texto del estudianteQuimica 1° Medio 2012

7/28/2019 texto del estudianteQuimica 1 Medio 2012

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EDICIN ESPECIAL PARA EL MINISTERIO DE EDUCACIN

PROHIBIDA SU COMERCIALIZACIN AO 2012

TEXTO PARA EL ESTUDIA

Mara Isabel Cabello Brav

Medio


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Nombre:

Establecimiento Educacional:

Profesor/a:

Ao:


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Qumica 1 Ao Medio

Autora: Mara Isabel Cabello Bravo

Licenciada en Educacin. Profesora de Qumica.

Universidad Metropolitana de Ciencias de la Educacin.

Magster en Ciencias de la Educacin.

Universidad Mayor.

2010 Ediciones Cal y Canto

N de inscripcin: 180.765

ISBN: 978-956-8623-59-3

1 Reimpresin 2011 Ediciones Cal y Canto


ISBN: 978-956-8623-59-3

2 Reimpresin 2012 Ediciones Cal y Canto


ISBN: 978-956-8623-59-3

Director Editorial: Jorge Muoz Rau

Editora Jefe: Alicia Manonellas Balladares

Editora: Patricia Morales Inostroza

Diseo: Mara Jess Moreno Guldman

Diagramacin digital: Rodolfo Acosta Castillo

Ilustraciones: Andrs Lizama Yvenes

Fotografas: Banco de Fotos de Ediciones Cal y CantoCorrector de pruebas y estilo: Alejandro Cisternas Ulloa

Jefe de Produccin: Cecilia Muoz Rau

Asistente de Produccin: Lorena Briceo Gonzlez

El presente libro no puede ser reproducido ni en todo ni en parte, ni archivado, ni transmitido por

ningn medio mecnico, electrnico, de grabacin, CD-Rom, fotocopia, microfilmacin u otra forma, sin

la autorizacin escrita del editor.

La materialidad y fabricacin de este texto est certificado por el IDIEM - Universidad de Chile.


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TEXTO PARA EL ESTUDIA

Mara Isabel Cabello Brav

Licenciada en Educacin

Profesora de Qumica.Magster en Ciencias de

la Educacin.

Medio


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ENTRADA DE TEMASe presentan los contenidos que estudiars en

el tema. Adems se incluye una evaluacin

diagnstica y una seccin de activacin de los

conocimientos previos.

CIENCIA EN ACCINA travs de grupos de trabajo colaborativo o en

forma individual, tendrs un acercamiento

prctico a los contenidos. Es importante que

seas cuidadoso y observes las indicaciones de

seguridad presentes en cada actividad.

REVISTA CIENTFICAAqu te encontrars con interesantes lecturas

del mbito cientfico, siempre en el contexto

de los temas que se estn abordando.

ENTRADA DE UNIDADSe presenta una introduccin de la unidad

acompaada de imgenes representativas y

motivadoras. Tambin encontrars los objetivos

de aprendizaje de la unidad.

ESTRUCTURA DEL TEXTO

Seccin que te permite desarrollar y practicar

las habilidades de pensamiento y de proceso

relacionadas con el tratamiento de los

contenidos. Algunos de ellos tienen

establecidos los indicadores de aprendizaje y

se sugieren a modo de evaluacin formativa.

DESAFOCIENTFICO

MetacognicinPequea seccin orientada

hacia la reflexin sobre el

propio aprendizaje para

desarrollar habilidades

metacognitivas.


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SNTESISEsta pgina te ser de gran ayuda, ya que en

ella encontrars los conceptos relevantes que

te permiten consolidar tu aprendizaje.

CAMINO A...Te permite ensayar para rendir pruebas

nacionales o internacionales.

REVISEMOS LO APRENDIDOAl final de cada tema te encontrars con la

posibilidad de evaluar tus aprendizajes para

saber cul ha sido tu grado de avance y qu

tienes que reforzar.

En http://

Bajo este nombre te entregamos

pginas web en las que puedes

encontrar material complementario o

de profundizacin a los temas.

S A B A S Q U E

En esta entretenida seccinpodrs enterarte de datos curiososo de las diversas conexiones quetienen los contenidos tratados consituaciones de nuestra vida diaria.

MS QUE QUMICA

Relaciona el contextohistrico con el avancede la ciencia en el mundode hoy.


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Tema 1De tomos a compuestos

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6

Contenidos

UNIDAD 2ENLACE QUMICO

78

Tema 1Los tomos se unen80

UNIDAD 1ESTRUCTURA ATMICA

12

Tema 1Modelo mecanocuntico

14

Tema 2Propiedades peridicas

48

Bibliografa: 192

UNIDAD 3ESTEQUIOMETRA

132

Antecedentes histricos; larevolucin en la fsica clsica.................. 19

El comportamiento de las ondas ........ 19De la fsica clsica a la fsicacuntica...... 22

Espectros atmicos ................................ 25

El tomo de hidrgeno,modelo atmico de Niels Bohr .............. 28

La naturaleza dual del electrn.............. 32

Mecnica cuntica.................................. 33

Nmeros cunticos .............................. 34 Orbitales atmicos .............................. 36 Orbitales y sus energas ...................... 38 Principios de construccin .................. 39

La configuracin electrnica .................. 43

Tabla peridica ...................................... 53 Tabla peridica y

configuracin electrnica.................... 54

Metales, no metales y metaloides ........ 60Propiedades peridicas .......................... 64 Volumen atmico ................................ 65 Radio atmico e inico........................ 66 Potencial o energa

de ionizacin (P.I.)................................ 67

Afinidad electrnicao electroafinidad (E.A.)........................ 68

Electronegatividad (E.N.) .................... 68 Electropositividad .............................. 68 Estados de oxidacin .......................... 68 Puntos de ebullicin y fusin .............. 69 Densidad.............................................. 69 Volumen molar.................................... 69 Tendencias peridicas y el modelo

mecanocuntico .................................. 72

NDICE

Ecuacin qumica yleyes fundamentales ............................ 138 Ley de Conservacin

de la Masa y Ley de Lavoisier ............ 139Cantidad de sustanciay su unidad de medida, el mol ............ 143

Frmulas empricas y moleculares ...... 158 Clculo de frmulas empricas .......... 159 Clculo de la frmula molecular........ 162 Ecuaciones qumicas.......................... 164

Balance de ecuaciones qumicas ...... 165 Informacin cuantitativa a partir de

ecuaciones qumicas balanceadas .... 170

Tipos de reacciones qumicas .............. 171Estequiometra, clculo a partir dereacciones qumicas ............................ 175 Mtodo de la relacin molar ............ 175

Reactivos limitantes ............................ 182

Rendimiento de reaccin .................... 185

Enlace qumico ...................................... 85

Smbolos de Lewis.................................. 87

Enlace inico o electrovalente................ 90

Prediccin de frmulasde los compuestos inicos .................. 94

Compuestos inicos ............................ 96

Enlace covalente .................................. 100 Enlace covalente apolar .................... 103 Enlace covalente polar ...................... 105

