ESCUELA ACADEMCO PROFESONAL DE NGENERA NDUSTRALCAPITULO
IINTRODUCCIN A LA QUIMICA Importancia de la QumicaLa qumica es una
ciencia antigua que el hombre ha practicado desde siempre
buscandocomprender los misterios del entorno que habita. Ha sido
cultivada y estudiada a largo de mileniosde diferentes formas y
persiguiendo los ms variados objetivos- por las civilizaciones de
todos loscontinentes. Perolaqumica,tal comolaconcebimoshoyen
da,puededecirseque apenastieneunpar desiglos de vida.
Efectivamente, fue Antoine Lavoisier quien a fines del siglo XV,
haciendo uso de labalanza, la convirti en una ciencia cuantitativa
y por primera vez plasm los conceptos bsicos delas combinaciones
qumicas, la estequiometria y la combustin. Es por eso que, con
sobrada razn,es reconocido como el "padre de la qumica". En su
tiempo se conocan slo unos veinte
elementos;latablaperidicafuecreciendomuylentamenteylos112elementosquehoylaconformansonproducto
del siglo XX.
Laconstitucindelamateriatambincomenzadesentraarseafinesdel sigloXV
conlosexperimentos de Luigi Galvani que determinaron la naturaleza
elctrica de la materia, pero fue en elsiglo XX cuando Gilbert
Newton Lewis hizo los primeros intentos por comprender la forma en
que seunan los tomos para formar las molculas. Luego, en 1954 para
mayor precisin, Linus Pauling, elqumico ms destacado del siglo
pasado, obtuvo el Premio Nbel de Qumica por sus trabajos sobrela
naturaleza del enlace qumico, fundamental para la comprensin
moderna de la estructura de lamateria y bsico para el desarrollo de
la investigacin en el campo de la qumica.
Laobtencindenuevoscompuestoshasidootrodeloslogrosdelaqumicaquecomienzaamaterializarse
a principios del siglo XX, con la sntesis de la urea lograda por
Friedrich Whler en1829. Desde entonces muchos nuevos compuestos han
sido sintetizados: de unos millaresdisponibles antes de 1950 a unos
cuantos millones con que se cuenta en la actualidad. Las
nuevastcnicas analticas que permiten rpidas caracterizaciones de
compuestos desconocidos y laelucidacin de sus estructuras ha sido
la base de este impresionante avance de nuestro tiempo. Asmismo, la
dinmica de los procesos qumicos que nos dice cmo y por qu ocurren
las reaccionesqumicas, ha alcanzado un desarrollo tal que permite
seguir reacciones que ocurren enfemtosegundos (10-15segundos), un
logro que ha producido una verdadera revolucin en elconocimiento y
uso de la qumica. Enlaactualidad,
losqumicosusanrutinariamentemtodosmecnico-cunticosysimulacionescomputacionales
para explicar y predecir las propiedades y el comportamiento de
sistemas qumicos.Lo ms importantes enfoques de la qumica moderna
estn relacionados con la biologa y los nuevosmateriales. Las
contribuciones de la qumica a las disciplinas asociadas con la
biologa, como porejemplo, la salud o el ambiente, han sido
cruciales y lo mismo ocurre con la sntesis y desarrollo denuevos
materiales que por sus propiedades particulares abren novedosos
campos a la investigaciny a la industria.Constitucin umica del
uni!erso" la tierra # el $om%reTodo el universo esta compuesto por
partculas o elementos llamadas tomos cuya distribucin esmuy
irregular. Dos elementos, el hidrogeno y el helio, son los que
forman parte principal del universo.1ESCUELA ACADEMCO PROFESONAL DE
NGENERA NDUSTRALOnceelementosformanaproximadamenteel
99%delacortezaterrestre, el oxigenoesel masabundante con el 47 %
seguido por el silicio con el 28 %. La composicin del cuerpo humano
y la del agua de mar aparecen muy similares, lo que da una ideade
que nuestra vida no es posible en ausencia de agua.La siguiente
tabla muestra la composicin porcentual den cada una de las regiones
mencionadasComposicinUni!ersoComposicincorte&a
terrestreComposicin a'uade marComposicin cuerpo$umanoPorcentaje del
total de tomos( 91 O 47 ( 66 ( 63He 9,1 Si 28 O 33 O 25,5O 0,057 Al
7,9 Cl 0,33 C 9,5N 0,042 Fe 4,5 Na 0,28 N 1,4C 0,021 Ca 3,5 M'
0,033 Ca 0,31Si 0,003 Na 2,5 S 0,017 P 0,22Ne 0,003 ) 2,5 Ca 0,006
Cl 0,03Mg 0,002 M' 2,2 ) 0,006 ) 0,06Fe 0,002 Ti 0,46 C 0,0014 *
0,05S 0,001 ( 0,22 Br 0,0005 Na 0,03C 0,19 M' 0,01otros < 0,001
otros < 0,010 otros < 0,001 otros < 0,01+ : Elementos
esenciales para la vidaAs, en la corteza terrestre, salvo Oxgeno
que participa en muchos xidos de elementos qumicos yen el agua que
abunda en nuestro medio, el Silicio es el siguiente elemento de
gran abundancia yque forma parte de la tierra propiamente tal, en
los campos y en las arenas tanto de ro como de mar,en las rocas,
montaas, etc.Materia # ,ner'aMateria es todo aquello que tiene masa
y ocupa un espacio. La Masa es una medida de la cantidadde materia
que hay en una muestra de cualquier material. Cuanta mayor masa
tenga un objeto, msfuerza se requerir para moverlo, lo cual nos
lleva al concepto de Energa. La Energa suele definirse como la
capacidad de realizar un trabajo. Todos estamos familiarizados
ennuestra vida diaria con varias formas de energa, como la energa
mecnica, elctrica, calorfica yluminosa. Por razonesdecomodidad,
laenergaseclasificaendostiposprincipales:energapotencial y energa
cintica. La Energa Potencial es aquella que un objeto o una muestra
de material poseen por su situacin ocomposicin. Por ejemplo, el
carbn, tiene energa qumica (una forma de energa potencial) debidoa
su composicin. Muchas plantas generadoras de electricidad queman
carbn que produce calor y,a continuacin energa elctrica. Un cuerpo
en movimiento, como una roca rodando, tiene energa a causa de su
movimiento. EstaenergasedenominaEnergaCintica.
Laenergacinticarepresentalacapacidadderealizartrabajo directamente
y se transfiere fcilmente de un cuerpo a otro.2ESCUELA ACADEMCO
PROFESONAL DE NGENERA NDUSTRALTodos los Procesos Qumicos se
acompaan de cambios energticos. La mayora son Exotrmicos,o sea que
segn ocurre la reaccin se cede energa al entorno, generalmente en
forma calorfica. Sinembargo, algunos procesos qumicos son
Endotrmicos, es decir, absorben energa del entorno.Ocurre que
algunas formas de la materia se convierten rpidamente en otras
mediante reacciones qumicas, las que si se controlan
apropiadamente, producen grandes beneficios. Por ejemplo, el uso de
la gasolina en automviles es justamente uno de estos casos ya que,
sin entrar en detalles, lo queocurre dentro del motor es una
reaccin de la formaGasolina + Aire (el oxgeno del aire) chispa
inicial> Agua + CO2 + Calor y es ese Calor el se convierte en
energa mecnica que mueve todo el sistema mecnico
automotriz!Obviamente, esta no es la nica forma de cambios de la
materia que nos importa, ya que desde el inicio de mundo hay
reacciones que tiene directa relacin con la conservacin de las
especies vivas. Un ejemplo de esto es que, para el hombre, Hombre +
Alimentos reacciones qumicas > Conservacin de la vida lo que
significa que, al menos que existan los alimentos, nada quedara. A
propsito, de donde provienen los alimentos ? La respuesta est
directamente relacionada con la presencia de la LUZ SOLAR en
nuestro medio, para que ocurra otra reaccin qumica de la formaLuz
solar + CO2 + Plantas reaccin qumica > Alimentos con el
resultado que la Energa Solar proveniente de los rayos del Sol,
junto al anhdrido carbnico del aire y las plantas, producen los
alimentos necesarios que, al ocurrir la reaccin anterior
relacionada al Hombre, recuperamos las energas y almacenamos parte
de sta para nuestro posterior uso. Esto nos lleva entonces a
plantear algunos esquemas que simbolizan el uso de estos
aprovechamientos de la energa. Uno de estos casos, en forma de
diagramas, es el que se muestra a continuacin, que describe en muy
buena forma la accin del aprovechamiento de la Energa solar para
nuestro uso, segn lo hacemos ahora en nuestro medio. ,lementos #
CompuestosLas sustancias puras tienen una composicin constante,
invariable. Podemos clasificar lassustancias como ,lementoso como
Compuestos- ,lementosson sustancias que no se
puedendescomponerensustanciasmssimplespormediosqumicos.
