OXIGENO, COMPONENTE
ACTIVO DEL AIRE.
El oxígeno es el
elemento más abundante en el planeta con el 50%y forma el 21% en volumen de la atmosfera,
se encuentra presente en el agua y como óxidos con otros elementos. Reacciona
con no metales y metales.
Existen 2 alotropos
del oxígeno el más común es la molécula diatónica O2, el otro es el
ozono es una capa triatómica, O3.
Todo fenómeno
químico puede ser representado a través de una ecuación química, que muestra los cambios que se
lleva a cabo.
podemos describir
las variaciones que se realizan cuando se oxidan los elementos metálicos y no metálicos en presencia
del oxigeno y con el auxilio de la energía calorífica.
Un
ejemplo de las reacciones del oxígeno con un metal, es la que ocurre con el
magnesio al someterlo a la reacción de oxidación en una flama, pues desprende
una intensa luz blanca y se convierte en un sólido blanco muy frágil; el
producto de esta reacción es un óxido metálico llamado oxido de magnesio
2Mg(s)
+O2(g)____ 2MgO(s) +E
Si se considera que la fórmula se escribe como el
resultado del entrecruzamiento de valencias, en el ejemplo (2+) para el
magnesio (Mg) y (2-) para el oxígeno (O), se representa la fórmula como Mg2O2 entonces
¿por qué se escribe simplemente como MgO?
Porque al escribir
las fórmulas, se considera la expresión mínima a través de su mínimo común
divisor, en este caso al dividir 2/2=1,
La fórmula de un compuesto tiene que ser eléctricamente neutra, esta condición
se cumple para el óxido de magnesio MgO (2+)(2-)= 0 .
Todo cambio químico puede ser descrito con una
ecuación que nos muestra las transformaciones que ocurren entre dos o más
sustancias. De esta forma podemos describir las variaciones que se realizan
cuando se oxidan los elementos no metálicos en presencia de oxígeno y con el
auxilio de la energía calorífica. Se puede tomar como ejemplo el carbono,
cuando éste es sometido a la reacción de oxidación en la flama, se lleva a cabo
su combustión y se desprende un gas llamado monóxido de carbono, en el caso de
su valencia de menor valor; en la otra posibilidad cuando la valencia de
intercambio del carbono es la mayor, forma el dióxido de carbono. En ambas
reacciones hay desprendimiento de energía, el producto de estas reacciones
son óxidos no metálicos.
EJERCICIO
REACCIONES
DE OXIDO CON AGUA
Después de la formación
de los acidos,es factible combinarlos con agua para formar nuevos compuestos,
en el caso de los óxidos metálicos cuando interactúan con agua forman hidróxidos.
Los óxidos no metálicos en presencia de agua forman ácidos del tipo ácidos.
LABORATORIO VIRTUAL.
REGLAS DE NOMENCLATURA.
La
nomenclatura química es un conjunto de reglas que se aplican para nombrar y
representar con símbolos y fórmulas a los elementos y compuestos químicos.
Actualmente se aceptan tres sistemas de nomenclatura donde se agrupan y nombran
a los compuestos inorgánicos:
·
Sistema de nomenclatura
estequimétrico ó sistemático de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada,
(IUPAC).
·
Sistema de nomenclatura
funcional, clásico ó tradicional.
·
Sistema de nomenclatura
Stock.
Óxidos
metálicos
Resultan de la
combinación del oxígeno con metales y al reaccionar con el agua producen bases.
Al combinar: metal +oxigeno_______ oxido metálico u oxido básico
Nomenclatura Stock
Se
nombra con la palabra genérica óxido seguido
de la preposición de enseguida
el nombre del metal con el que se combinó, por ejemplo: óxido de calcio.
Nomenclatura clásica ó tradicional
Estos
mismos compuestos se pueden nombrar con la palabra genérica óxido seguida del nombre del
metal con el sufijo oso para
el valor menor de la valencia y con el sufijo ico cuando el valor de su
valencia es mayor, por ejemplo:
Nomenclatura IUPAC
La
IUPAC determina que estos compuestos se nombran a partir de la cantidad de
elementos que los constituyen, por ejemplo:
Óxidos ácidos
Son combinaciones
del oxígeno con un no metal y al reaccionar con agua producen ácidos del tipo
oxiácido.