Enlace covalentecoordinado o dativo .......................... 106

Compuestos covalentes .................... 108

Enlace metlico .................................... 110Estereoqumica-Geometra molecular.... 113

Polaridad molecular ............................ 120

Interacciones moleculares.................... 123 Energa de enlace ............................ 125


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Actividad exploratoria Revista cientfica Evaluacin y sntesis Autoevaluacin

La materia y su naturaleza elctrica ........15 LHC: El experimento del

siglo XXI ............................45

Revisemos lo aprendido

del Tema 1 ........................46

Autoevaluacin ................47

Ordenando elementos qumicos ..............49

Cmo se clasifican los

elementos qumicos? ..............................57

Importancia de los

oligometales ionizados

en los seres vivos ..............73


del Tema 2 ........................74

Sntesis de la Unidad 1 ......76

Camino a... ........................77

Autoevaluacin..................75

Combinacin de tomos ..........................81 La sangre: un fluido vital que

forma enlaces qumicos ....127


del Tema 1 ......................128

Sntesis de la Unidad 2 ....130

Camino a... ......................131

Autoevaluacin................129

Experimento de Lavoisier ......................135

Composicin porcentual a partir

de datos experimentales ......................157

Relaciones cuantitativas en

los procesos industriales ....187


del Tema 1 ......................188

Sntesis de la Unidad 3 ....190

Camino a... ......................191

Autoevaluacin................189


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Diseo experimental yexperimentacin

Formulacin de hiptesis

8

Somos capaces de percibir a todos los seres vivos y objetos inertes que estn a

nuestro alrededor haciendo uso de nuestros rganos de los sentidos: vemos,

escuchamos, olemos, gustamos y sentimos todo cuanto est a nuestro alrededor, y

nos planteamos preguntas de nuestra realidad.

Esta bsqueda del conocimiento debe estar acompaada de estrategias, vale decir,

de formas de elegir, coordinar y aplicar procedimientos para encontrar la respuesta a

un problema.

El avance de las ciencias, que es una forma de ver el mundo, en general y en especial

de la qumica, ha sido vertiginoso, exitoso y a expensas de largos perodos de trabajo

individual y colectivo.

Es precisamente la acumulacin de los conocimientos obtenidos a partir del trabajo

cientfico lo que permite comprender hechos cotidianos, curar enfermedades,

mejorar procesos industriales, etc.

A medida que avances en este texto conocers y aplicars muchas de las destrezas

que emplean los cientficos en su trabajo diario, y te dars cuenta de que muchas de

ellas ya las utilizas. En las actividades planteadas en este texto podrs practicar y

desarrollar habilidades cientficas que te permitan comprender informadamente

fenmenos naturales, buscar respuestas y soluciones a los problemas que se

presentan a diario.

LA ENSEANZA DE LAS CIENCIAS

Para desarrollar estas destrezas aplicaremos la metodologa de la indagacin, que

considera las etapas de: Focalizacin - Exploracin - Comparacin - Aplicacin.

Etapas que pondrs en prctica cuando realices Ciencia en accin, de modo quecuando observes, plantees las preguntas de la investigacin y formules hiptesis, te

encontrars en la etapa de Focalizacin. Estars en la etapa de Exploracin cuando

realices el diseo experimental, experimentes y registres tus observaciones.

Establecers la etapa de Comparacin cuando recopiles, ordenes la informacin y

analices los datos y, por ltimo, realizars la etapa de Aplicacin cuando formules tus

conclusiones y evales tu trabajo.

Focalizacin

Exploracin

Observacin

Preguntas de investigacin

Registro de las observaciones

Comparacin

Recopilar y ordenar datos

Anlisis de datos

Aplicacin

Concluir y comunicacin delos resultados

Evaluacin del trabajorealizado

Contrastar los resultados conla (s) hiptesis

Aceptar o rechazarla (s) hiptesis

Metodologa de la

indagacin

Ciencia en accin


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9

Las normas de seguridad en el laboratorio sern acordadas con tu profesor(a); no obstante,ten presente las siguientes normas bsicas:

1. Usa un delantal blanco para cuidar la ropa de reactivos que sean corrosivos o puedanmancharla.

2. Lee con atencin las instrucciones antes de comenzar a hacer las actividades propuestas.

3. Cuando trabajes en equipo, verifica que cada integrante tenga claro sus roles en laactividad experimental.

4. La mesa de trabajo debe estar siempre limpia y ordenada.5. Los residuos inservibles y los productos slidos de desecho no deben abandonarse sobre

la mesa ni arrojarse al suelo o al desage, sino nicamente a los recipientes habilitados para

ello o donde indique el profesor o profesora.

6. Si salpica a tu cuerpo, manos, ojos alguna sustancia, infrmale de inmediato a tuprofesor(a). Recuerda usar guantes o anteojos de seguridad cuando se indique.

7. Nunca debe calentarse con el mechero un lquido que produzca vapores inflamables.Cuando se caliente un tubo de ensayo debe cuidarse que la boca del tubo no se dirija

hacia ninguna persona cercana.

8. Nunca deben dejarse los reactivos cerca de una fuente de calor.

9. Cualquier situacin imprevista infrmala a tu profesor(a); por ejemplo: derrame desustancias, quiebre de material de vidrio o cualquier duda que surja durante el desarrollo

de la actividad.

10. No tomes ningn producto qumico que el profesor(a) no te haya proporcionado.11. No huelas, pruebes o toques con la manos ningn reactivo.12. Los cidos requieren un cuidado especial. Cuando quieras diluirlos, mzclalos, cuidando

que el cido sea depositado sobre el agua.

13. Los productos inflamables (gases, alcohol, ter, etc.) no deben estar cerca de fuentes decalor. Si hay que calentar tubos con estos productos, se har a bao Mara, nunca

directamente a la llama.

14. Existen smbolos para indicar el grado de peligrosidad de los reactivos. Estn puestos en lasetiquetas de los envases.

a. Explosivas: sustancias que pueden explosionar bajo el efecto de una llama.b. Comburente: sustancias que, en contacto con otras, originan una reaccin fuertemente

exotrmica, es decir, liberando calor.

c. Txicas: sustancias que por inhalacin, ingestin o penetracin cutnea puedenentraar riesgos graves, agudos o crnicos e incluso la muerte.

d. Irritantes: sustancias no corrosivas que por contacto inmediato, prolongado o repetidocon la piel o mucosas pueden provocar una reaccin inflamatoria.

e. Inflamables: subdivididas como:- Extremadamente inflamables: sustancias cuyo punto de ignicin sea inferior a

0 C y su punto de ebullicin inferior o igual a 35 C.

- Fcilmente inflamables: sustancias que a temperatura ambiente en el aire pueden inflamarse.

f. Corrosivas: sustancias y preparados que en contacto con los tejidos vivos puedan

ejercer sobre ellos una accin destructiva.15. Cuando trabajes con aparatos elctricos verifica que los cables no estn cerca de tus pies;

no los desenchufes tirando del cable.