LosCompuestos, encambio,sepueden descomponer por medios qumicos en
dos o ms elementos.3ESCUELA ACADEMCO PROFESONAL DE NGENERA
NDUSTRALLoselementossonlassustancias fundamentalesdeloscuales
secompone todalamateria.Loselementos son sustancias puras que no
pueden ser descompuestas en otras ms sencillas mediantecambios
qumicos. El oxgeno, nitrgeno, plata, aluminio, cobre, oro y azufre
son sustanciaselementales.Clasi.icacin de la MateriaMaterial
$etero'/neo: Es una mezcla desustancias en ms de una fase oque
sonfsicamentedistinguibles. Ejemplo0 mezcla de agua y
aceite.Material $omo'/neo0Constituido por una sola sustancia o por
varias que se encuentran en unasola fase. Ejemplo0 mezcla de sal y
agua.*olucin0 Es un material homogneo constituido por ms de una
sustancia. Una caracterstica muyimportante es la composicin,la
cuales igualen todas sus partes. Sin embargo, con los
mismoscomponentes es posible preparar muchas otras soluciones con
solo variar la proporcin de aquellosEjemplo0 las gaseosas.*ustancia
pura0 Es unmaterial homogneocuyacomposicinqumicaes
invariable.Ejemplo0alco$ol (etanol),lemento0 Sustancia conformada
por una sola clase de tomos. Ejemplo0 nitrgeno gaseoso (N2),
laplata (Ag)Compuesto0 Sustancia conformada por varias clases de
tomos. Ejemplo0 dixido de carbono (CO2)Lamayor
partedelamateriaqueencontramos, porejemploel
airequerespiramos(ungas), lagasolinaparaautomvil (unlquido)
ounaacerasobrelacual caminamos(unslido) nosonqumicamente puros,
sino una mezcla de sustancias. Sin embargo, podemos descomponer o
separarestas clases de materias en diferentes sustancias puras. Una
sustancia pura es materia que tieneuna composicin fija y
propiedades que la distinguen de otra.4ESCUELA ACADEMCO PROFESONAL
DE NGENERA NDUSTRALPropiedades de la MateriaToda sustancia tiene un
conjunto nico depropiedadescaractersticas que nos
permitenreconocerlas y distinguirlas de otras sustancias. Estas
caractersticas se pueden agrupar dentro dedos categoras:1sicas #
Qumicas. Propiedades .sicas son las que podemos medir sin
cambiarlaidentidad bsicadelasustancia. ncluyen color, olor,
densidad, puntodefusin, puntodeebullicin, ydureza.Laspropiedades
umicasdescriben laformaenqueuna sustanciapuedecambiar o "reaccionar
para formar otras sustancias.Como sucede con las propiedades de las
sustancias, los Cam%ios que ellas experimentan
puedenclasificarseenFsicosyQumicos.
LasCam%ios1sicossonprocesosduranteloscualesunasustanciacambiasuaparienciafsica,
(estadodeagregacin), peronosuidentidadbsica. Laevaporacin del agua
es un cambio fsico. En los Cam%ios Qumicos (llamados tambin
reaccionesqumicas), una sustancia se transforma en otra sustancia
qumicamente diferente. La combustin deun trozo de papel es un
cambio qumico.La naturaleza tridimensional de la materia puede
llevar a una propiedad fsica notable, denominada2uiralidad3 de las
sustancias. Las manos izquierda y derecha son virtualmente idnticas
en todoslos aspectos y sin embargo son muy diferentes. Son imgenes
de espejo una de la otra. En formasimilar, dos sustancias pueden
ser idnticas, excepto que una es "zurda en tanto que la otra
est"orientadahacialaderecha. LouisPasteur (1825-1895),
qumicoybacterilogofrancs, fueelprimero en comprobar que las
sustancias pueden existir en versiones orientadas hacia la
izquierda yhacia la derecha. El descubrimiento de Pasteur llev al
desarrollo del campo de la Estereoqumica,que es el estudio de la
disposicin espacial de los tomos en las molculas.Al observar la
materia nos damos cuenta que existen muchas clases de ella porque
la materia tiene propiedades generales y propiedades particulares.
Propiedades 'eneralesLas propiedades generales son aquellas que
presentan caractersticas iguales para todo tipo de materia. Dentro
de las propiedades generales tenemos:Masa 4 Es la cantidad de
materia que posee un cuerpo.Peso 4 Es la fuerza de atraccin llamada
gravedad que ejerce la tierra sobre la materia para llevarlahacia
su centro.,5tensin 4 Es la propiedad que tienen los cuerpos de
ocupar un lugar determinado en el espacio.Impenetra%ilidad4
Eslapropiedadquedicequedoscuerposnoocupanel mismotiempooelmismo
espacio.Inercia4Eslapropiedadqueindicaquetodocuerpovaapermanecer
enestadodereposoomovimiento mientras no exista una fuerza externa
que cambie dicho estado de reposo o movimiento.Porosidad 4 Es la
propiedad que dice que como la materia esta constituida por
molculas entre ellashay un espacio que se llama poro.5ESCUELA
ACADEMCO PROFESONAL DE NGENERA NDUSTRAL,lasticidad 4 Es la
propiedad que indica que cuando a un cuerpo se le aplica una fuerza
esta sedeforma y que al dejar de aplicar dicha fuerza el cuerpo
recupera su forma original; lgicamente sinpasar l limite de
elasticidad. 6limite de in.luen&a 6Di!isi%ilidad 4 Esta
propiedad demuestra que toda la materia se puede
dividir.Propiedades ,spec.icasTodas las sustancias al formarse como
materia presentan unas propiedades que las distinguen deotras y
esas propiedades reciben el nombre de especificas y dichas
propiedades reciben el nombrede color, olor, sabor, estado de
agregacin, densidad, punto de ebullicin, solubilidad, etc.El color,
olor y sabor demuestra que toda la materia tiene diferentes
colores, sabores u olores. El estadode deagregacin indicaque
lamateriase puedepresentaren estadoslido, liquidoogaseoso. La
densidad es la que indica que las sustancias tienen diferentes
pesos y que por eso no se puedenunir fcilmente.,stados de la
Materia*olidoUn cuerpo slido, uno de los cinco estados de agregacin
de la materia, es caracterizado porqueopone resistencia a los
cambios de forma y los cambios de volumen. Manteniendo constante la
presin, a baja temperatura los cuerpos se presentan en forma slida
talque los tomos se encuentran entrelazados formando generalmente
estructuras cristalinas, lo queconfiereal
cuerpolacapacidaddesoportar fuerzassindeformacinaparente. Son, por
tanto,agregados generalmente rgidos, incomprensibles, duros y
resistentes. Poseen volumen constante yno se difunden, ya que no
pueden desplazarse.Los slidos presentan propiedades
especficas:6ESCUELA ACADEMCO PROFESONAL DE NGENERA NDUSTRAL
Elasticidad: Un slido recupera su forma original cuando es
deformado. Un elstico o unresorte son objetos en los que podemos
observar esta propiedad. Fragilidad: Un slido puede romperse en
muchos pedazos (quebradizo). Dureza: Unslidoes durocuandonopuedeser
rayado por otroms blando. Eldiamante es un ejemplo de slido con
dureza elevada. El slidomsligeroconocidoesunmaterial artificial,
elaerogel, quetieneunadensidadde1,9mg/cm,mientras que elms denso es
un metal, elosmio(Os), quetiene una densidad de 22,6g/cm. Las
molculas de un slido tienen una gran cohesin y adoptan formas bien
definidas.LiuidoElluidoes uno de los cinco estados de agregacin de
la materia, un lquido es un fluidocuyovolumen es constante en
condiciones de temperatura y presin constante y su forma es
definida porsu contenedor. Un lquido ejerce presin en el contenedor
con igual magnitud hacia todos los lados.Si un lquido se encuentra
en reposo, la presin que ejerce esta dada por:P=d g
zDondedesladensidaddel lquido, glagravedadyzesladistanciadel
puntodebajodelasuperficie.Loslquidos
presentantensinsuperficialycapilaridad,
generalmenteseexpandencuandoseincrementa su temperatura y se
comprimen cuando se enfran. Los objetos inmersos en algn lquidoson
sujetos a un fenmeno conocido como flotabilidad.Lasmolculas enel
estadolquidoocupanposiciones al azar quevaranconel tiempo.