No metal+
oxigeno______ oxido no metálico u oxido acido o anhídrido
Nomenclatura Stock
Se
nombra con la palabra óxido seguida
de la preposición de,
a continuación el nombre del no metal expresando con número romano el valor de
la valencia con la que interactuó con el oxígeno
Nomenclatura clásica ó tradicional
Este
mismo tipo de compuestos, también se pueden nombrar con la palabra genérica anhídrido seguida del nombre
del no metal con el sufijo oso para
el valor de la menor valencia e ico para
el valor de la mayor valencia
Cuando el no metal presenta más de dos valencias como
es el caso del cloro se conservan los sufijos de la regla anterior y se
utilizan además :el prefijo hipo, proveniente del griego ”hypo” que significa
inferior o debajo, y el prefijo hiper o per del griego ”hyper” que significa
mayor o superior.
Nomenclatura IUPAC
Este
tipo de compuestos se nombran a partir de la cantidad de elementos que
constituyan a su representación simbólica, empleando las raíces griegas de los
números correspondientes.
Dependiendo del número de valencias que presente el no
metal, por ejemplo el carbono tiene dos valencias positivas 2+ y 4+, cuando
actúa con el número de valencia 2+ al combinarse con el oxígeno 2-, se forma el
monóxido de carbono
Hidróxidos
Una de las
principales aplicaciones de las bases o hidróxidos es en la fabricación de los
jabones que usamos a diario en casa.
Se forma: metal +
oxigeno ____oxido metalico u oxido basico+agua____base o hidróxido
Nomenclatura Stock
Cuando
ya se tiene un óxido metálico, al combinarse con agua forma un hidróxido, también conocido como base
Nomenclatura clásica ó tradicional
Se
conserva la misma nomenclatura para nombrar a los compuestos derivados de los
óxidos metálicos formando los hidróxidos correspondientes y también se
conservan los sufijos “oso” para
el valor menor de la valencia e “ico”
para el valor mayor, por ejemplo:
Nomenclatura IUPAC
Se
conserva la misma nomenclatura, es decir, considerando la cantidad de elementos
que constituyen el compuesto
Para aprender a
escribir los modelos o las fórmulas de los hidróxidos con facilidad, puedes
acudir a un recurso didáctico sencillo: combinar directamente el metal en forma
de ion positivo con el radical hidroxilo con valencia 1- (OH)1-
Ácidos
Cuando se tiene un
óxido no metálico, al combinarse con agua forma un ácido tipo de oxiacido, se llaman oxiacidos por que en su composición esta
presente el oxígeno y la calidad ácida será determinada por la presencia del hidrógeno.
Estos
tipos de compuestos son los que producen la lluvia ácida, ya que son productos de desecho de la industria
y de vehículos de combustión interna (automotores), debido a que se combinan
con la humedad y agua del ambiente.
No metal +oxigeno
____ oxido no metálico u oxido ácido o anhídrido +agua____ ácido(oxidado)
Nomenclatura Stock
Se
nombra al no metal con el sufijo ato, seguida
del valor de la valencia del no metal y por último se agrega de hidrógeno.
Nomenclatura clásica
ó tradicional
Si
observas, cuando los óxidos no metálicos se combinan con agua por síntesis o
adición forman su ácido correspondiente, derivando su nombre del anhídrido del
cual provenían, se pierde la palabra anhídrido, se cambia por ácido y conserva el nombre
del anhídrido originario.
Por ejemplo, para formar los ácidos correspondientes del carbono, se parte de
su óxido o anhídrido en presencia de agua, reaccionan y se produce:
Nomenclatura IUPAC
Se
conserva la misma nomenclatura, es decir, considerando la cantidad de elementos
que constituyen el compuesto.
