición: partícula neutra formada por una masa de carga positiva que contiene partículas muy pequeñas de masa negativa, los electrones

Base experimental: descubrimiento del electrón tras estudiar las experiencias en tubos de descarga.

Modelo de Rutherford

Definición: partícula neutra con un núcleo muy pequeño y una corteza muy grande (10.000 veces mayor) En el núcleo está la carga positiva y la mayor parte de la masa. En la corteza, los electrones giran a su alrededor junto con posterioridad se descubrió que en el núcleo estaban los protones y los neutrones.

Base experimental: lanzar contra una lámina de oro partículas radiactivas de tipo alfa.

Modelo de Bohr

Definición: partícula neutra con una estructura nuclear similar a la prevista por Rutherford. Los electrones giran en la corteza solo a ciertas órbitas estacionarias. en cada órbita el electrón tiene un nivel de energía.

Consecuencias:

Un electrón puede pasar de una órbita a otra solo se absorbe o emite un fotón cuya energía coincide con la diferencia de energía entre esas órbitas.

Tanto el radio de las órbitas estacionarias como su energía, dependen de un número cuántico n:

$\fn_cm \small r=an^2 \ \ \ \ \ \ E=-\frac{b}{n^2}$

a y b son constantes cuyo valor depende del elemento al que pertenece el átomo tienes el número cuántico; puede adoptar los valores 123 etcétera.

Base teórico-experimental:

Hipótesis de Planck. Los cuerpos absorben o emiten energía en forma de cuántos o fotones. energía de una radiación coincide con la energía de cada fotón:

$\fn_cm \small E_{fot\acute on}=h\nu$

Efecto fotoeléctrico. Una redacción luminosa puede arrancar electrones un metal y producir una corriente eléctrica. para ellos, la energía de sus botones debe superar un valor mínimo que depende del elemento metálico junto superada esa energía umbral, la intensidad de la corriente producida es proporcional a la intensidad de la reacción luminosa.

$\fn_cm \small E_{fot\acute on}=E_{umbral}+E_c_{max}$

$\fn_cm \small h\nu =h\nu _o+\frac{1}{2}m_ev_e^2$

Espectros atómicos. El espectro de emisión y absorción de los elementos químicos costas de una radiaciones concretas que son características de cada elemento. se puede encontrar una fórmula matemática que relaciona en las longitudes de onda del espectro del hidrógeno.

Modelo mecanocuántico

Definición: partícula neutra con una estructura nuclear similar a la predicha por Rutherford. Los electrones se encuentra en la corteza ocupando orbitales.

Un orbital es una región del espacio en la que hay una probabilidad superior al 90% de encontrar un electrón. En cada orbital, el electrón se encuentra en un estado cuántico, definido por 4 números cuánticos: n, l, m y s.

Es su movimiento, los electrones llevan una onda asociada. La representación gráfica de la función de onda asociada a un estado cuántico permite conocer la forma y el tamaño de los orbitales.

Base teórico-experimental:

Espectro de los átomos polielectrónicos. Mejoras tecnológicas en los espectroscopios y la obtención de los mismos en presencia de un campo magnético muestran más rayas en el espectro de las que se podían prever de acuerdo con el modelo de Bohr.

Principio de dualidad onda corpúsculo de Louis de Broglie. Toda partícula que se mueve lleva asociada una onda cuya longitud de onda viene expresada:

$\fn_cm \small \lambda=\frac{h}{mv}$

Principio de incertidumbre de Heisenberg. Es imposible conocer con absoluta precisión, a la vez, la posición y el estado de movimiento del electrón. Su límite de incertidumbre es:

$\fn_cm \small \Delta x\Delta p\geq h/2\pi$

El valor de h = 6,63·10^-34J·s determina que estos dos principios solo tiene significado en partículas de masa muy pequeña, como el electrón.

Partículas en el átomo

Partículas elementales. Sin estructura interna. Dos tipos: Leptones (como el electrón) y quarks (no se han detectado en forma aislada)

Hadrones. Partículas formadas por varios quarks. Pueden ser de dos tipos: bariones (combinaciones de tres quarks, como el protón o el neutrón) y mesones (combinaciones de dos quarks como los piones).