Lasdistancias intermoleculares son constantes dentro de un estrecho
margen.Cuando un lquido sobrepasa su punto de ebullicin cambia su
estado a gaseoso, y cuando alcanzasu punto de congelacin cambia a
slido.Pormediode la destilacinfraccionada,unamezcla
delquidospuedensepararsede entre salevaporarsecadaunoal alcanzar
sus respectivos puntos deebullicin. Lacohesin entrelasmolculasde un
lquido no es lo suficientemente fuerte por lo que las molculas
superficiales sepueden evaporar.Esimportantemencionar
queelvidrioatemperaturasnormalesnoesunslidosinounlquidosupercongelado.Lquidos,
sustancias en un estado de la materia intermedio entre los estados
slido y gaseoso. Lasmolculas delos lquidos noestntanprximas comolas
delos slidos, peroestnmenosseparadas que las de los gases. En
algunos lquidos, las molculas tienen una orientacinpreferente,
loquehacequeel lquidopresentepropiedadesanisotrpicas(propiedades,
comoelndice de refraccin, que varan segn la direccin dentro del
material). En condiciones apropiadasde temperatura y presin,la
mayora de las sustancias puede existir en estado lquido.A
presinatmosfrica, sin embargo, algunos slidos se subliman al
calentarse; es decir, pasan directamentedel estadoslidoal
estadogaseoso. Ladensidaddeloslquidossueleser algomenor
quela7ESCUELA ACADEMCO PROFESONAL DE NGENERA
NDUSTRALdensidaddelamismasustanciaenestadoslido. Algunassustancias,
comoel agua, sonmsdensas en estado
lquido.Sedenominatensinsuper.icialal fenmenopor el cual
lasuperficiedeunlquidotiendeacomportarse como sifuera una delgada
pelcula elstica.Este efecto permite a algunosinsectos,como los
zancudos, desplazarse por la superficie del agua sin hundirse. La
tensin superficial (unamanifestacin de las fuerzas intermoleculares
en los lquidos), junto a las fuerzas que se dan entrelos lquidos y
las superficies slidas que entran en contacto con ellos, da lugar a
la capilaridad, porejemplo.La tensin superficial tiene como
principal efecto la tendencia del lquido a disminuir en lo posible
susuperficie para un volumen dado, de aqu que un lquido en ausencia
de gravedadadopte la formaesfrica, que es la que tiene menor
relacin rea/volumen.La capilaridades la cualidad que posee un
tubodelgado para succionar un lquidoencontradelafuerzadegravedad.
Sucedecuandolasfuerzasintermolecularesadhesivas entre el lquido y
el slido son ms fuertes que las fuerzas intermolecularescohesivas
entre el lquido. Esto causa que elmeniscotenga una forma
cncavacuando el lquidoestencontactoconunasuperficievertical.
Esteesel mismoefectoquecausaquematerialesporosos absorban
lquidos.Un aparato comn usado para demostrar la capilaridad es el
tubo capilar. Cuando la parte inferior deun tubo de vidrio se
coloca verticalmente en un lquido como el agua, se forma un menisco
convexo.Latensinsuperficialsuccionalacolumnalquidahaciaarribahastaqueel
pesodel lquidoseasuficiente para que la fuerza gravitacional
sobreponga a las fuerzas intermoleculares. El peso de
lacolumnalquidaesproporcional al cuadradodel dimetrodel tubo, por
loqueuntuboangostosuccionar el lquido ms arriba que un tubo ancho.
Por ejemplo, un tubo de vidrio de 0.1 mm dedimetro levantar 30 cm
la columna de agua.Con algunos materiales como el mercurio y el
vidrio, las fuerzas interatmicas en el lquido excedena aquellas
entre el lquido y el slido, por lo que se forma un menisco cncavo y
la capilaridad trabajaen sentido inverso.Las plantas usan la
capilaridad para succionar agua a sus sistemas, aunque las plantas
ms grandesrequieren la transpiracin para mover la cantidad
necesaria de agua donde la requieren.Cuantomspequeoseael dimetrodel
tubocapilar mayor serlapresincapilarylaalturaalcanzada. 7aseosoSe
denomina 'asalestado de agregacin de la materiaque no tiene forma
ni volumen propio. Suprincipal composicin son molculas no unidas,
expandidas y con poca fuerza de atraccin,haciendo que no tengan
volumen y forma definida, provocando que este se expanda para
ocupartodo el volumen del recipiente que la contiene.El
comportamiento de un gas suele concordar ms con el comportamiento
ideal cuanto ms
sencillaseasufrmulaqumicaycuantomenorseasureactividad,
tendenciaaformarenlaces.As, porejemplo, los gases nobles o gases
raros cumplen con la ley general de los gases.8ESCUELA ACADEMCO
PROFESONAL DE NGENERA NDUSTRALPara el comportamiento trmico de
partculas de la materia existen cuatro cantidades medibles queson
de gran inters: presin, volumen, temperatura y masa de la muestra
del material.Cualquier gas se considera como un fluido, porque
tiene las propiedades que le permitencomportarse como tal.Sus
molculas, en continuo movimiento, logran colisionar las paredes que
los contiene y casi todo eltiempo ejercen una presin permanente.
Como el gas se expande, la energa intermolecular (entremolcula y
molcula) hace que un gas, alir aadindole energa calorfica, tienda a
aumentar suvolumen.Un gas tiende a ser activo qumicamente debido a
que su superficie molecular es tambin grande, esdecir entre cada
partcula se realiza mayor contacto, haciendo ms fcil una o varias
reacciones entre las sustancias.Para el comportamiento de las
partculas gaseosa de la materia existen cuatro cantidades medibles
que son de gran inters: presin, volumen, temperatura y masa de la
muestra del material.Un gas tiende a ser activo qumicamente debido
a que su superficie molecular es tambin grande, esdecir entre cada
partcula se realiza mayor contacto, haciendo ms fcil una o varias
reacciones entre las sustancias.Caractersticas de los di.erentes
estados de la materia *lidosLuidos7ases Compresi%ilidad No se
puedencomprimirNo se puedencomprimirS puedencomprimirse8olumen No
se adaptan alvolumen del recipienteSe adaptan alvolumen
delrecipienteSe adaptan alvolumen delrecipiente7rados de
li%ertadVibracin Vibracin, rotacinVibracin,
rotacin,traslacin,5pansi%ilidadNo se expanden No se expanden S se
expandenLe#es de conser!acin de la masa # la ener'aPrimera0 (Ley de
Lavoisier)En una reaccin qumica ordinaria lamasa de todos los
productos es igual ala masa de las sustancias reaccionantes*e'unda
(Ley de laTermodinmica )Laenerganosecreani sedestruye,solo se
transforma.Tercera 0 (Ley de Einstein ) La materia y al energa
puedentransformarse mutuamente, pero lasuma total de la materia y
la energa deluniverso es constante.9ESCUELA ACADEMCO PROFESONAL DE
NGENERA NDUSTRALPREGUNTAS DE
AUTOEVALUACION1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.14.15.16.17.18.19.20.10ESCUELA
ACADEMCO PROFESONAL DE NGENERA NDUSTRALCAPITULO IIMateria 9tomos-
De Demcrito a DaltonLos primeros humanos distinguan fcilmente entre
losmateriales para hacer ropa, instrumentos o bienes
paraalimentarse.
