2024 CARTILLA DE QUIMICA - Curso de Ingreso A Biologia
2024 CARTILLA DE QUIMICA - Curso de Ingreso A Biologia
2024 CARTILLA DE QUIMICA - Curso de Ingreso A Biologia
QUÍMICA 1
Química es la ciencia que describe la materia, sus propiedades, los cambios que
experimenta y los cambios energéticos que acompañan a esos procesos.
La materia abarca todo lo tangible, desde nuestro cuerpo y los materiales que nos
rodean hasta los grandes objetos del universo. Algunos llaman a la química la ciencia
central, porque tiene como base las matemáticas y la física, y a su vez da sustento a
las ciencias de la vida, como la biología y la medicina. Para entender los sistemas
vivos completamente, primero debemos entender las reacciones químicas y los
factores que las controlan y afectan, ya que las sustancias químicas de nuestro
organismo afectan profundamente hasta nuestros pensamientos y emociones.
Materia
Materia es todo lo que tiene masa y ocupa espacio. Masa es una medida de la cantidad
de materia de una muestra de cualquier material. Todos los cuerpos se componen de
materia.
Estados de la materia
La materia se presenta en forma muy diversa; en la Tierra se presenta principalmente
en tres estados de agregación: gaseoso, líquido y sólido. Durante muchos años, el
hombre trató de explicarse las diferencias entre estos tres estados, así como los
fenómenos de evaporación, condensación, fusión y solubilidad de las sustancias. No
fue sino hasta finales del siglo xix cuando se propuso la teoría cinética, que establece
que el calor y el movimiento están relacionados con el comportamiento de las
moléculas, y explica las propiedades de los estados de la materia. Los postulados de
la teoría cinética son los siguientes:
La materia está constituida por pequeñas partículas.
Las partículas se encuentran en constante movimiento produciendo energía
cinética que determina la temperatura del cuerpo.
INSTITUTO SUPERIOR DEL PROFESORADO DE SALTA N°6005
PROFESORADO DE EDUCACIÓN SECUNDARIA EN BIOLOGÍA
GASEOSO
SOLIDIFICACIÓN
SÓLIDO LÍQUIDO
FUSIÓN
Mezclas 4
Una mezcla resulta de la combinación de dos o más sustancias puras en las que cada
sustancia conserva su propia composición y propiedades. Casi cada muestra de
materia que encontramos con frecuencia es una mezcla. El tipo de mezcla que se
distingue con más facilidad es aquella cuyas partes no son uniformes. Este tipo de
mezcla, en la que porciones distintas de muestra tienen propiedades diferentes
distinguibles, recibe el nombre de heterogénea. Algunos ejemplos que podemos
mencionar son las mezclas de sal y carbón (en la cual los dos componentes de color
diferente pueden distinguirse con facilidad a simple vista), el aire brumoso (en el cual
están suspendidas gotitas de agua) y una sopa de vegetales. Otro tipo de mezcla tiene
propiedades uniformes en todas sus partes; esta mezcla se describe como mezcla
homogénea y también recibe el nombre de solución. Entre los ejemplos que podemos
mencionar están las mezclas de sal y agua; algunas aleaciones, que son mezclas
homogéneas de metales en estado sólido; y el aire (libre de niebla o materia
corpuscular). El aire es una mezcla de gases y sus componentes principales son
nitrógeno, oxígeno, argón, dióxido de carbono y vapor de agua. Sólo hay trazas de
otros componentes en la atmosfera.
Una mezcla heterogénea siempre puede descomponerse, mediante el proceso
adecuado, en mezclas homogéneas. Los procesos necesarios para descomponer una
mezcla heterogénea son siempre de carácter físico. Estos procesos son: filtración,
disolución, decantación, flotación, tría, imantación y tamización.
Los métodos para separar los componentes de una solución se basan en las diferentes
propiedades de las sustancias que constituyen la mezcla. Cuanto más diferentes sean
las propiedades de las sustancias más simples será su separación. Por ejemplo, el agua
de mar es una solución de sales en agua y para separarlas se puede utilizar la
evaporación de manera que en el recipiente quedan dichas sales como residuo sólido.