16. Finalmente, cuando termines de trabajar:a. Desecha los reactivos segn las indicaciones que se sugieren en el texto y/o consulta a

tu profesor o profesora.

b. Limpia o lava, si corresponde, los materiales.c. Deja limpio tu lugar de trabajo.

Manos a la obra! Con estas consideraciones, tu trabajo y el de tus compaeros cientficos ser exitoso y aprenders qumica de forma entretenida.

NORMAS DE SEGURIDAD EN EL LABORATORIO

IRRITANTE

INFLAMABLE

COMBURENTE

EXPLOSIVO

CORROSIVO

TXICO


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ObservarGracias al uso de tus sentidos, podrs percibir objetos y sucesos. La observacin

metdica de un fenmeno u objeto en estudio te permitir, adems, desarrollar

otras habilidades importantes del proceso cientfico, como inferir, comparar, clasificar

y medir. A partir del proceso de observacin surgir naturalmente una pregunta queguiar el proceso de investigacin.

Medir y recopilar datosEn la bsqueda de respuestas para la pregunta de investigacin debers medir y

recopilar datos del fenmeno u objeto en estudio. Para ello usars diferentes medios

e instrumentos.

Disear, elaborar y usar modelosPara observar el fenmeno u objeto de estudio emplears diversos medios, siendo

uno de los ms comunes los modelos, que son interpretaciones a escala de cosas

muy pequeas o muy grandes. Por ejemplo, el modelo del tomo. Como no puedes

manipular un tomo, hars un modelo de l, aumentando su tamao millones deveces! Esto, adems, te permitir poner en prctica la creatividad. De hecho, los

experimentos en s mismos son modelos que te harn obtener respuestas.

PredecirIncluso, antes de poner a funcionar tu modelo o de efectuar un experimento,

hurgando en tus conocimientos y experiencias, junto a la informacin que te

entregue la observacin, podras predecir lo que suceder.

InferirFormars tu propio juicio a partir de la observacin y del razonamiento. Esta

inferencia es vlida, pero no siempre correcta, razn por la que tu juicio se

transforma en una hiptesis, la que debers necesariamente poner a prueba parasaber si es o no correcta.

Formular hiptesisLas hiptesis son suposiciones sobre la relacin existente entre variables que

explican el comportamiento de un objeto o que influyen en un hecho. Al

experimentar podrs confirmarla o no. Si no puedes comprobarla, ser necesario que

formules una nueva y la pongas a prueba.

Identificar y controlar variablesEn cursos anteriores has aprendido que existen dos tipos de variables: las

independientes (causas) y las dependientes (efectos). Al identificar las variables en un

trabajo experimental podrs controlarlas y ver qu ocurre con el objeto o hechoestudiado, es decir, cmo se comporta la independiente y qu efecto tiene sobre la

dependiente.

ExperimentarComo te has podido dar cuenta, experimentar te permitir observar la validez de la

hiptesis planteada. Para ello realizars diferentes procesos, utilizando instrumentos y

reactivos para controlar variables, efectuar observaciones, medir y recopilar datos.

HABILIDADES CIENTFICAS QUE TRABAJARS EN EL TEXTO

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Presentar datos y resultadosLos datos obtenidos (no slo en actividades experimentales, tambin en actividades

tericas y prcticas) podrs presentarlos en tablas, grficos o esquemas para mostrar

ordenada y coherentemente los resultados obtenidos. Tendrs que comparar los

resultados con las hiptesis que planteaste antes de experimentar.

Sacar conclusiones y comunicarBasndote en los datos obtenidos y en la presentacin de los resultados, podrs

aceptar o rechazar tus hiptesis, segn si los resultados las respaldan o no lo hacen,

sacar conclusiones gracias al anlisis que hagas de ellos, las que debers comunicar

para compartir tus aprendizajes con otros compaeroscientficos.

Todo lo anterior ser posible slo si trabajas individualmente o en equipo conresponsabilidad, efectividad y eficiencia. Cuando trabajas as, logras alcanzar los

objetivos de aprendizajes, pues t y todos los de tu equipo se involucran en la

aventura de aprender ciencias.

Ten presente los siguientes consejos cuando debas realizar un trabajo en equipo:

1. Objetivo claro y comn: cada uno de los integrantes del equipo sabe qu hacery por qu lo harn.

2. Responsabilidad: cada integrante sabe que su trabajo es fundamental para elxito del equipo y, por ende, acta con responsabilidad y sentido del deber,

considerando que sus acciones inciden en el bienestar de todos los miembros.

Por ejemplo, al respetar las normas de seguridad en laboratorio.

3. Organizacin: se distribuirn todas las tareas que emanen de una actividad. Esto

no significa que dividirn los trabajos parcializadamente, haciendo responsable acada uno de una determinada parte; al contrario, se organizarn para que todos y

cada uno conozcan las diferentes etapas y resultados del trabajo y as puedan

suplir las necesidades que emerjan si uno de los integrantes se ausenta.

4. Coordinacin: cada uno de los integrantes sabe la actividad que debe realizar, seha preocupado de estar informado(a) y acta en conjunto con sus compaeros

cientficos.

5. Rotacin: las tareas debern rotar entre los integrantes del equipo en cadaactividad para que todos puedan desarrollar y practicar las habilidades asociadas

a la tarea. Por ejemplo: observar, medir, presentar resultados, comunicar, etc.

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UNIDAD 1

ESTRUCTURA ATMICAIntroduccin

12

El modelo atmico de la materia, como

su nombre lo indica, es una

aproximacin a la realidad del tomo

que se ha construido a lo largo de lahistoria con aportes de diversos

cientficos.

En el curso anterior estudiaste los

modelos propuestos por J. Thomson,

E. Rutherford y N. Bohr. Cada uno de

ellos, adems de otros cientficos,

contribuyeron a modelar lo que hoy se

conoce como modelo

mecanocuntico de la materia.

Dicho modelo es motivo de estudio

para esta unidad, desde sus principios yfundamentos fsicos, matemticos y

qumicos hasta su descripcin del

comportamiento de los electrones, ya

que gracias a l las ciencias han

evolucionado vertiginosamente,

permitiendo a los cientficos explicar a

cabalidad un gran nmero de

fenmenos cotidianos y extraordinarios,

como la energa nuclear, la

transmutacin de los elementos, los

fuegos artificiales y algo tan simple

como preparar una taza de caf.Lee con atencin la informacin

entregada y desarrolla cada una de las

actividades propuestas, porque han

sido elaboradas con la finalidad de que

descubras y comprendas el maravilloso

mundo atmico y qumico.


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Al finalizar la unidad estars en capacidad de:

Identificar informacin relevante que sustenta elmodelo mecanocuntico, relacionndola con el

comportamiento atmico.

Describir la cuantizacin de la energa del tomoutilizando informacin terica y evidencias

experimentales para relacionarla con el espectro

electromagntico.