Ellosdesarrrollaronunlenguajeconpalabrasquedescribanestas cosas,
tales como"piel, "piedra o"conejo. Sin embargo, ellos no tenan
nuestro actualconocimiento sobre las sustancias que componen
estosobjetos. Empdocles, un filsofo y cientfico griego que
vivienlacostasur deSicilia, entrelosaos492y432AC,propuso una de las
primeras teoras que intentaba describirlas cosas que nos rodean.
Empdocles argument que todamateria se compone de cuatro elementos:
fuego, aire, agua y tierra. La proporcin de estos cuatroelementos
afecta las propiedades de la materia. La teora de Empdocles era muy
estimada, perotenavariosproblemas. Porejemplo, noimportacuntas
veces serompeunapiedraendos,laspiezas nunca se parecen a ninguno de
los elementos esenciales del fuego, del aire, del agua o de
latierra. Apesar deestosproblemas, lateoradeEmpdocles
fueundesarrolloimportantedelpensamientocientficoyaqueesunadelasprimerasensugerir
quealgunas sustanciasqueparecanmateriales puros, comolapiedra,
enrealidadsecomponendeunacombinacindediferentes "elementos".
Algunas dcadas despus de Empdocles, Demcrito, otro griego que vivi
del ao 460 al 370 AC,desarroll una nueva teora de la materia que
trataba de resolver el problema de su predecesor. Lasideas de
Demcrito sebasabanen el razonamiento,en
vezdebasarseenlaciencia.Demcritosaba que si uno toma una piedra y
la corta en dos, cada mitad tiene las mismas propiedades que
lapiedra original. El infiri que si uno contina cortando la piedra
en piezas cada vez ms pequeas,llegaunmomentoenqueel
pedazodepiedraestanpequeoquenoselopuededividir ms.Demcrito llam a
estos pequeos pedazos infinitesimales tomos, lo que quiere decir
"indivisibles.Sugiriquelostomoseraneternosyquenopodanserdestrudos.
Demcritoteorizquelostomoseran especficos al material que los
formaban. Esto quiere decir que los tomosde piedraeran propios a la
piedra y diferentes de los tomos de otros materiales, tales como la
piel. Esta erauna extraordinaria teora que intentaba explicar todo
el mundo fsico en trminos de unas cuantasideas. 11ESCUELA ACADEMCO
PROFESONAL DE NGENERA NDUSTRALPiel PiedraFinalmente,
sinembargo,AristtelesyPlatn, dosdelosfilsofosmsconocidosdela
AntiguaGrecia, rechazaron las teoras de Demcrito. Aristteles acept
la teora de Empdocles, aadiendosu (incorrecta) idea que los cuatro
elementos esenciales se podan transformar entre s. Debido a lagran
influencia de Aristteles, la teora de Demcrito, y la ciencia en
general, se atras casi 2,000aos. En los siglos 17 y 18 DC, varios
eventos de importancia ayudaron a revivir la teora que postulabaque
la materia est hecha de partculas pequeas e indivisibles. En 1643,
Evangelista Torricelli, unmatemtico italiano y pupilo de Galileo,
demostr que el aire tena peso y que era capaz de derribaruna
columna de mercurio lquido (inventado as el barmetro). Este fue un
descubrimientosorprendente. Si el aire, una sustancia que no
podiamos ver, sentir u oler, posea peso, tena queestar
hechodealgofsico.
Perocmoeraposiblequealgotuvieseunapresenciafsicasinresponder al
tacto o la visin humana? Daniel Bernoulli, un matemtico suizo,
propuso la respuesta.Desarrollunateoraquepostulabaqueel
aireyotrosgasesestabancompuestosdepequeaspartculas, muy pequeas
para ser vistas y que, adems, estaban libremente empaquetadas en
unvolumen de espacio vacio. Estas partculas no podan sentirse
porque, al contrario que una pared depiedra slida que no se mueve,
las pequeas partculas se mueven a un lado cuando una manohumana o
un cuerpo las atraviesa. Bernoulliconcluy que si estas partculas no
estuviesen en unmovimiento constante, se caeran al piso como
partculas de polvo. De este modo, visualiz el aire yotros gases
como colecciones de pequeas partculas parecidas a bolas de billar
que se muevencontinuamente y rebotan entre ellas.
Muchoscientficosestabanocupadosenestudiar el mundonatural
duranteesteperodo. Pocodespus de que Bernoullipropusiese su teora,
elngls Joseph Priestley empez a experimentarcon el mineral mercurio
calx en 1773. Durante miles de aos se conoca y codiciaba al
mercurio calx,una piedra slida roja, porque cuando se lo calienta
parece convertirse en mercurio, un metal lquidoplateado. Priestley
observ queel mercurio calx no slo seconvierteen mercurio, sino
queefectivamente se convierte en dos sustancias cuando se lo
calienta, mercurio lquido y otro extraogas.
Priestelycuidadosamenterecogiestegasenunajarradevidrioyloestudi.
Despusdemuchos largos das y noches en el laboratorio, Priestley
dijo del extrao gas, "lo que me
sorprendimsdeloquepuedobuenamenteexpresar,esqueunavelaseconsumienesteaireconunanotable
y vigorosa llama. No solamente la llamas se consumieron
vigorosamente en este gas, sinoun ratn puesto en un contenedor
sellado con este gas vivi durante un perodo de tiempo ms
largoqueunratnpuestoenuncontenedorselladoconaireordinario. El
descubrimientodePriestleyrevel que las sustancias se podan combinar
o separar paraformar nuevas sustancias condiferentes propiedades.
Por ejemplo, un gas incoloro y sin olor puede combinarse con el
mercurio, unmetal plateado, y formar mercurio calx, un mineral
rojo. Priestleydenominal gasquedescubriairedeflogstico,
peroestenombrenoseconserv. En1778 Antoine Lavoisier, un cientfico
francs, condujo muchos experimentos con el aire deflogstico yteoriz
que el gas converta algunas sustancias en cidas. Lavoisier le cambi
el nombre al gas dePriestleyporel deoxgeno,
queprovienedelaspalabrasgriegasquequierendecir"hacedordecido.
MientrasquelateoradeLaovisier sobreel
oxgenoyloscidosresultincorrecta, seconserv el nombre. Lavoisier
saba por otros cientficos anteriores a l, que los cidos
reaccionancon algunos metales y sueltan otro extrao y altamente
inflamable gas, llamado flogisto. Lavoisiermezcl los dos gases,
flogisto y el ahora denominado oxgeno, en un contenedor de vidrio
cerrado einsertunfsforo. Viqueel
flogistoseconsumainmediatamenteenpresenciadel oxgenoydespus
observque habagotasde un lquidoincoloroenel contenedordevidrio.