Los componentes de una solución, formada por dos o más líquidos miscibles (que se
mezclan), se pueden separar por destilación aprovechando las distintas temperaturas
de ebullición de los líquidos que forman el sistema. Para separar los sólidos de una
solución líquida puede recurrirse al método de cristalización. Otro método de
fraccionamiento es la cromatografía.
Sustancia, compuestos y elemento…
Las sustancias puras siempre tienen composición definida e invariable, y pueden ser
elementos o compuestos. Son sustancias puras el hierro, el agua, el azúcar, la cal, pero
no el agua salada, ya que esta última es una mezcla formada por agua y sal, sustancias
que poseen características diferentes que pueden separarse por medios mecánicos.
Un elemento es una sustancia simple, elemental, que no puede descomponerse en otra
más sencilla mediante procedimientos químicos ordinarios.
Cada elemento recibe un nombre cuyo origen, en muchos casos, se remonta a la época
de la alquimia. Existen en la naturaleza o han sido sintetizados por el hombre unos
118 elementos aunque este número cambia continuamente pues se siguen obteniendo
nuevos elementos en los laboratorios de experimentación.
INSTITUTO SUPERIOR DEL PROFESORADO DE SALTA N°6005
PROFESORADO DE EDUCACIÓN SECUNDARIA EN BIOLOGÍA
Un compuesto es una sustancia pura que resulta de la unión química de dos o más
5
elementos diferentes, por tanto, puede experimentar descomposición ulterior.
Son compuestos: el agua, la sal de mesa, el ácido sulfúrico, el dióxido de carbono, el
alcohol etílico, el azúcar, el benceno, el butano y cientos de miles más. Las partes de
un compuesto reciben el nombre de constituyentes; por ejemplo, los constituyentes
del agua son hidrógeno y oxígeno; los de la sal de mesa (cloruro de sodio) son el sodio
y el cloro; los del ácido sulfúrico, el hidrógeno, el azufre y el oxígeno. Las
características de los compuestos son las siguientes:
Los elementos que los integran pierden sus propiedades originales.
Durante su formación hay pérdida o ganancia de energía.
La proporción de los constituyentes de un compuesto es fija.
Sus constituyentes sólo se pueden separar por medios químicos.
Estructura atómica
Partículas subatómicas
En el estudio de la estructura atómica, primero encontraremos a las partículas
fundamentales. Los átomos y, por lo tanto, toda la materia, se componen
principalmente de tres partículas fundamentales: electrones, protones y neutrones, los
cuales son los componentes fundamentales para la estructura atómica.
Un poco de historia… A principios de 1800, el químico inglés Humphry Davy publicó
algunas de las primeras pruebas sobre la estructura atómica. Encontró que cuando
hacía pasar una corriente eléctrica a través de algunas sustancias, éstas se
descomponían. George Stoney sugirió en 1874 que los átomos llevaban consigo
unidades de carga eléctrica. En 1891, sugirió asignarles el nombre de electrones. La
prueba más convincente de la existencia de los electrones surgió de los experimentos
con tubos de rayos catódicos.
En 1886, Eugen Goldstein fue el primero en observar que un tubo de rayos catódicos
también generaba un haz de partículas con carga positiva que se desplazaba hacia el
cátodo, a las que se llamó protón. El protón es una partícula fundamental con una
carga igual en magnitud, pero opuesta en signo a la carga del electrón. Su masa es
aproximadamente 1836 veces más grande que la del electrón.
La tercera partícula fundamental, el elusivo neutrón, se descubrió hasta 1932. James
Chadwick interpretó de manera correcta los experimentos sobre el bombardeo de
berilio con partículas a de alta energía. El neutrón es una partícula sin carga cuya masa
es ligeramente superior a la del protón.
Los átomos se componen de un núcleo muy denso y muy pequeño rodeado por nubes
de electrones que se encuentran a una distancia relativamente grande del núcleo.
Todos los núcleos tienen protones; los núcleos de todos los átomos, salvo la forma
común del hidrógeno, también contienen neutrones.
El número de protones en el núcleo de un átomo determina su identidad; este número
se conoce con el nombre de número atómico de ese elemento.
INSTITUTO SUPERIOR DEL PROFESORADO DE SALTA N°6005
PROFESORADO DE EDUCACIÓN SECUNDARIA EN BIOLOGÍA
Isótopos: son átomos del mismo elemento, pero con masas diferentes; son átomos que
6
tienen el mismo número de protones, pero diferente número de neutrones.