Relacionar la estructura atmica de la materia con los

nmeros cunticos, prediciendo su comportamientoen tomos de nmero atmico menor que 20.

Describir el tomo desde el punto de vista de lamecnica cuntica, utilizando evidencias experimentales.

Definir los cuatro nmeros cunticos, relacionndoloscon la estructura atmica para describir los estados

permitidos para un electrn.

Formular la configuracin electrnica de diversoselementos qumicos para relacionarlos con los

nmeros cunticos y su ubicacin en la Tabla

peridica.

Explicar las propiedades peridicas a partir de laubicacin de diversos tomos en la Tabla peridica.

Relacionar el nmero atmico con los nmeroscunticos y las propiedades peridicas para ubicar los

elementos en la Tabla peridica. Predecir las caractersticas metlicas y no metlicas de

los distintos elementos a partir de su configuracin

electrnica.

Identificar problemas, hiptesis, procedimientosexperimentales, inferencias y conclusiones en

investigaciones clsicas.

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14

UNIDAD 1: ESTRUCTURA ATMICA

TEMA 1Modelo mecanocuntico

El desarrollo del modelo mecanocuntico de la materia vino a revolucionar el

conocimiento que los cientficos tenan hasta principios del siglo XX, tanto del

tomo como de otros fenmenos fsicos; por ejemplo, la luz.

Completa el siguiente esquema segn lo aprendido en el curso anterior.

Estudiars en este tema:

Antecedentes histricos,la revolucin en la fsica

clsica.

De la fsica clsica a lafsica cuntica.

Espectros atmicos. El tomo de hidrgeno,

Modelo atmico de Niels

Bohr. Naturaleza dual del

electrn.

Mecnica cuntica. La configuracin

electrnica.

Y para comenzar...

1. Cuando usas chalecos o bufandas de lana suele suceder que al momento desacarlos de tu cuerpo el pelo sigue el movimiento de estos porque se pega a

la ropa.

- Cmo puedes explicar este hecho?

2. Al frotar un objeto plstico en tu pelo o sobre la ropa y luego acercarlo alextremo de una hoja de papel, esta ltima es atrada por el plstico.

- Por qu crees que sucede eso?- Si no se frota el plstico, es posible que este atraiga al papel?

3. Al acercar dos globos que han sido frotados en el cabello de dos individuos,se observa que estos se repelen. Esto sucede porque:

a. Los globos...b. El cabello...

Comenta tus respuestas con tus compaeros y compaeras. Llegaron todos a

las mismas respuestas? De lo contrario, cul es la idea que ms se repite?, cul

de todas las respuestas es la correcta?

Cabello electrizado por contacto conel generador de Van der Graaf.

Materia

tomos

Elementos

Dalton

(8)

Rutherford

(9)

(10)

Corteza

Protn

constituida por

presentan en su estructura

estn

carga carga carga

estn

varios iguales

algunos modelosson

varios distintos

(1)

(2)

(3)

(4)(5)

(6)

(7)


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TEMA 1: MODELO MECANOCUNTICO

15

La materia y su naturaleza elctrica CIENCIA EN ACCIN

Habilidades a desarrollar:- Observar.- Predecir.- Recopilar datos.- Identificar variables.- Interpretar datos.- Formular conclusiones.

Dos globos. Dos trozos de hilo de

15 cm de largo,

aproximadamente.

Una pieza de ropa delana o acrlico (de

preferencia un guante o

un calcetn).

Una hoja de papelblanco.

Materiales

Estudiaremos:- El comportamiento elctrico de la materia.

IntroduccinPara abordar con xito un trabajo, los cientficos aplican el mtodo cientfico,

que en trminos muy simples se define como la forma en que podemos

estudiar cualquier aspecto del Universo mediante observaciones cuidadosas y

experimentos muy bien planificados. En esta actividad podrn seguir la

secuencia de un trabajo experimental, es decir, aplicar dicho mtodo y

practicar algunas de las destrezas indicadas en las primeras pginas del texto.

Paso 1: La observacinEn la actividad Y para comenzar... observaron que al usar prendas de vestir de

lana, el pelo experimentaba una atraccin, y que al frotar un objeto de plstico

sobre la ropa o el pelo, era capaz de atraer trozos de papel. Es decir, observaron

un hecho cientfico y se habrn preguntado por qu al frotar un cuerpo este escapaz de atraer a otro?

Paso 2: Preguntas de investigacinPara entender un fenmeno, los cientficos y ahora ustedes, plantearn

preguntas de investigacin; por ejemplo: qu sucede en un cuerpo cuando

es frotado con otro?, si el plstico no es frotado, es capaz de atraer papel?, si

cambio el plstico por un objeto metlico, se producir atraccin con el

papel?, qu otras preguntas de investigacin se les ocurren?Todas ellas,pueden ser respondidas y sometidas a distintas pruebas experimentales.

Paso 3: Formulacin de hiptesisBasados en sus experiencias y conocimientos previos, los cientficos danposibles explicaciones a sus observaciones o respuestas a las preguntas

planteadas, estas son las hiptesis de su trabajo. Por ejemplo: para la pregunta

qu tipo de materiales electrizanel pelo cuando lo frotan?, la hiptesis

planteada podra ser, el pelo se electriza cada vez que es frotado por un

material sinttico.

Para determinar si la o las hiptesis son correctas o no por medio de la

experimentacin, deben ser planteadas como enunciados en los que las

variables involucradas sean observables o medibles.

Objetivos de la actividad

a. Observar el comportamiento elctrico de la materia.b. Observar la atraccin y repulsin entre objetos.c. Valorar la experimentacin cientfica como medio de comprobacin y

explicacin de fenmenos cotidianos.

d. Reconocer los pasos que se deben seguir en un experimento.e. Comprender la importancia de tomar mediciones exactas durante un

experimento.

f. Aprender a trabajar en equipo.Qu hiptesis de trabajo podran plantear considerando los objetivos a y b

de la actividad y del diseo experimental planteado en el paso 4?


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Paso 4: Diseo experimentalEl diseo experimental debe permitir comprobar si la hiptesis de trabajo es

vlida o errada. Lean con atencin cada uno de los procedimientos propuestos.

1. Dispongan sobre la mesa de trabajo todos los materiales. Recuerdentrabajar en un lugar limpio.

2. Dividan la hoja de papel en trozos pequeos de similar tamao ygurdenlos.

3. Inflen los globos hasta un tamao medio, similar para ambos, y tenlos conlos trozos de hilo por separado.

4. Froten slo un globo en el cabello de un compaero o compaera por 15segundos. Asegrense de frotar todo el globo. Luego levntenlo sobre la

cabeza del compaero o compaera algunos centmetros.

5. Repitan el punto 4, pero dispongan el globo sobre los trozos de papeldispuestos en la mesa.

6. Froten ambos globos sobre el cabello de dos compaeros o compaerasdistintos(as) por 30 segundos. Tomen los globos por los hilos, djenlos

colgar libremente, acrquenlos con cuidado sin permitir que se toquen.