Despus decuidadosaspruebas, Lavoisier sedicuentaqueel
lquidoqueseformabapor lareaccindelflogisto y deloxgeno
eraagua.Deestamanera,llam alflogisto hidrgenoqueprovienede
las12ESCUELA ACADEMCO PROFESONAL DE NGENERA NDUSTRALpalabras
griegas "hacedor de agua.Lavoisier tambinquem otras sustancias como
elfsforo yazufre en elaire, y demostr que se combinaban con elaire
y creaban nuevos materiales.Estosnuevos materiales pesaban ms que
las sustancias originales, con lo cual Lavoisier demostr que
elpesoobtenidopor losnuevosmateriales, erael mismoqueseperdaenel
aireenel quesequemaban las sustancias. Apartir de estas
observaciones, Lavoisier postul la Ley de laConser!acin de la Masa,
que dice que no se pierde o gana masa durante una reaccin qumica.
Priestley, Lavoisier y otros haban sentado las bases para el campo
de la qumica. Sus experimentosdemostraron que algunas sustancias
pueden combinarse con otras para formar nuevos materiales;otras
sustancias pueden separarse para formar otras ms simples; y algunos
"elementosimportantes no pueden separarse. Pero, qu poda explicar
estas complejas series deobservaciones?JohnDalton, unexcepcional
profesor ycientficobritnico, reunilaspiezasydesarroll la primera
teora atmica moderna en 1803. Daltonconvirtienunregular
hbitoobservar yanotar el climaensupueblo, Manchester, ennglaterra.
Atravsdesusobservacionesdelanieblamatutinayotrasconstantesclimticas,
Daltncomprendiqueelagua poda existir como un gas que se mezclaba
con el aire y ocupaba elmismo espacio que el aire. Los slidos no
podan ocupar el mismo espacio.Por ejemplo, el hielo no poda
mezclarse con el aire. Entonces qu podapermitir que el agua algunas
veces se comportase como un slido y
otrasvecescomoungas?Daltncomprendiquelamateriasecomponadepequeas
partculas. En el estado gaseoso, estas partculas flotanlibremente y
pueden mezclarse con otros gases, tal como haba propuestoBernoulli.
PeroDaltnextendiestaideaparaaplicarlaatodamateria-gases, slidos y
lquidos. Daltn primero propuso parte de su teora atmica en 1803 y
despus puliestos conceptos en su trabajo clsico de 1808 Un Nuevo
istema de la !iloso"a #umica La teora de Dalton tiene cuatro
principales conceptos: 1. Toda materia se compone de partculas
indi!isi%les llamadas :tomos- Bernoulli, Daltn
yotrosvisualizabanlostomoscomopequeaspartculasenformadebolasdebillar
envariosestadosdemovimiento.A pesar dequeesteconceptoestil
porquenosayudaaentender lostomos, es incorrecto.2. Todos
los:tomosdeunelementodadosonid/nticos;
los:tomosdedi.erenteselementostienendi.erentespropiedades-LateoradeDaltnsugeraquecadatomodeunelementotal
comoel oxgeno, esidnticoacadatomodeoxgeno; esms,
lostomosdediferenteselementos, talescomoel oxgenooel mercurio,
sondiferentesunodel otro. Daltncaracteriz a los elementos de
acuerdo a su peso atmico; sin embargo cuando los istopos de
loselementos fueron descubiertos al final del 1800, este concepto
cambi. 3. Lasreaccionesumicasreuierenlacom%inacinde:tomos"
noladestruccinde:tomos- Los tomos son indestructibles e
incambiables, as que los compuestos, como el agua y elmercurio
calx, se forman cuando un tomo se combina qumicamente con otros
tomos. Este es unconcepto extremadamente avanzado para su tiempo.
Mientras que la teora de Daltn implicaba quelos tomos se juntaban,
pasaran ms de 100 aos antes que los cientficos empezaran a explicar
elconcepto de la unin qumica. 4. Cuando los elementos reaccionan
para .ormar compuestos" reaccionan en relacionesde.inidas # en n=
parte de o5'enoC$ispa el/ctrica @= parte de !apor de a'ua14ESCUELA
ACADEMCO PROFESONAL DE NGENERA NDUSTRALEn losejemplos mencionados,
la relacin delhidrgenoaloxgeno esde 2 a1a 1.Cuando loselementos
presentan en exceso las proporciones fundamentales, algunos de los
elementospermanecern de la misma manera despus que haya ocurrido la
reaccin qumica. = partes de $idro'eno>= parte de o5'eno C$ispa
el/ctrica @? parte de !apor de a'ua > ? partede o5'enoLa
historia del desarrollo de la moderna teora atmica es la historia
que los cientficos construyeronsobre el trabajo de otros para
producir una explicacin ms precisa del mundo que los rodeaba.
Esteproceso es comn en las ciencias y hasta las teoras incorrectas
pueden contribuir aimportantesdescubrimientoscientficos. Daltn,
Priestleyyotrossentaronlasbasesdelateoraatmicaymuchas de sus
hiptesis son todava tiles. Sin embargo, en las dcadas despus de sus
trabajos,otros cientficos demostraran que los tomos nos son bolas
de billar slidas, sino sistemascomplejos de partculas. Por
consiguiente, ellos destruiran un poco de la teora atmica de Daltn
enun esfuerzo de construir una visin ms completa del mundo que nos
rodea. Hasta los ltimos aos del siglo XX, el modelo aceptado del
tomo se pareca a una bola de billar -una pequea esfera slida. En
1897, J.J. Thomson cambi dramticamente la visin moderna deltomo con
su descubrimiento del electrn. El trabajo de Thomson sugiere que el
tomo no es unapartcula 'indivisible' como John Dalton haba
sugerido, sino ms bien un rompecabezas compuestode piezas todava ms
pequeas. La nocin de Thomson sobre el electrn se origina en su
investigacin sobre una curiosidad cientficadel siglo XX: el tubo de
rayo catdico. Durante aos, algunos cientficos haban tenido
conocimientodel hecho que si una corriente elctrica pasaba a travs
de un tubo, se poda ver un rayo de materialresplandeciente. Sin
embargo, nadie poda explicar el por qu. Thomson descubri que el
misteriosorayo resplandeciente se torca hacia una placa elctrica
cargada positivamente. Thomson teoriz,
yposteriormenteseprobqueestabaenlocierto, que, enrealidad, el
rayoestabacompuestodepequeaspartculasopedazosdetomosquellevabanunacarganegativa.
Mstarde, aestaspartculas se las llam electrones.Thomson imagin que
los tomos parecan pedazos de pan con uvas pasas o una estrucura en
lacual grupos de pequeos electrones cargados negativamente (las
'uvas pasas') estaban
dispersasdentrodeunamanchadecargaspositivas(el 'pan',
yaqueEugenGolstein haba descubierto en 1886 que los tomos tenan
cargaspositivas). En 1908, Ernest Rutherord, un antiguo estudiante
deThomson, prob que la teora del pan con uvas pasas de Thomson
eraincorrecta.Rutherford ejecut una serie de experimentos con
partculas alpharadioactivas. A pesar de que en ese momento no se
saba que era unapartcula alpha, se saba que era muy pequea.
Rutherford lanz pequeas partculas alpha haciaobjetos slidos como
lminas doradas. Descubri que la mayora de las partculas alpha
atravesabanla lmina dorada, que un reducido nmero de las partculas
alpha atravesaban en un ngulo (como sise hubiesen chocado contra
algo), y que algunas rebotaban como una pelota de tenis que
golpeaunapared.