Por ejemplo, existen tres clases de átomos de hidrógeno, comúnmente llamados
hidrógeno, deuterio y tritio. (Éste es el único elemento cuyos isótopos reciben un
nombre distinto). Cada uno contiene un protón en su núcleo atómico. La forma
predominante de hidrógeno no tiene neutrones, pero cada átomo de deuterio contiene
un neutrón, y cada átomo de tritio contiene dos neutrones en su núcleo. Las tres formas
de hidrógeno exhiben propiedades químicas muy parecidas.
Número másico: El número de masa de un átomo es la suma de protones y neutrones
en su núcleo; esto es
Número de masa = número de protones + número de neutrones
= número atómico + número de neutrones
En resumen:
1. El número atómico, Z, es un entero igual al número de protones que hay en el núcleo
de un átomo de un elemento. También es igual al número de electrones de un átomo
neutro. Es igual para todos los átomos de un elemento.
2. El número de masa, A, es un entero igual a la suma del número de protones y del
número de neutrones que hay en el núcleo de un átomo de un isótopo dado de un
elemento. Éste es diferente para isótopos distintos del mismo elemento.
3. Muchos elementos se encuentran en la naturaleza como mezclas de isótopos. La
masa atómica de dicho elemento es la masa promedio de las masas de sus isótopos.
Modelo atómico de la mecánica ondulatoria y números cuánticos
Configuración electrónica
9
Principio de exclusión de Pauli
El principio de exclusión de Pauli establece que dos electrones en un átomo dado no
pueden tener iguales sus cuatro números cuánticos.
Orden del llenado de las casillas
Notación
Al elaborar las configuraciones electrónicas se emplean coeficientes, letras (s, p, d, f)
y exponentes. El coeficiente indica el número cuántico principal (nivel energético); la
letra, el subnivel, y el exponente, el número de electrones.
INSTITUTO SUPERIOR DEL PROFESORADO DE SALTA N°6005
PROFESORADO DE EDUCACIÓN SECUNDARIA EN BIOLOGÍA
10
Los tres electrones del subnivel 2p se distribuyen en los tres orbitales que les
11
corresponden. Además, cuando hay 2 electrones en un orbital debe indicarse que su
sentido es opuesto (↑↓), esto significa que tienen espín (giro) opuesto.
Configuración electrónica: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4
Diagrama orbital:
Uniones Químicas
Se llama unión química a la atracción entre los átomos que origina la formación de
una molécula, y a la atracción que ejercen las moléculas entre sí.
Estructura de Lewis
El número y la distribución de electrones en las capas más externas de los átomos
determinan las propiedades químicas y físicas de los elementos, así como del tipo de
enlace químico que forman. Escribimos fórmulas de Lewis como un método gráfico
para seguir la pista de estos “electrones importantes desde el punto de vista químico”.
Los elementos representativos suelen adquirir la configuración electrónica estable de
gas noble cuando comparten electrones. Muchas fórmulas de Lewis se basan en la
idea de que los elementos representativos adquieren la configuración de gas noble en
casi todos sus compuestos.
Este enunciado suele conocerse con el nombre de regla del octeto porque la
configuración de gas noble tiene 8 e- en su capa más externa (salvo la del He, que
tiene 2 e-).
Ejemplos de la representación de la estructura de Lewis:
Formación de compuestos 14
Metal No Metal
+ H2 + O2 + O2 + H2
Hidruro Hidruro no
metálico metálico
Hidrácido
+ H2O + H2O
SAL + H O
2
Óxidos
Los óxidos son compuestos binarios formados por el oxígeno y otro elemento. Si ese
otro elemento es un metal, se trata en general de un óxido básico (OB). Si el elemento
es un no metal, se trata de un óxido ácido (OA) o anhídrido.
Para nombrar los OB de la manera tradicional, si el metal tiene un solo número de
oxidación, decimos: óxido de ………… (el metal); si tiene dos números de oxidación,
puede formar dos óxidos, en ese caso, para el compuesto con el menor número de
oxidación, se agrega el sufijo oso a la raíz de nombre del metal precedido de la palabra
óxido. Para el compuesto con el mayor número de oxidación, se agrega el sufijo ico a
la raíz del nombre del metal precedido de la palabra óxido. Ejemplos:
Na2O óxido de sodio FeO óxido ferroso Fe2O3 óxido férrico
Existen otras maneras de nombrar estos compuestos y es utilizando los numerales de
Stock o según la IUPAC.