7. Rpidamente, un integrante del grupo pondr su mano entre ambos globos.

8. Repitan los puntos 4 al 7, reemplazando el cabello de los compaeros ocompaeras por el calcetn o guante de lana o de acrlico.9. Frote una regla plstica en el cabello de un compaero o compaera y

acrquela a uno de los globos. Luego frote la regla con el calcetn o guante

de lana o de acrlico y acrquela a uno de los globos.

Paso 5: Registro de observacionesLos cientficos deben hacer un registro de observaciones ordenado, en el que

renan los datos para luego analizarlos y obtener conclusiones.

En esta ocasin se propone reunir los datos en la siguiente tabla. En otras

actividades, ustedes como grupo, ms adelante, debern decidir cmo

registrar las observaciones.

1. Qu sucede al frotar el globo en el cabello de un compaeroo compaera y levantarlo sobre su cabeza?

2. Qu se observ al frotar un globo en el cabello de uncompaero o compaera y disponerlo sobre los trozos depapel que estaban en la mesa?

3. Qu se observa cuando se frotan ambos globos sobre elcabello de dos compaeros o compaeras por 30 segundos yluego se disponen uno cerca del otro?

4. Qu se observa cuando se frotan ambos globos sobre elcabello de dos compaeros o compaeras por 30 segundos yluego se disponen uno cerca del otro y un compaero ocompaera puso su mano entre ambos globos? Qu sinti elo ella en su mano?

5. Qu sucedi al reemplazar la superficie de frotacin?

6. Qu sucede al frotar una regla plstica y acercarla a uno delos globos?

Procesos Observaciones


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17

Paso 6: Recopilacin y ordenamiento de datosAl registrar las observaciones podrn recopilar datos y ordenarlos para

posteriormente hacer un anlisis. En este caso emplearn la tabla propuesta

a continuacin.

Para completar la tabla usen la siguiente simbologa:

+ Atraccin dbil+ + + Atraccin fuerte Repulsin dbil Repulsin fuerte

Paso 7: Anlisis de datos

Al analizar los datos obtenidos podrn responder las preguntas de

investigacin planteadas y, finalmente, comprender por qu al frotar un

cuerpo, este es capaz de atraer a otro.

Para dar respuestas a estas preguntas se debe estructurar un orden de anlisis

que les permita someter a prueba las hiptesis. Contesten las siguientes

preguntas. Si lo estiman necesario pueden consultar a su profesor o profesora,

pues les orientar en el anlisis:

1. Indiquen en qu casos observaron atraccin elctrica (o electrosttica) yrepulsin elctrica (o electrosttica).

2. Analicen los resultados experimentales que han obtenido delcomportamiento que tiene el globo frotado sobre el cabello de un

estudiante y los trozos de papel; busquen una explicacin coherente a sus

observaciones. Consideren sus conocimientos de la estructura del tomo.3. A partir de lo que saben de la estructura del tomo, qu asociaciones

pueden establecer entre sus observaciones y la naturaleza elctrica de los

tomos y de la materia.

4. Si observaron luminosidad durante la actividad, cmo podran explicarla?5. Qu asociaciones pueden establecer del comportamiento de la materia al

ser frotada con el movimiento de los electrones en los tomos?

6. Existir una relacin entre los electrones y la luminosidad desprendida porfriccin de los distintos materiales?

Paso 8: Conclusin y comunicacin de resultados

Con los datos e informacin que tienes puedes aceptar o rechazar tushiptesis. Finalmente, estn en condiciones de sealar por qu al frotar un

cuerpo, este es capaz de atraer a otro.

Respondan las siguientes preguntas, relacionen sus respuestas con la actividad

que han realizado e incorprenlas en los resultados:

1. Qu es la fuerza electrosttica? Cmo se relaciona con esta experiencia?2. Investiguen cmo funciona un pararrayo y apliquen lo aprendido en este

laboratorio para explicar qu ocurre cuando recibe una descarga elctrica

de la atmsfera.

Globo frotado con cabelloGlobo frotado con guante ocalcetn de lana o acrlico

Material que se acerca

CabelloProceso

Papel Globo


19/194

18


Quieres decir algo ms?

Finalmente, conversa con tu equipo de trabajo.

1. Qu dificultades se presentaron durante el trabajo? Qusoluciones y medidas se tomarn para que no se vuelvan a repetir

en las prximas actividades en las que trabajen juntos(as)?

2. Qu aprendieron en esta jornada respecto al trabajo en equipo?

Redacten una conclusin en la que sealen sus observaciones experimentales

y explicaciones sobre el hecho.

Para comunicar sus resultados a sus compaeros y compaeras elaboren un

dptico informativo y entreguen una copia a cada grupo de trabajo.

Paso 9: Evaluacin del trabajo realizadoEs importante evaluar el trabajo del equipo para observar fortalezas y

debilidades. Las primeras, con el fin de reforzarlas, y las segundas, desuperarlas.

Completa la siguiente tabla en forma individual, con responsabilidad y seriedad,

marcando con una X el casillero que corresponda, y posteriormente renete contus compaeros y compaeras de trabajo para conversar y concluir.

La simbologa utilizada como indicador de evaluacin es:

+ Lo hice bien.+ Lo hice, pero podra haberlo hecho mejor. No lo hice.

CUIDA EL AMBIENTE:Una vez terminada la actividad,

eliminen los residuos en el

basurero y dejen su puesto detrabajo limpio.

Me preocup de leer las habilidades que voy a desarrollar en estaactividad experimental.

Examin cada uno de los pasos planteados en Ciencia en accin.

Repas los pasos que no comprend con la primera lectura.

Me preocup de entender el diseo de la actividad experimental.

Fui responsable en las labores que me fueron confiadas.

Me preocup de conocer las acciones de cada uno de los integrantesdel equipo.

Fui respetuoso del trabajo realizado por los otros integrantes del equipo.

Cooper activamente para que el trabajo desarrollado fuera efectivoy seguro.

Actu coordinadamente con mi equipo.

Mis compaeros y compaeras actuaron responsablemente.

Cuid de dejar mi espacio de trabajo limpio y ordenado.

En general, evalo mi participacin en Ciencia en accin como:

Criterios de evaluacinIndicadores

de logro

+ +


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19

Hoy se sabe que cuando los tomos reaccionan son sus electrones los queinteractan, conocimiento que tiene su origen en la comprensin del

comportamiento de la estructura electrnica del tomo y que fue obtenidoluego de varios aportes realizados desde el mundo de la fsica, la matemtica

y la propia qumica, revolucionando el conocimiento y entendimiento que secrea tener de la materia microscpica.

Durante el siglo XIX, diversos fsicos trataron de comprender elcomportamiento de los tomos y molculas a partir de las leyes fsicasexistentes en la poca, pero sus intentos fracasaban al explicar elcomportamiento de la materia microscpica con leyes que se aplicaban a laperfeccin y con xito en la explicacin del comportamiento de objetosgrandes o materia macroscpica.