LosexperimentosdeRutherfordsugirieronquelaslminasdoradas,
ylamateriaengeneral, tena huecos! Estos huecos permitan a la mayora
de la partculas alpha atravesardirectamente,
mientrasqueunreducidonmerorebotabadevueltaporquegolpeabaunobjetoslido.En
1911, Rutherford propuso una visin revolucionaria del tomo. Sugiri
que eltomo consista de un pequeo y denso ncleo de partculas
cargadas15ESCUELA ACADEMCO PROFESONAL DE NGENERA
NDUSTRALpositivamente en el centro (o ncleo) del tomo, rodeado de
un remolino de electrones. El ncleo eratan denso que las partculas
alpha rebotaban en el, pero el electrn era tan pequeo, y se extenda
atangrandedistanciaquelaspartculasalphaatravesabandirectamenteestareadel
tomo. Eltomo de Rutherford se pareca a un pequeo sistema solar con
el ncleo cargado positivamentesiempre en el centro y con los
electrones girando alrededor del ncleo.nterpretando el Experimento
de la Lmina Dorada de RutherfordLas partculas cargadas
positivamenteen elncleo deltomo fueron denominadas
protones.Losprotonescontienenunnmeroigual decargas, peroopuesto,
aloselectrones. Sinembargolosprotones son mucho ms grandes y
pesados que los electrones. En1932, JamesChadwickdescubriuntercer
tipodepartculasub-tomicaalaquellamelneutrn. Los neutrones ayudan a
estabilizar los protones en el ncleo del tomo. Ya que el ncleo
esuna masa tan compacta, los protones cargados positivamente
tienden a recharzase entre ellos. Losneutronesayudanareducir
larepulsinentrelosprotonesyestabilizanelncleotomico. Losneutrones
siempre residen en el ncleo de los tomos y son aproximadamente del
mismo tamaoque los protones. Sin embargo, los neutrones no tienen
una carga elctrica, ms bien sonelctricamente
neutrales.Lostomossonelctricamenteneutralesporqueel
nmerodeprotones(cargas+) esigual alnmerodeelectrones(cargas-).
Deestamaneraseneutralizan. Si seconsiderantomosmsgrandes, el nmero
de protones aumenta, y tambin aumenta el nmero de electrones en el
estadoneutral del tomo. El enlacealasiguienteilustracin,
comparalosdostomosmssimples, elhidrgeno y el helio.Los tomos son
extramademente pequeos. Un tomo de hidrgeno (el tomo ms pequeo que
seconoce) tiene aproximademente 5 x 10-8mm de dimetro. Para poner
esto en perspectiva, habraque tomar casi 20 millones de tomos de
hidrgeno para hace una lnea tan larga como este guin- . La mayora
del espacio ocupado por un tomo est en realidad vaco porque el
electrn gira a unadistancia muy alejada del ncleo. Por ejemplo, si
fusemos a dibujar un tomo de hidrgeno a escalay ussemos un protn de
ms o menos del tamao de este dibujo -, el tomo del electrn girara
auna distancia de ~0.5 km del ncleo. En otras palabras, el tomo
sera ms grande que una canchade football! Los tomos de diferentes
elementos se distinguen entre si por el nmero de protones (el nmero
deprotones es constanteparatodos los tomos deunelemento, el
nmerodeneutrones y deelectrones puede variar bajo cierta
circunstancias). Para identificar esta importante caracterstica
deltomo, se usa el trmino nmero atmico (Z) para describir el nmero
de protones en un tomo. Porejemplo, Z = 1 para el hidrgeno y Z = 2
para el helio.Otra importante caracterstica del tomo es su peso o
su masa atmica. El peso de un tomo estaproximadamente determinado
por el nmero total de protones y de neutrones en el tomo.
Mientras16ESCUELA ACADEMCO PROFESONAL DE NGENERA NDUSTRALque los
protones y los neutrones son ms o menos del mismo tamao, el electrn
es ms de 1,800veces ms pequeo que estos dos. Es as que el peso del
electrn es irrelevante al determinar elpeso del tomo. Es como
comparar el peso de una mosca al peso de un elefante.Normalmente,
los tomos contienen un nmero igual de protones y de electrones. Ya
que las cargasnegativas y positivas se neutralizan, los tomos son
elctricamente neutrales.IonesCuandoel
nmerodeelectronescambiaenuntomo, lacargaelctricatambincambia. Si
untomo adquiere electrones, recoge un desproporcionado nmero de
partculas cargadasnegativamentey, deestamanera,
seconvierteennegativo. Si untomopierdeelectrones,
elbalanceentrelascargaspositivasynegativascambiaenladireccinopuestayel
tomoseconvierteenpositivo. Encualquier caso, lamagnitud(+1, +2, -1,
-2, etc.) delacargaelctricacorresponderal
nmerodeelectronesadquiridosoperdidos.
Lostomosquecontienencargaselctricas son denominados iones
(independientemente que ellos sean positivos o negativos).IstoposEl
nmerodeneutronesencualquier tomotambinpuedevariar. Dos
tomosdeunmismoelementoquecontienenunnmerodiferentedeneutronessedenominanistopos.
Porejemplo,normalmente el hidrgeno no contiene neutrones. Sin
embargo, existe un istopo del hidrgeno quecontiene 1 neutrn
(comnmente llamado deuterio). Elnmero atmico (z) es el mismo en
ambosistopos, pero la masa atmica aumenta uno en el deuterio, a
medida que el tomo se vuelve mspesado por el neutrn de ms.,n!oltura
de ,lectronesLavisindel tomodeErnest
Rutherfordconsistadeunncleodensorodeadodeelectronesgirando
libremente. En 1913, el fsico dans Niels Bohr propuso otra
modificacin a la teora de laestructura atmica basada en un curioso
fenmeno llamado la lnea espectral. Cuando se calienta la materia,
ella produce luz. Por ejemplo, encender una bombilla produce el
flujode una corriente elctrica a travs de un filamento de metal que
calienta el filamento y produce luz.La energa absorbida por el
filamento anima los electrones del tomo lo cual los induce a
'menearse'.Esta energa absorbida se libera eventualmente del tomo
bajo la forma de luz.Cuandolaluzblancanormal, tal comoladel sol,
atraviesaunprisma, laluzseconvierteenuncontinuo espectro de colores
separados: Espectro continuo (luz blanca)Bohr saba que cuando se
anima a los elementos puros con luz o electricidad, ellos producen
coloresdefinidos en vez de luz blanca. Comnmente se puede apreciar
este fenmeno en las luces de nende nuestros das. Las luces de nen
son tubos llenos de elementos gaseosos (generalmente nen).Cuando
una corriente elctrica atraviesa el gas, el elemento produce un
color definido (generalmenterojo).
Cuandounaluzdeunelementoanimadoatraviesaunprisma, slosepuedever
lneasespecficas (u ondas) de luz. A estas delgadas lneas se las
llama lneas espectrales. Por ejemplo,17ESCUELA ACADEMCO PROFESONAL
DE NGENERA NDUSTRALcuandosecalientael
hidrgenoylaluzatraviesaunprisma, sepuedever
lasiguientelneaespectral: Lnea espectral del HidrgenoCada elemento
tiene su propia lnea espectral. Por ejemplo:Lnea espectral del
HelioLnea espectral del NenPara Bohr, el fenmeno de la lnea
espectral demostr que los tomos no podan emitir energa
demaneracontinua, sinosloencantidadesmuyprecisas(el
describilaenergaemitidacomocuntica). Ya que el movimiento de
electrones produca la luz emitida, Bohr sugiri que los electronesno
podan moverse continuamente en el tomo (tal como sugiri
Rutherford), pero slo a pasos muyprecisos. Bohr supuso que los
electrones tienen ni!eles de ener'a especficos. Cuando se animaun
tomo, comoal calentarlo, los electrones pueden saltar a niveles ms
altos. Cuando loselectrones caen a niveles de energa ms bajos, se
liberan cuantos de energa precisos en la formade ondas (lneas) de
luz especficas.SegnlateoradeBohr,sepuedeimaginar
alosnivelesdeenergadeloselectrones(tambinllamados envolturas de
electrones) tal como crculos concntricos alrededor del
ncleo.Normalmente, los electrones existen en el estado de base, lo
cual quiere decir que ellos ocupan losniveles de energa posibles ms
bajos (la envoltura de electrones ms cerca al ncleo). Cuando
seanimaunelectrn,como cuando se introduceenerga (porejemplo,
calor)al sistema, elelectrn'salta' a un nivel de energa ms alto, y
gira en ese nivel de energa ms alto. Despus de un cortotiempo, este
electrn va a 'caerse' espontneamente al nivel de energa ms bajo,
produciendo unaenerga de luz cuntica. La clave en la teora de Bohr
est en el hecho de que el electrn slo puede'saltar' y'caerse'
aniveles precisosdeenerga, emitiendoas unespectrodeluzlimitado.