FUENTE: Inicia DUAL QUÍMICA 2º BACHILLERATO Oxford EDUCACIÓN

La utilidad de lo inútil

por QuimicaLab | May 27, 2020 | DIVULGACIÓN

“Ninguna plataforma digital puede cambiar la vida de un estudiante, solo los buenos profesores pueden hacerlo”, sostiene el escritor y filósofo Nuccio Ordine. Para el humanista italiano, es fundamental no perder de vista la importancia de las relaciones humanas en este contexto y saber distinguir la emergencia de la normalidad:

“¿Cómo podré leer un texto clásico sin mirar a los ojos a mis estudiantes, sin reconocer en sus rostros los gestos de desaprobación o de complicidad?” Y añade: “Estamos olvidando que sin la vida comunitaria, sin los rituales que regulan los encuentros entre profesores y alumnos en las aulas no puede haber ni transmisión del saber, ni formación auténtica”.

Para Ordine, “la literatura puede enseñarnos valores inmortales” y nos ofrece valiosos aprendizajes sobre las consecuencias de las enfermedades y pandemias:

“Tal como nos recuerda Albert Camus, en tiempos de epidemias es más fácil entender que un mundo construido sobre la indiferencia, la injusticia social y las profundas desigualdades es un mundo sin futuro”.

Profesor de Literatura Italiana en la Universidad de Calabria, humanista, filósofo y escritor, Nuccio Ordine reivindica la construcción de una sociedad mejor a través de valores humanistas. Cuando era niño, en su pueblo no había escuela y en su casa no había libros. Sus padres no llegaron al instituto, pero él ha logrado convertirse en un referente mundial sobre literatura clásica. Su obra más conocida, ‘La utilidad de lo inútil’, ha sido traducida a más de veinte idiomas y obtuvo la consideración de Mejor Libro Humanista del año 2017.

Os recomiendo que escuchéis a este sabio. Me he emocionado como pocas veces.

Factores de conversión

por QuimicaLab | May 26, 2020 | NIVEL INTERMEDIO

Los llamados factores de conversión son fracciones por las que se multiplica una magnitud con el fin de expresarla en otra unidad, o bien transformarla en otra magnitud con la cual guarda una relación de proporcionalidad.

La condición para poder usar factores de conversión es que las magnitudes guarden una relación de proporcionalidad y que, además, conozcamos la constante de proporcionalidad que las liga.

Dos magnitudes son directamente proporcionales cuando al dividir valores correspondientes de ambas se obtiene siempre lo mismo. El resultado obtenido en la división se conoce con el nombre de constante de proporcionalidad (k):

$\fn_cm \small \frac{a}{b}=k$

donde a y b son directamente proporcionales y k la constante de proporcionalidad.

Cuando dos magnitudes son directamente proporcionales podemos obtener una de ellas multiplicando la otra por la constante de proporcionalidad o por su inverso:

$\fn_cm \small a=k\cdot b$

$\fn_cm \small b=\left ( \frac{1}{k} \right )\cdot a$

Cuando expresamos una magnitud en unidades diferentes la constante de proporcionalidad entre ambas medidas es la unidad. O lo que es lo mismo, existe igualdad entre ambas medidas. Es decir:

$\fn_cm \small \frac{a}{b}=k \ Si: k=1\Rightarrow \frac{a}{b}=\frac{b}{a}=1\Rightarrow a=b$

Esto es lo que ocurre en los siguientes casos:

$\fn_cm \small \small 1 \ kg=1000\ g$

$\fn_cm \small \small 1\ onza=28,3\ g$

$\fn_cm \small 1\ min=60\ s$

$\fn_cm \small 1\ L=1000 \ mL$

Por tanto:

$\fn_cm \fn_cm \small \frac{1\ kg}{1000\ g}=1\ ;\frac{1000\ g}{1 \ kg}=1$

$\fn_cm \small \frac{1\ onza}{28,3\ g}=1\ ;\frac{28,3\ g}{1 \ onza}=1$

$\fn_cm \small \frac{1\ min}{60\ s}=1\ ;\frac{60\ s}{1 \ min}=1$

$\fn_cm \small \frac{1\ L}{1000\ mL}=1\ ;\frac{1000\ mL}{1 \ L}=1$

Tanto la primera fracción como su inversa valen la unidad. Por tanto, si se multiplica determinada magnitud por esa fracción (factor de conversión), su valor no varía. Lo único que se produce es un cambio en las unidades en las que está expresada:

$\fn_cm \small 500\ \cancel g \cdot \frac{1\ onza}{28,3\ \cancel g}=17,7\ onzas$

Por tanto, para convertir unidades mediante factores de conversión:

1. Partimos de la magnitud expresada en la unidad original.
2. Construimos un factor de conversión, teniendo en cuenta la equivalencia con la nueva unidad, y escribimos esa equivalencia de forma tal que la unidad que aparece en el denominador se pueda tachar con la unidad de partida.
3. El resultado de la operación estará expresado en la nueva unidad. La nueva unidad debe de aparecer en el numerador y sin tachar.