En 1900, Max Planck, el joven cientfico alemn, revolucion el mundo de la

fsica. Cuando observaba y analizaba los datos de radiacin emitida porslidos calentados a varias temperaturas, dedujo que la energa era emitidanicamente en nmeros enteros mltiplos de cantidades bien definidas, a lasque llam cuantos. Esta idea puso de cabeza al mundo fsico, que aceptaba,hasta ese momento, que la energa era continua, por ende, cualquiercantidad de energa se poda liberar en un proceso de radiacin.

El comportamiento de las ondasPara comprender el mundo atmico es preciso entender el comportamiento dela luz, partiendo por definir la luz visible (aquella que perciben nuestros ojos)como un tipo de radiacin electromagntica. Fue James Maxwell, en 1873,quien demostr tericamente que la luz visible contaba con ondaselectromagnticas y que adems era capaz de transportar energa, razn por laque se le conoce tambin como energa radiante. La radiacioneselectromagnticas se caracterizan por moverse a travs del vaco a una

velocidad de 3 108 m/s (velocidad de la luz) y por poseer carcterondulatorio (similar al de las olas).

Observa la Figura 1. En ella se aprecia que las ondas presentan una longitudde onda, que corresponde a la distancia entre las crestas o entre los valles,expresadas comnmente en metros (m), centmetros (cm) o nanmetros(nm).Y la amplitud que es la distancia vertical desde la lnea media de laonda a la cresta o al valle de la misma. Lafrecuencia, por su parte, indica lacantidad de veces que la longitud de onda completa pasa por un punto dado

en un segundo, expresada en ciclos por segundos (ciclo/s), unidaddenominada Hertz (Hz).

Antecedentes histricos; larevolucin en la fsica clsica

Figura 1. Esquema de una onda peridica.

MS QUE QUMICA

Brown, Lemay y Bursten,en su texto Qumica, laciencia central, sealanque un mtodo muysimple para determinar lafrecuencia de las ondas,

por ejemplo cuando unalancha pasa por un lagoformando olas, eshaciendo flotar un corcho

y contando el nmero deveces que este realiza unciclo completo demovimiento ascendente ydescendente en unsegundo de duracin.

Valle

Cresta

Nodo

Longitud de

onda

Amplitud


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20


Como todas las radiaciones electromagnticas se mueven a la velocidad de

la luz, es posible establecer una relacin entre la longitud de onda (l) y lafrecuencia (n).

Habilidades a desarrollar:- Observar.- Interpretar- Deducir.

DESAFOCIENTFICO

Indica la alternativa correcta a la pregunta segn observes en las

siguientes imgenes:

1. Cul de las ondas enumeradas tendr la mayor frecuencia?a. 1 b. 2 c. 3

2. Cul de las ondas enumeradas tendr la menor frecuencia?a. 1 b. 2 c. 3

3. Cul de las siguientes afirmaciones es correcta respecto a la relacin

entre lyn?a. Mientras mayor sea l, mayor sern.b. No existe una relacin fija entre lyn.c. Existe una relacin inversa entre lyn.

4. Cmo es la amplitud de onda en las imgenes 1, 2 y 3 al establecer lacomparacin? Fjate en la lnea verde.

a. Igual b. Distinta c. No hay relacin

5. Cul de las imgenes tiene mayor nmero de montes y valles?a. 1 b. 2 c. 3

Longitud

de onda

Longitud

de onda

Longitud

de onda

3

2

1


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21

Existen diferentes unidades de medida para expresar la longitud de onda,dependiendo del tipo de radiacin. Por ejemplo:

Existen diversos tipos de radiaciones electromagnticas segn la longitud deonda y la frecuencia. El espectro electromagntico ordena dichas radiacionessegn la longitud de onda que presentan (Figura 2).

Figura 2. Espectro electromagntico.

Podrs observar que la luz visible corresponde a una pequea porcin delespectro, cuyas longitudes de onda (l) van desde los 400 a los 750 nm,aproximadamente.

Donde: l(lambda) es la longitud de onda.

n (nu) corresponde a la frecuencia.c es la velocidad de la luz.

ln = c

A partir del comportamiento de las ondas, se establece que la relacin entrela longitud de onda y la frecuencia se puede expresar como:

Rayos

GammaRayos X

380 430 500 560 600 650 750 (nm)

Violeta Azul Cyan Verde Amarillo Anaranjado Rojo

U.V. Infrarrojo Microondas

Longitud de onda

10-11 10-8 10-6 10-3 10-1 103

Radiofrecuencias

Luz visible

Unidad Smbolo Longitud (m) Tipo de radiacin

Angstrom 10-10 Rayos XNanmetro Nm 10-9 Ultravioleta, visible

Micrmetro m 10-6 InfrarrojoMilmetro mm 10-3 InfrarrojoCentmetro cm 10-2 MicroondasMetro m 1 TV, radio


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De la fsica clsica a la fsicacuntica

A pesar de que el modelo ondulatorio de la luz explicaba muchos aspectosde su comportamiento, existan aun a fines del siglo XIX algunos

fenmenos que este modelo no era capaz de interpretar.El primero de ellos se denomina radiacin de cuerpo oscuro, que hacereferencia a la emisin de luz por parte de objetos calientes que antes decalentarse son oscuros. Un claro ejemplo de este fenmeno son losquemadores de las estufas elctricas, pues al estar apagadas se conservan encolor negro y una vez encendidas toman un color rojo intenso.

Figura 3. Comparacin de las estufas elctricas a cuarzo paravisualizar el fenmeno de la radiacin del cuerpo oscuro.

Muchos cientficos trataban de entender este fenmeno buscando unarelacin entre la longitud de onda y la intensidad. Pero las leyes de la fsicaexistentes no cuadrabanen dicho escenario. Algunas de ellas lograbanaclarar el comportamiento para longitudes de onda larga, pero fallaban en laexplicacin del comportamiento de las longitudes de onda corta, y viceversa.

En 1900, el fsico alemn Max Planck resuelve el problema con una hiptesisrevolucionaria: la energa slo puede liberarse (o ser absorbida) por los

tomos en paquetes discretos con un tamao mnimo, a los que denomincuantos, definindolos como la mnima cantidad de energa que puede seremitida o absorbida en forma de radiacin electromagntica.

A partir de ello propuso que la energa (E) de un solo cuanto era igual a unaconstante (h) multiplicada por la frecuencia (n):

Max Karl Ernest LudwigPlanck (1858 1947).Obtiene en 1918 el PremioNobel de Fsica por sucontribucin al estudio dela fsica por medio de suteora cuntica.

La unidad para medir la frecuencia es Hertzs (Hz), que indica una oscilacinpor segundo.La constante de proporcionalidad para esta relacin (h) es conocida como

Constante de Planck y tiene el valor 6,63 10-34J s.