Laanimacin del enlace siguiente simula este proceso en un tomo del
hidrgeno.Bohrnosolamentepredijoqueloselectronesocuparannivelesespecficos
de energa,sinoquetambin predijo que estos niveles estaban limitados
alnmero de electrones que cada uno podasostener. Segn la teora de
Bohr, la capacidad mxima de la primera envoltura de electrones
(lams interna) es de dos electrones. Para cada elemento con ms de
dos electrones, el electrn
extraresidirenenvolturasdeelectronesadicionales. Por ejemplo,
enlaconfiguracindel estadodefondo del litio (que tiene tres
electrones), dos electrones ocupan la primera envoltura de
electrones yun electrn ocupa la segunda.PARTBCULA*
1UNDAM,NTAL,*18ESCUELA ACADEMCO PROFESONAL DE NGENERA NDUSTRALLos
tomos y, por tanto, todalamateria, constadetres clases departculas
fundamentales:ELECTRONES, PROTONES Y NEUTRONES. El conocimiento de
la naturaleza y las funciones deesas partculas es de capital
importancia para comprender las interacciones qumicas. La masa
delelectrn es muy pequea comparada con la del neutrn y la del
protn. La carga del protn es deigual magnitud pero de signo opuesto
a la del electrn.Partculas .undamentales de la materiaPartcula Masa
CargaElectrn (e-) 0,00055 uma - 1Protn (p p-) 1,0073 uma + 1Neutrn
(n n0) 1,0087 uma ningunaORCITAL,* ATMICO*Para cada tomo neutro
debemos considerar un nmero de electrones igualalde protones en
elncleo es decir, el nmero atmico del tomo. Cada electrn ocupa un
orbital atmico (definido porlos nmeros cunticos n, l y ml), el cual
es simplemente la zona en que la probabilidad de encontraral
electrn es mxima. Estos orbitales atmicos, tomados en conjunto
dentro de cada tomo, puedenrepresentarse como una nube difusa y
cuasiesfrica de electrones. 19ESCUELA ACADEMCO PROFESONAL DE
NGENERA NDUSTRAL,*TRUCTURA ,L,CTRNICA D, LO* 9TOMO* DCON1I7URACIN
,L,CTRNICAELa distribucin de los electrones en los diferentes
niveles y subniveles de un tomo se conoce comoCON1I7URACIN
,L,CTRNICA- En un tomo multielectrnico, los electrones ocupan
diferentes orbitales de acuerdo a su energa,disponibilidad y
capacidad. Para cada orbital se usan notaciones abreviadas nlx (x
es el nmero deelectrones). Los electrones se van acomodando
respetando los siguientes
principios:PRINCIPIOD,AU1CAU0Loselectronesseagreganal
tomopartiendodel orbital demenorenerga,
hastaquetodosloselectronesestnubicadosenunorbital apropiado. El
principiodeAufbau establece que el electrn que diferencia a un
elemento del inmediatamente anterior (segn elorden de sus nmeros
atmicos) ocupa el orbital disponible de menor energa.20ESCUELA
ACADEMCO PROFESONAL DE NGENERA NDUSTRALEjemplos:21ESCUELA ACADEMCO
PROFESONAL DE NGENERA NDUSTRALR,7LA D,(UND:
Loselectronesdebenocupartodoslosorbitalesdeunsubnivel
determinadoantes que se comiencen a producir apareamientos,
obsrvese el ejemplo del carbono y nitrgeno. Laregla de Hund
establece que los electrones van ocupando los orbitales, de a uno
por orbital y con elmismo spin, una vez completado el semillenado
de un orbital recin comienza su apareamiento conotro electrn pero
con spin contrario.22ESCUELA ACADEMCO PROFESONAL DE NGENERA
NDUSTRALPREGUNTAS DE
AUTOEVALUACION1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.14.15.16.17.23ESCUELA
ACADEMCO PROFESONAL DE NGENERA NDUSTRAL18.19.20.CAPITULO IIILA*
UNIDAD,* D, M,DIDA ,N LA QUIMICAMuchas de las propiedades de la
materia son cuantitativas, esto es, estn asociadas con las
cifras.Cuandounacifrarepresentaunacantidadmedida,
lasunidadesdeestacantidaddebenestarespecificadas. Decir
sloquelalongituddeunobjetoes20,7carecedesentido. Decir
queeseobjetotieneunalongitudde20,7centmetros(cm) especifica,
apropiadamente, lalongitud. Lasunidades que se utilizan para las
mediciones son las del sistema mtrico.Afindeestandarizar
lasmedidascientficas, en1960seaprobunacuerdointernacional
queespecifica las unidades m/tricas %:sicas que deben utilizar
todos los cientficos. estas unidades seconocen como unidades S, de
acuerdo con el *istema Internacional de Medidas.El Sistema Legal de
Unidades de Medida del Per (SLUMP) Ley 23560- tiene como base e
incluyetotalmente en su estructura al Sistema nternacional de
Unidades (S); por lo tanto, engloba todas lascaractersticas de ste.
ElS es el resultado de la concordancia internacionalen cuanto al
uso deunidades de medida, por lo que est siendo adoptado por casi
todos los pases del mundo.Es importante mencionar que el S es la
versin ms moderna y evolucionada del Sistema MtricoDecimal y su
adopcin es sumamente beneficiosa porque constituye uno de los
factores principalespara lograr la racionalizacin, sistematizacin,
simplificacin y adecuado desarrollo de lasactividades educativas,
comerciales, cientficas y tecnolgicas del pas.El SLUMP comprende:-
Unidades de medida, sus definiciones y smbolos. - Prefijos,
susequivalencias y smbolos. - Reglas de usoy escriturade unidades,
mltiplos, submltiplos ysmbolos. Reglas de presentacin de valores
numricos, de fechas y del tiempo. Reglas de uso de unidades,
prefijos y valores numricos en clculos, conversin y redondeo.
UNIDAD,* D, CA*,UNIDAD *IMCOLOmetro mkilogramo kgsegundo sampere
A24ESCUELA ACADEMCO PROFESONAL DE NGENERA NDUSTRALkelvin Kmol
molcandela cdUNIDAD,* *UPL,M,NTARIA*UNIDAD *BMCOLOradin
radestereorradin srUNIDAD,* D,RI8ADA* CON NOMCR, PROPIOUNIDAD
*IMCOLOhertz Hznewton Npascal Pajoule Jwatt Wcoulomb Cweber Wbtesia
Thenry HGrado Celsius Clumen lmlux lxvolt Vfarad Fgray Gybecquerel
Bqslevert SvUnidades # los pre.iFosElSistema nternacionalde
Unidades (S) tiene sus propias reglas de escritura que permiten
unacomunicacin particular. Las faltas al abreviar o escribir con
mayscula o en forma antojadiza podracausar ambigedad. El reglamento
de escritura del S es muy extenso; a continuacinejemplificaremos
solamente algunas reglas:1. El uso de unidades que no pertenecen al
S debe limitarse a aquellas que han sido aprobadas porla
Conferencia General de Pesas y Medidas. 2. Los smbolos de las
unidades deben escribirse en caracteres romanos rectos, no en
caracteresoblicuos ni con letras cursivas.3. Los smbolos de las
unidades deben escribirse con minscula a excepcin hecha de las que
sederivan de nombres propios. No utilizar abreviaturas.25ESCUELA
ACADEMCO PROFESONAL DE NGENERA NDUSTRAL4. En los smbolos, la
substitucin de una minscula por una mayscula no debe hacerse ya
quecambiar el significado.5. En la expresin magnitud, los smbolos
de las unidades se escriben despus del valor numricocompleto,
dejando un espacio entre el valor numrico y el smbolo. Solamente en
el caso del uso delossmbolos del grado, minutoysegundodenguloplano,
nosedejarespacioentreestossmbolos y el valor numrico.6.