No hay ningún problema en escribir más de un factor de conversión. Los factores de conversión se pueden encadenar hasta llegar a la solución buscada:

¿Cuántos segundos tiene un día?

$\fn_cm \small 1 \cancel {d \acute ia} \cdot \frac{24\ \cancel h}{1\ \cancel {d \acute ia}}\cdot \frac{60\ \cancel {min}}{1\ \cancel h}\cdot \frac{60\ s}{1\ \cancel {min}}=86400\ s$

La ventaja de usar factores de conversión es evidente cuando se trata de transformar unidades derivadas, tales como km/h, rad/s o similares.

- Expresar 100 km/h en m/s:

$\fn_cm \small 100\cdot \frac{1\ \cancel {km}}{1\ \cancel h}\cdot \frac{1000\ m}{1\ \cancel {km}}\cdot \frac{1\ \cancel h}{3600\ s}=\frac{100\cdot 100\ m}{3600\ s}=27,8\ \frac{m}{s}$

- Convertir 3π rad/s en rpm (revoluciones/min = vueltas/min). DATO: 1 vuelta = 2π rad/s:

$\fn_cm \small \small 3\pi \cdot \frac{\cancel {rad}}{\cancel s}\cdot \frac{1\ vuelta}{2\pi \cancel {rad} }\cdot \frac{60\ \cancel s}{1\ min}= 3\pi \cdot \frac{60\ vueltas}{2\pi \ min}=9\ \frac{vueltas}{min}=9 \ rpm$

- La densidad del aceite de oliva es 0,80 g /cm³ . Expresarla en kg/m³:

$\fn_cm \small \small 0,8 \cdot \frac{\cancel g}{\cancel {cm^3}}\cdot \frac{1\ kg}{10^{3} \cancel g}\cdot \frac{10^6\ \cancel {cm^3}}{1\ m^3}= 0,8\cdot \frac{10^6\ kg}{10^3 \ m^3}=800\ \frac{kg}{m^3}$

- La constante de gravitación universal, G, tiene un valor de 6,67·10^-11 m³/kgs². ¿Cuál será su valor expresada en cm, g y s?

$\fn_cm \small \small 6,67\cdot 10^{-11} \cdot \frac{\cancel m^3}{\cancel {kg} \ s^2}\cdot \frac{10^6\ cm^3}{1\cancel m^3 }\cdot \frac{1 \cancel {kg} }{10^3\ g}=\frac{6,67\cdot 10^{-11}\cdot 10^6} {10^3} \frac{cm^3}{g\ s^2}=6,67\cdot 10^{-11} \frac{cm^3}{g\ s^2}$

Tanto en física como en química usamos, muy a menudo, magnitudes que son directamente proporcionales.

Si consideramos una sustancia homogénea, por ejemplo hierro, observamos que la relación entre la masa y el volumen de distintos trozos es siempre contante. Esto implica que si un trozo de hierro tiene doble masa que otro, su volumen también ha de ser doble. Si por el contrario un trozo de hierro tiene un volumen que es un tercio, su masa será también un tercio. La relación entre masa y volumen se denomina densidad, y es una propiedad característica para cada sustancia. La densidad es la constante de proporcionalidad entre la masa y el volumen:

$\fn_cm \small \small \frac{m}{V}=d$

A partir de esta relación podemos calcular la masa si conocemos el volumen y la densidad y, a la inversa, calcular el volumen si conocemos la masa y la densidad:

$\fn_cm \small \small m=d\cdot V \ ;\ V=\left ( \frac {1}{d} \right )\cdot m$

Este cálculo se puede realizar de forma muy intuitiva utilizando factores de conversión, ya que como se ha visto la densidad es el factor que convierte masa en volumen o volumen en masa.

¿Cuál es la masa de 135 mL de aceite de oliva sabiendo que su densidad es 0,80 g/cm³?

$\fn_cm \small m=135\ \cancel {mL}\cdot \frac{0,8\ g}{1 \ \cancel {mL}}=108,0\ g$

¿Se pesan en una balanza 125,0 g de aceite de oliva ¿cuál será su volumen?