INSTITUTO SUPERIOR DEL PROFESORADO DE SALTA N°6005
PROFESORADO DE EDUCACIÓN SECUNDARIA EN BIOLOGÍA
La nomenclatura con numerales de Stock es muy sencilla, al igual que para la N.T
15
usamos la palabra óxido y luego se coloca el nombre del metal y por último, entre
paréntesis y en número romano, el número de oxidación con el que el metal formó el
óxido. Por ejemplo el óxido ferroso recibirá el nombre de óxido de hierro (II) y el
óxido férrico el nombre óxido de hierro (III).
La nomenclatura por IUPAC tiene en cuenta el número de átomos en el compuesto
formado y utiliza prefijos.
hidrácidos e hidruros no metálicos son: S, Se, Te, F, Cl, I y Br, que por lo general
16
trabajan con el menor número de oxidación, -2 para los anfígenos y -1 para los
halógenos.
Hidruros no metálicos: son solos que se encuentran en estado gaseoso y se
obtienen según la siguiente ecuación:
Oxácidos
Son compuestos ternarios que se pueden formar a partir de un anhídrido con agua.
Obedece a la fórmula general:
Nomenclatura: en el sistema tradicional se los nombra con las reglas generales para
17
los anhídridos sustituyendo la palabra anhídrido por ácido. Ejemplo:
Para NS se nombra al no metal con el sufijo –ato, luego el número de oxidación del
no metal y por último se agrega “de hidrógeno”.
Ejemplo: HNO2: Nitrato (III) de hidrógeno.
Para NI se indica el número de átomos de oxígeno con el prefijo correspondiente (di,
tri, tetra…) seguido de la palabra “oxo” unida al nombre del no metal y el sufijo –ato,
por último se agrega al nombre las palabras “de hidrógeno”.
Ejemplo: HNO2: ácido dioxonitrato de hidrógeno.
Casos particulares:
Ciertos anhídridos pueden formar hasta tres oxácidos distintos dependiendo de
cuantas moléculas de agua se agreguen por molécula de anhídrido. En otras palabras,
en ciertos oxácidos especiales, un solo “no metal” con un solo número de oxidación
puede formar tres oxácidos. Estos no metales son el boro, fósforo, silicio, arsénico y
el antimonio. Para diferenciar a estos oxácidos en el sistema tradicional se utilizan tres
prefijo dependiendo de cuántas moléculas de agua se agregan por cada una de
anhídrido. Estos son:
Meta-… (1 molécula de agua)
Piro-… (2 moléculas de agua)
Orto-… (3 moléculas de agua) este prefijo se puede omitir.
Ejemplos:
P2O5 + H2O HPO3 Ácido metafosfórico
P2O5 + 2 H2O H4P2O7 Ácido pirofosfórico
P2O5 + 3 H2O H3PO4 Acido ortofosfórico o ácido fosfórico
Sales Neutras
Las Oxosales surgen de la combinación de un hidróxido y un oxácido de acuerdo con
la siguiente ecuación:
Oxácido + Hidróxido Oxosal + H2O
En éstas el ácido proporciona el anión y el hidróxido el catión, dando como resultado
un compuesto eléctricamente neutro. Se pueden obtener sales binarias si se utiliza un
hidrácido, la manera de obtener una u otra sal es similar.
Nomenclatura: Las sales que provienen de ácidos terminados en OSO, cambian este
sufijo por ITO; y las que provienen de ácidos terminados en ICO, lo cambian por
ATO. Para nombrar al catión: si tiene un único estado de oxidación se mantiene la
terminación –oso e –ico.
INSTITUTO SUPERIOR DEL PROFESORADO DE SALTA N°6005
PROFESORADO DE EDUCACIÓN SECUNDARIA EN BIOLOGÍA
Ejemplo:
18
Hidróxido férrico + Ácido hipocloroso Hipoclorito férrico + Agua
En la sal formada por hidrácidos, se cambia el sufijo –hídrico del no metal por –uro.
Así la sal formada por el Hidróxido de Sodio + Ácido Clorhídrico se llamará Cloruro
de Sodio.