Hidrácido
Este tipo de
compuestos se forman con la combinación de un hidrógeno (H+) como ion positivo y un no metal (NM-) como ion
negativo.
H++NM-______HNM
Nomenclatura Stock
Se
nombran con el nombre del no metal con sufijo uro seguida de la preposición de y finalmente la palabra hidrógeno, en estado
natural.
Nomenclatura
tradicional e IUAPAC
En
este caso convergen la nomenclatura clásica o tradicional y la de IUPAC, en
éstas se nombran con la palabra genérica ácido seguida del nombre del no metal con el que se combinó y
con el sufijo hídrico,en
disolución acuosa.
EJERCICIOS DE NOMENCLATURA
BALANCEO
El balanceo consiste en igualar el
número de átomos de cada elemento tanto en los reactivos como en los productos,
y sirve para verificar la Ley de
la Conservación de la Materia (La materia no se crea ni se destruye
solo se transforma).
Para
escribir y balancear una ecuación química de manera correcta, es necesario
tener presente las siguientes recomendaciones:
·
Revisar que la ecuación química esté completa y
correctamente escrita.
·
Observar si se encuentra balanceada.
·
Balancear primero los metales, los no metales y al
final el oxígeno y el hidrógeno presentes en la ecuación química.
·
Escribir los números requeridos como coeficiente al
inicio de cada compuesto.
·
Contar el número de átomos multiplicando el
coeficiente con los respectivos subíndices de las fórmulas y sumar los átomos
que estén de un mismo lado de la ecuación.
·
Verificar el balanceo final y reajustar si es
necesario.
Balanceo de un fenómeno de neutralización
A
continuación analizaremos el balanceo de una ecuación química un poco más
compleja, en este caso una que representa un fenómeno de neutralización, es
decir, reacciona un ácido y una base, para formar una sal y agua.
·
Observar que la ecuación química esté completa y
bien escrita.
·
Contar el número de elementos existentes en dicha
ecuación del lado de los reactivos y después los correspondientes a los
productos, empezando por: metales, no metales, dejando para el final al oxígeno
e hidrógeno.
·
Al hacer el conteo de cada lado, se recomienda
indicar con coeficientes la igualación de la cantidad de átomos de los
elementos que intervienen en la representación de una reacción química.
EJERCICIOS
ACTIVIDAD FINAL
Hoy en
día el conocimiento de la estructura del átomo nos ha permitido identificar y
controlar algunos comportamientos de la materia, de tal forma que se han creado
nuevos materiales y se han modificado las propiedades de otros.
HOMO ERECTUS
Uno de los primeros
hechos fue el descubrimiento del fuego hace alrededor de
400,000 años por el homo erectus.La explicación y/o limitaciones
/importancia: El fuego es una
reacción química de combustión y de oxidación en donde la materia se transforma
con la producción de calor, luz.
TALES DE MILETO
“Todo estaba compuesto por una
materia básica: el agua.”
A esto lo llamó principio
estructural; que sostenía que la tierra era plana rodeada de un mar infinito y
la cubría una semiesfera de cielo en el que se encontraba el sol, la luna, las
estrellas. Otra aportación que hizo fue observar que al frotar una piedra de
ámbar para pulirla ésta atraía la tela, sin saberlo descubre la electricidad
estática.
LEUCIPO DE MILETO
Leucipo integró las ideas del
momento: as partículas pequeñas, de Parménides lo indivisible, de
Anaxágoras las partículas iguales y de Xenón la continuidad de las cosas así,
llegó a la conclusión de que: Las cosas son divisibles hasta llegar a un ente
indivisible constituido por partículas pequeñas iguales entre sí con tres
diferencias esenciales: la forma, la posición y el orden.”
DEMÓCRITO DE ABDERA
Difundió las ideas de su maestro y
fue el primero en usar la palabra átomo y le asignó la propiedad de
enlace, además de la existencia del vacío, propuso:
“Los átomos permanecen unidos por
adherencia hasta que una fuerza actúa sobre ellos y los separa, y al chocar con
otros forman, agua, fuego, una planta o un hombre; por lo tanto la naturaleza
está organizada por átomos eternos e invariables y vacío.”