$\fn_cm \small V=125\ \cancel g\cdot \frac{1\ cm^3}{0,8 \ \cancel g}=156,3 \ cm^3$

En una disolución la masa de soluto y el volumen de disolución son directamente proporcionales. La constante de proporcionalidad es ahora la concentración (en g/L)

$\fn_cm \small \frac{gramos \ soluto}{litro \ de \ disoluci\acute on}=c \left ( g / L\right )$

Calcular la cantidad de soluto (gramos) necesarios para preparar 120 cm³ de disolución de sal en agua para que tenga una concentración de 85 g/L.

$\fn_cm \small m= 120\ \cancel {cm^3\ disoluci\acute on} \cdot \frac{85\ g\ soluto}{1000 \ \cancel {cm^3\ disoluci \acute on}}=10,2 \ g\ soluto$

¿Cuántos mL de la disolución hay que tomar para que contenga 3,5 g de sal?

$\fn_cm \small V=3,5\ \cancel {g\ soluto }\cdot \frac{1000\ cm^3\ disoluci \acute on}{85 \ \cancel {g\ soluto}}=41,2 \ cm^3\ disoluci \acute on$

Es en los cálculos a realizar en las reacciones químicas cuando el uso de los factores de conversión alcanzan su máxima utilidad. En una reacción química las sustancia iniciales (reactivos) reaccionan según una relación en moles dada por los coeficientes de la ecuación ajustada. Los cantidades de productos obtenidos también están fijadas por las relaciones en moles indicadas por los coeficientes correspondientes.

Para convertir moles en gramos, o al revés, usamos la definición de mol que, junto con la definición de unidad de masa atómica, nos conduce a la conclusión de que la masa de un mol de un compuesto es la masa molecular expresada en gramos.

¿Cuántos gramos de dicloruro de manganeso se obtienen cuando reaccionan 7,5 g de ácido clorhídrico?

SOLUCIÓN

$\fn_cm \small \small MnO_2 \ + \ 4HCl \rightarrow \ MnO_2+Cl_2 +\ 2H_2O$

$\fn_cm \small m=7,5 \ \cancel{g \ de\ HCl} \cdot \frac{\cancel {1\ mol \ HCl}}{\cancel {36,5\ g\ HCl}}\cdot \frac{1 \cancel {mol\ MnCl_2}}{4\ \cancel {moles\ HCl}}\cdot \frac{126,0\ g\ MnCl_2 }{\cancel {1\ mol\ MnCl_2}}=6,5\ g\ de\ MnCl_2$

Se hacen reaccionar 4,5 g de zinc con ácido clorhídrico del 35% en peso y 1,18 g/cm³ de densidad. Calcular el volumen de ácido necesario para reacción completa.

SOLUCIÓN

$\fn_cm \small \small 2HCl+ Zn \rightarrow ZnCl_2+ H_2$

$\fn_cm \small V=4,5 \ \cancel{g \ Zn} \cdot \frac{{1\ \cancel{mol\ Zn}}}{65,4 \cancel {g\ Zn}} \cdot \frac{2 \cancel {mol\ HCl}}{1 \cancel{mol\ Zn}}\cdot \frac{36,5 \cancel {g\ HCl}} {1 \cancel{mol\ HCl}}\cdot \frac {100,0\ \cancel {g \ \acute acido}}{35,0 \cancel{g\ HCl}} \cdot \frac{1 \ cm^3\ \acute acido}{1,18\ \cancel {g\ \acute acido}}$

$\fn_cm \small =12\ cm^3$

FUENTE: Apuntes del departamento de Física y Química del IES La Magdalena de Avilés.

Sistemas materiales

por QuimicaLab | May 25, 2020 | NIVEL BÁSICO

Construimos lentos pero seguros

por QuimicaLab | May 23, 2020 | Ácido-Base, Cinética Química, Equilibrio Químico, Estructura de la materia, Oxidación-Reducción, Termoquímica

Los contenidos de estas categorías irán apareciendo poco a poco.

“El mundo no se hizo en un día”

Gracias por vuestra paciencia y comprensión.

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SÓLIDA	Bronce	Sal húmeda	Adsorciones
LÍQUIDA	Agua mineral	Vinagre	Oxígeno en agua
GAS	Aromas	Humedad del aire	Aire

Fase dispersante / Fase dispersa	SÓLIDA	LÍQUIDA	GASEOSA
SÓLIDA	Harina	Barro	Adsorciones
LÍQUIDA	Pintura	Crema	Oxígeno en agua
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