De acuerdo con la Teora Cuntica de Planck, la energa se emite oabsorbe siempre en mltiplos de la relacin hn; por ejemplo, hn, 2hn, 3hn,etc., es decir, 1 cuanto, 2 cuantos, 3 cuantos, respectivamente. Por esto seindica que la energa est cuantizada, o sea, que sus valores estnrestringidos a ciertas cantidades, hecho absolutamente contrario a loconocido en la poca y definido en la fsica clsica, que supona uncomportamiento continuo de la materia. Nace as lafsica cuntica .Esta idea parece compleja, pero se aplica completamente a la vida cotidiana.Raymond Chang en su libro Qumicaseala la siguiente analoga paracomprender el concepto de cuantos de mejor manera:

E = hn


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Una carga elctrica tambin est cuantizada; slo puede haber nmerosenteros mltiplos de e, la carga del electrn. La materia misma est cuantizada,como el nmero de protones, electrones y neutrones, as como el nmero de tomosen una muestra de materia debe tambin ser entero. Aun los procesos en lossistemas vivos incluyen fenmenos cuantizados. Los huevos puestos por las

gallinas estn cuantizados, y una gata preada da a luz un nmero entero degatitos, no medio o tres cuartos de gatitos.

Figura 4. Una persona movindose en una rampa es una analoga de cambioscontinuos de energa potencial y la persona cambia su energa cuantizada entre cadapeldao ya que no puede pisar entre ellos. (Extrado del libro de qumica de Brown yLemay)

Albert Einstein (1879 1955). Fsico americano,nacido en Alemania.Obtiene el Premio Nobel de

Fsica en 1921 por suexplicacin del efectofotoelctrico.Tambin se hizoacreedor a la Medalla Copleyen 1925, mayorreconocimiento al trabajocientfico, en cualquiera desus campos, otorgado por laReal Sociedad de Londres, ya la Medalla Max Planck en1929 por sus contribucionesextraordinarias a la Fsicaterica, entregada por laSociedad de Fsica Alemana.

Figura 5. Efecto fotoelctrico.

Electrn expulsadoRayos X incidentes

Otro fenmeno que no explicaba la fsica clsica era la emisin deelectrones por superficies metlicas en las que incida la luz, conocido comoefecto fotoelctrico.

Diversos experimentos demostraban que ciertos metales expuestos a unaluz que presentaba una frecuencia mnima, denominada frecuenciaumbral, emitan electrones desde la superficie en una cantidadproporcional a la intensidad de la luz, pero no su energa.

A la luz de lo propuesto por Max Planck, en 1905 Albert Einstein sugiereque para explicar el fenmeno no se puede pensar en la luz como un rayo

de luz en trminos de onda, sino como un rayo de partculasa las quedenomin fotones. Cada uno de estos posee una energa E, que se puedecalcular con la frmula:

Donde: E Es la energa.

h Constante de Planck (6,63 10-34J s).

n Corresponde a la frecuencia de la luz (Hertzs).

E = hn


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24


Donde: Ec Es la energa cintica.

Ee Es la energa de enlace del electrn al metal.

hn = Ec + Ee

Podrs observar que la ecuacin propuesta es igual a la formulada porPlanck, esto porque la radiacin electromagntica es emitida o absorbida enla forma de fotones.

Se entiende, entonces, que los electrones se mantienen en un metal porfuerzas de atraccin, y que para liberarlos se debe emplear luz de frecuenciasuficientemente alta. Es decir, un rayo de luz resplandeciente sobre una

superficie metlica se puede considerar como el disparo de un rayo departculas (fotones) sobre los tomos del metal. Si su frecuencia es tal queln es igual (como mnimo) a la energa de enlace de los electrones,entonces estos se soltarn de la superficie del metal. Si la energa es mayor,no solo se rompern los enlaces, sino que adems los electrones adquirirnenerga cintica.

Habilidades a desarrollar:- Aplicar.- Resolver problemas.

- Interpretar.

DESAFOCIENTFICO

1. Observando el espectro electromagntico, explica por qu los rayosgamma son dainos para la salud.

2. Calcula la energa de un fotn de luz amarilla de longitud de onda igual a587 nm.

3. Si un lser emite luz con una frecuencia de 4,7 1014 s-1, cul es la energade un fotn de la radiacin del lser?

4. Seala por qu la ecuacin propuesta por Planck para explicar lacuantizacin de la energa es igual a la propuesta por Einstein para explicarla energa de los fotones.

5. De acuerdo con tus conocimientos, por qu se recomienda no apuntar ala cara ni a los ojos de una persona con los punteros lser? Utiliza para tu

explicacin los conceptos de longitud de onda, frecuencia, fotn.

Figura 6. Una aplicacin del efecto fotoelctrico son las celdas solares. Cuando la luz solar incide sobre lasplacas de metales semiconductores, estos sueltan los electrones de su superficie y adquieren ciertaenerga cintica que les permite desarrollar una corriente elctrica que es almacenada en bateras.

La relacin que expresa el efecto fotoelctrico est dada por la siguienteecuacin:


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Espectros atmicos

El tercer fenmeno que no poda explicar lafsica clsica era la emisin deluz de tomos en estado gaseoso, excitados electrnicamente, conocidocomo espectros de emisin.

Desde el siglo XVII se saba, por los trabajos de Newton y Huygens, que laradiacin luminosa, la luz, se desva al atravesar un medio de densidaddistinta, como el agua, sufriendo sus componentes una dispersin endiferentes ngulos y se pueden identificar visualmente por los diversoscolores que muestran.

As, cuando la luz blanca que procede del Sol atraviesa gotas de lluvia, estase desva, y sus componentes, que son la luz de color rojo, naranja, amarillo,

verde, azul, ndigo y violeta, se separan, formando el arco iris. Esto ocurredebido a que los componentes de la luz blanca del Sol, en desplazamientogeneral de 300.000 km por segundo, tienen diferentes longitudes de onda.

En cambio, cuando la radiacin est formada por una sola longitud de ondase indica que es monocromtica.

Figura 7. Formacin de un arco iris.

Si mediante suministro de energa, por ejemplo calorfica, se estimula undeterminado elemento en su fase gaseosa, sus tomos emiten radiacin enciertas frecuencias del visible, lo que constituye su espectro de emisin. Siel mismo elemento, tambin en estado de gas, recibe radiacinelectromagntica, sus tomos absorben radiacin en ciertas frecuencias del

visible, precisamente en las mismas en las que emite cuando se estimulamediante calor. Este ser su espectro de absorcin.

Se cumple, as, la llamada Ley de Kirchoff, que nos indica que todoelemento absorbe radiacin en las mismas longitudes de onda en las que laemite. Los espectros de absorcin y de emisin resultan ser, pues, el inversouno del otro.

Puesto que el espectro, tanto de emisin como de absorcin, escaracterstico de cada elemento, sirve para identificar a cada uno de ellos enla Tabla peridica por simple visualizacin y anlisis de la posicin de laslneas de absorcin o emisin en su espectro.