ARISTÓTELES
Retomó las ideas de
Empédocles sobre las cuatro sustancias como primaecualitaties y propuso el modelo matemático que plantea lo siguiente: el agua es fría y húmeda,
el aire es húmedo y caliente, el fuego es caliente y seco y la tierra es fría y
seca. Además agrego una propiedad más, el éter que es un poder vital llamado
ROBERT BOYLE
Fue el pionero en dar un enfoque
científico al estudio de la materia, razón por la que es considerado el primer
químico. Publicó el “Artículo del químico escéptico”, en donde difería de las
ideas de Aristóteles sobre su modelo de los cuatro elementos, sus
propiedades y sobre el concepto de átomo de Demócrito.
Boyle explica el comportamiento de
la materia a nivel corpuscular y plantea la idea de las partículas que forman
las distintas sustancias conocidas, hecho que dio inicio al concepto de elemento
químico que definió como:
“…la sustancia que no puede ser
separada en sus componentes por métodos químicos, hasta que se demuestre lo
contrario”.
ANTOINE L. LAVOISIER
Químico francés que crea las bases de la Química Moderna y
destruye la teoría del flogisto al demostrar de forma cuantitativa
que la calcinación de los metales en el aire produce “cal” (óxido), observando
cómo la cal aumenta su masa y disminuye la del aire contenido en el recipiente
donde realizó el experimento. Descubre la composición del aire estableciendo
que el aire respirable es el 27% (después le llamó oxígeno) y el no
respirable el 73% llamándolo “azoe” (nitrógeno).
Todos estos hechos son los antecedentes que dieron origen a la Teoría
Atómica.
EJERCICIO 1
MODELOS
MODELO DE DALTON
La teoría atómica de Dalton puede
explicar la ley de la conservación de la materia de Lavoisier: “Durante una
reacción química las sustancias que intervienen no se crean ni se destruyen,
sólo se transforman y producen productos”.
Dalton pensaba que al combinar un
volumen de cloro con uno de hidrógeno obtendría dos volúmenes de cloruro de
hidrógeno y que debía existir el mismo número de átomos de cada elemento. Sin
embargo, cuando Joseph Louis Gay-Lussac sintetizó agua comprobó que las
cantidades no correspondían al modelo propuesto por Dalton
PRIMER POSTULADO
Las sustancias se pueden dividir
hasta partículas indivisibles y separadas llamadas átomos.
SEGUNDO POSTULADO
Los átomos de un mismo elemento son
iguales esencialmente en masa y propiedades, los de otros elementos tienen
diferente masa y no se pueden crear o destruir.
En la imagen del lado izquierdo se presentan las marcas arbitrarias o signos
que Dalton eligió para representar los diversos elementos químicos. En la
imagen del lado derecho están los compuestos que se forman a partir de los
elementos.
TERCER POSTULADO
Al combinarse dos o más átomos
forman un compuesto y la fracción más pequeña de éste es un átomo compuesto,
integrado por átomos compuestos idénticos en una relación numérica sencilla de
átomos de cada elemento que lo conforma.
Este ejemplo ocurre cuando se combina el azufre y el oxígeno.
CUARTO POSTULADO
En una reacción química, los átomos
se reacomodan para formar nuevos compuestos.
EJERCICIO 2
+
MODELO DE THOMPSON
en sus experimentos descubrió
que los rayos catódicos eran idénticos sin importar el material de
los electrodos o del gas que contenía el tubo, llega a la conclusión de que las
partículas de carga negativa forman parte de todos los átomos que después Stoney nombraría
como electrones en donde demuestra la relación entre la carga
eléctrica y la masa de éstas partículas.
Con este trabajo Thompson ganó el Premio Nobel de Física en 1906 que
permitió explicar la electricidad estática descubierta por Tales de
Mileto, en ese momento Faraday también realizaba experimentos con
electricidad y sustancias disueltas en agua.