Contrariamentealoquesehaceparalasabreviacionesdelaspalabras,
lossmbolosdelasunidades se escriben sin punto final y no deben
aplicarse para no utilizar la letra 2s3 que por otraparte
representa al minuto. En el primer caso existe una excepcin: se
pondr punto si el smbolofinaliza una frase o una oracin.7.
Cuandolaescrituradel smbolodeunaunidadpareciesecorrecta,
nodebesustituirseestesmbolopor susabreviaciones ansi
estaspareciesenlgicas. Sedeberecordar laescrituracorrecta del
smbolo o escribir con todas las letras el nombre de la unidad o del
mltiplo a que serefiera.8. Cuandohayaconfusinconel
smbolo1delitroylacifral, sepuedeescribir el smboloL,aceptada para
representar a esta unidad por la Conferencia General de Pesas y
Medidas.9. Las unidades no deben representar sus smbolos cuando se
escribe con letras su valor numrico.10. Las unidades de las
magnitudes derivadas deben elegirse tomando en
consideracinprincipalmente las unidades de las magnitudes
componentes de su definicin.Escribir No escribirmM Papa metro m Mtr
segundo s Seg ampere A Amp. pascal o Pa pa 253 m253 mts, 5 C5C5 5
50 mm50 mm.50 kg 50 kgs segundo o sSeg. ampere o AAmp. kilogramo o
kgKgr litros por minuto o L/minLPM s-1 min-1RPS RPM Km/hKPH
26ESCUELA ACADEMCO PROFESONAL DE NGENERA NDUSTRAL11L11 l cincuenta
kilmetrosCincuenta kmts. momento de una fuerza newton metro momento
de una fuerza:newton metro = joule energa cintica: jouleenerga
cintica: newton metropresin manomtrica de 10 kPa10kPa man.presin
absoluta de 10 kPa10kPa abs, tensin en corriente alterna: 120V 120
Vac N * m, N m, para designar: newton metro mN que se confunde con
milinewton De.inicin de unidades de %asde del sistema internacional
de unidades0metro: El metro es la longitud del trayecto recorrido
en el vaco por un rayo de luz en un tiempo de1/299 792 458 segundos
Gilo'ramo: Eslaunidaddemasa(ynodepesoni defuerza) igual alamasadel
prototipointernacional del kilogramo se'undo: Es la duracin de 9
192 631 770 periodos de la radiacin correspondiente a la
transicinentre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental
del tomo de cesio 133 ampere: Es la intensidad de una corriente
elctrica constante que, mantenida en dos conductoresparalelos,
rectilneos, delongitudinfinita, deseccincircular despreciable, enel
vacoyaunadistancia de un metro el uno del otro, produce entre estos
dos conductores una fuerza igual a 2 x10-7 newton por metro de
longitud Gel!in: Elkelvin, unidad de temperatura termodinmica,es la
fraccin 1/273,16 de la temperaturatermodinmica del punto triple del
agua candela: Es la intensidad luminosa, es una direccin dada, de
una fuente que emite una radiacinmonocromtica de frecuencia 540 x
1012hertz y de la cual la intensidad radiante en esa direccines de
1/683 watt por esterorradin.mol: Es la cantidad de sustancia de un
sistema que contiene tantas entidades elementales comotomos hay en
0,012 kg de carbono 12.Pre.iFosPre.iFo *m%olo 1actor27ESCUELA
ACADEMCO PROFESONAL DE NGENERA NDUSTRALyotta Y 1024 (un
cuatrilln)zetta Z 1021 (mil trillones)exa E 1018 (un trilln)peta P
1015 (mil billones)tera T 1012 (un billn)giga G 109 (mil
millones)mega M 106 (un milln)kilo k 103 (mil)hecto h 102
(cien)deca da 101 (diez)unidad 100 (uno)deci d 10-1 (un dcimo)centi
c 10-2 (un centsimo)mili m 10-3 (un milsimo)micro 10-6 (un
millonsimo)nano n 10-9 (un milmillonsimo)pico p 10-12 (un
billonsimo)femto f 10-15 (un milbillonsimo)atto a 10-18 (un
trillonsimo)zepto z 10-21 (un miltrillonsimo)yocto y 10-24 (un
cuatrillonsimo)Ci.ras si'ni.icati!asHay dos clases de nmeros: los
n4/*( ",# - %/L%( "C%#- !1&()( "R"# - 2*4!3%( "Sr#- %2*( "C!# -
&/!( "B%#- >L/4/ "A+#"$# - 0(3% "-(#"?#- /'3( "NH.# "$# -
%/)'( "C/#"?# (*) no son alcalinos, perotienen valencia +1 (0) no
son alcalinot@rreos, pero tienen valencia +,T*RREOS ()1)VALENCIAS
()1 2 )3)VALENCIAS ()1 2 )1) 61Qumica- /L1'(3( "Al# - %&!2 "C4#
- ! "A4#- &! "B# - '2!%1!( "H+# VALENCIAS ()3 2 )1)VALENCIAS
()3 2 ).)- ;(2!! "F# - 2*4/A "S(# - %&/L4 "C5#- >L' "P"# -
39Q12L "N## - >L/4(3 "P6# - %!' "Cr#"$# - >/L/)( "P/# -
'/36/32* "M(#"$$#(*) a=emBs, al Cormar Bci=os act+a con la valencia
)7 (**) a=emBs, al Cormar Bci=os act+a con valencias )7 : )8 Gr495
III " ()1) Gr495 IV " ()3: )1: ).) Gr495 V " ()3: )1: ).: );*)-
2*%/3)( "S - 4(4/3( "T## - D/3/)( "V#- E4!( "ara nomHrar a estos
IJi=os se emplean los mismos sistemas =e nomenclaturaLue para los
IJi=os
Bci=os:%)(5D(&l%64r%6r%/#(%l5&lG!#&%K-*enomHranconlapalaHra'E#/5segui=a=elnomHre
=el D6%l con terminaciIn OSO o ICO seg+n su valencia "si solo tiene
una valenciase usa la ICO#K2Nemplos: - IJi=o C@rr#&5KKKKKK
Fe,
3 - IJi=o c+pr#&5KKKKKK %u,
, -O %u - IJi=o niLuel5!5KKKK 3i,
, -O 3i - IJi=o sI=#&5KKKKKKK 3a,
- IJi=o alumn#&5KKKK /l,
3")(5D(&l%64r%/S65&HK- *enomHranconlapalaHra'E#/5,
lapreposiciIn/:elnomHre =el D6%l, con la %l(% ( (JDr5! r5D%(5! "si
la valencia es +nica, @sta no sein=ica#K 2Nemplos: - IJi=o =e - -
6r#![D5(5@#/r'+(5 tetra5E5 CosCato "D# =e
=ialuminioKKKKKKKKK/l,";>-#3 - "#![@#/r'+(5 penta5E5 /#CosCato
"D#] =e 6r#calcioKKKKKKKKKKK %a3";>,
5#,$$4amHi@n se utiliPa una nomenclatura mo=iMca=a =e la =e
*tocT en la Lue se utiliPa un preMNo=elante =e la palaHra @#/r'+(5
para in=icar los