Los experimentos que dieron origen
a la propuesta del modelo atómico de Thompson se realizaron en 1897 sin
embargo, los reportó hasta 1902; en éstos considera al átomo como una
gran esfera con carga eléctrica positiva, en la que se distribuyen los
electrones como pequeños granitos al que llamó “budín con pasas”, este
modelo lo retoma Millikan en 1909 con sus experimentos de “la gota de
aceite” en donde logra determinar la carga negativa del electrón.
Partiendo del modelo de Thompson y
la identificación de la partícula con carga negativa llamada electrón, fue posible
explicar posteriormente cómo se unen los compuestos que hoy se conocen como enlaces,
las reacciones de electrólisis con los iones positivos y negativos,
entre otras aportaciones; sin embargo, se seguía considerando al átomo continuo
pero divisible.
MODELO DE RUTHERFORD
Rutherford, basó sus estudios en
las partículas alfa
La mayoría de las partículas alfa
atraviesan la lámina de oro sin sufrir ninguna desviación, entonces debía haber
espacios vacíos entre los átomos de oro.
♥Una de cada 40,000 partículas alfa se desvían
en un ángulo mayor de 90° en la lámina de oro, esto implicaba la existencia de
un núcleo con carga positiva que provoca esta desviación.
♥Una de cada 40,000 partículas alfa rebotaban en la lámina de
oro, esto implicaba la existencia de un núcleo con carga positiva.
El centro del átomo está
constituido por el núcleo donde reside su masa con carga positiva, a la que
llamó protón, y una atmósfera electrónica compuesta de órbitas indeterminadas
en las que se encuentran los electrones
Hasta 1920 que James Chadwick ,
con experimentos semejantes a los de Rutherford lo confirma y además descubre
una partícula atómica con una masa igual a la del protón y sin carga a la que
llamó neutrón
Rutherford suponía que si el
electrón está cargado eléctricamente y se encuentra en movimiento
constantemente, utilizará energía, lo que provocaría que ésta disminuya
gradualmente hasta agotarla y entonces el electrón caería hacia el nucleo destruyendo
al átomo, sin embargo, su hipótesis no pudo ser demostrada.
MODELO DE BHOR
propuso dar una explicación de por qué los
elementos presentaban los espectros de emisión y absorción y por qué
eran diferentes unos de otros, para ello retomó los trabajos de Max Planck acerca
de los cuantos o fotones y de Gustav Kirchhoff quien estudió el color
que emitía la flama del mechero cuando quemaba algunas sustancias.
Bohr supuso que los electrones se encuentran y giran en órbitas
definidas y que cada una contiene una cantidad de energía, por esta razón los
llamó niveles de energía.
Planteó que en estado basal los electrones
se encuentran girando en torno a su nivel de energía, pero que éstos pueden
pasar de uno a otro, para ello necesitan absorber energía
Los experimentos de Planck y Kirchhoff
junto con la propuesta del modelo de Rutherford, permitieron a Bohr proponer un
nuevo modelo compuesto por 3 postulados cuyos principios aplican
al átomo de hidrógeno:
PRIMER POSTULADO
En el átomo de hidrógeno el electrón
gira alrededor del núcleo en una órbita circular que tiene una energía fija y
definida.
SEGUNDO POSTULADO
El electrón del átomo de hidrógeno solo pude girar en órbitas cuantizadas (es decir con cierto contenido energético)
cuyo radio cumpla con el momento angular
TERCER POSTULADO
Cuando un electrón para por una órbita
externa a una más interna, la diferencia de energía entre ambas órbitas se
emite en forma de radiación electromagnética.
APORTACIONES
Explica que la energía del electrón
no se pierde y por lo tanto no cae al núcleo.
Las órbitas del átomo son circulares.
Las propiedades químicas de los elementos están determinadas por los electrones
del último nivel (electrones de valencia). Describe con precisión el espectro
del hidrógeno.
LIMITACIONES
no logra explicar (predecir con precisión) los espectros de otros elementos.
EJERCICIO 5
ACTIVIDAD FINAL ♫
BIBLIOGRÁFICA