MS QUE QUMICA

La idea de que la energade la luz depende de lafrecuencia nos permitecomprender los efectosque las radiacioneselectromagnticas tienensobre la materia. Porejemplo, te has fijadoque en todos los centrosmdicos, hospitales yclnicas se advierte alpblico acerca del uso deRayos X? Esto porquetiene una frecuencia deonda elevada (puedesobservar el espectroelectromagntico de lapgina 21) y, por ende,una longitud de ondacorta, y los fotones de estetipo poseen alta energa,la que puede causar daos

a los tejidos e inclusoproducir cncer.


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Espectro de absorcin

Cuando la radiacin atraviesa un gas, este absorbe una parte del espectro,

apareciendo lneas negras, nicas y caractersticas de cada elemento, como si fuese

una huella dactilar.

Espectro de emisin

Un gas excitado libera radiacin slo en ciertas longitudes de onda.

Fue en 1885 cuando el maestro de escuela suizo Johann Balmer observque las frecuencias de las cuatro lneas del espectro de hidrgeno seajustaban a una ecuacin matemtica simple. Posteriormente, y gracias anuevos descubrimientos de ese espectro (lneas adicionales en las regionesdel ultravioleta y del infrarrojo), la formula de Balmer se extendi a unams general, conocida como ecuacin de Rydberg, que permite calcularlas longitudes de onda de todas las lneas espectrales del hidrgeno.

Donde: l Longitud de onda de la lnea espectral.RH Constante de Rydberg igual a 1,096776 10

7 m-1

n1yn2 Enteros positivos, donde n2 es mayor que n1, ycorresponden al nmero cuntico principal, que serestudiado en detalle posteriormente.

El espectro de absorcin atmica es una representacin grfica que indicacantidad de luz absorbida a diferentes valores de l, que depende,fundamentalmente, de la estructura qumica de la sustancia.El espectro de emisin atmica de un elemento es un conjunto defrecuencias de las ondas electromagnticas emitidas por tomos de eseelemento. Cada espectro de emisin atmico de un tomo es nico y puedeser usado para determinar si ese elemento es parte de un compuestodesconocido.

Estas caractersticas se manifiestan ya se trate de un elemento puro o biencombinado con otros elementos, por lo que se obtiene un procedimientobastante fiable de identificacin.

Fuente: http://personales.ya.com/casanchi/fis/espectros/espectros01.htm

Observa, el siguiente ejemplo, en el que se presenta el espectro del

hidrgeno.

1 1 1

1

2

2

2=

R

n nH


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Si

Habilidades a desarrollar:- Comparar.- Interpretar.

DESAFOCIENTFICO

Observa, a continuacin, los espectros de absorcin y emisin de los

siguientes tomos:

Li

Al

Ag

1. Cules son las diferencias y semejanzas que puedes establecer entre losespectros de absorcin y emisin del mismo tomo?

2. Por qu crees que es importante estudiar los espectros de los distintostomos?

3. Por qu los espectros de absorcin muestran casi todos los colores delarco iris?

4. Por qu el espectro de emisin slo muestra algunos colores?5. Seala si la informacin presentada corresponde a un problema, una

hiptesis, un procedimiento experimental, una inferencia o una

conclusin.

6. Indica la importancia de estudiar los espectros atmicos.


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Considerando lo propuesto por el modelo atmico Rutherford (modeloplanetario), el fsico dans Niels Henrik David Bohr trat de explicar el

espectro de emisin del hidrgeno suponiendo inicialmente, y tal comopostul Ernest Rutheford, que los electrones se movan en rbitas circularesalrededor del ncleo atmico. Pero segn la fsica clsica, una partculacomo el electrn (con carga elctrica), que se mueve en trayectoria circular,debera perder energa constantemente por emisin de radiacinelectromagntica, razn por la que en algn momento el electrn debacaeren el ncleo.

Para sustentar su explicacin, Bohr valid las ideas de Planck respecto a loscuantos de energa y postul que:

1. Solo estaran permitidas rbitas con ciertos radios, correspondientes aenergas definidas por los electrones de un tomo.

2. Un electrn en una rbita permitida tendr una energa especfica,presentndose entonces como un electrn en estado de energapermitida, razn por la que no irradia energa y no cae al ncleo.

3. Un electrn puede absorber o emitir energa. Cuando pasa de un estadopermitido de energa (estable) a otro de mayor energa, el electrnabsorbe energa. Mientras que cuando un electrn pasa a un nivel demenor energa, se emite energa, dicha emisin podra ser en forma deun fotn, es decir, luz visible.

Desde esta perspectiva, los electrones ocupan regiones del espacioasociadas a niveles de energa cunticos, pudindose expresar las energasasociadas al electrn del tomo de hidrgeno con la ecuacin:

El tomo de hidrgeno, modeloatmico de Niels Bohr

Figura 8. Diagrama de energa del tomo de hidrgeno.

Donde RH = Constante de Rydberg igual a 1,096776 107 m-1

n = Nmero cuntico principal, que puede tener valores 1, 2, 3, 4.

El hidrgeno tiene un solo electrn, que ocupa el nivel ms bajo de energa.La ocupacin de los niveles energticos define el estado del sistema. Elestado fundamental o basal es el que representa el estado de ms bajaenerga, como muestra el siguiente diagrama:

ER

nn

H=

2

Niels Bohr (1885 1962),fsico dans. Recibi elPremio Nobel de Fsica en1922 por sus trabajossobre la estructura atmicay la radiacin.

n=4

n=3

n=2

n=1


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Adems, se pueden generar estados excitados, como muestran lassiguientes figuras:

Figura 9. Diagrama de energa de los estados de excitacin electrnica del tomo de hidrgeno.

La diferencia de energa entre dos orbitales o estados cunticos estara dadapor la ecuacin de Rydberg, vista con anterioridad. Segn esta ecuacin,cuando un tomo absorbe energa puede pasar desde un estado de msbaja energa a otro de ms alta, fenmeno conocido como excitacinelectrnica; y al revs, cuando se encuentra en un estado de alta energa(est excitado) pasa a un estado de ms baja energa, emitiendo energa,fenmeno conocido como relajacin electrnica. Esto se ilustra en lossiguientes diagramas:

n=4

n=3

n=2

n=1

n=4

n=3

n=2

n=1

n=4

n=3

n=2

n=1

Excitacin (Absorbe energa)

El electrn pasa de un estado con

n = 1 a uno conn = 3, absorbiendo

energa, segn la ecuacin E= E3 E1

Relajacin (Emisin de energa)

El electrn pasa de un estado conn = 3

a uno conn = 1, emitiendo energa,

segn la ecuacin E= E1 E3

Figura 10. Comparacin de los diagramas de energa del tomo de hidrgeno de los estados deexcitacin y relajacin electrnica.

n=3

n=2E

n=1

n=3

n=2

n=1


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Aplicando esta ecuacin, es posible determinar que la existencia de lneasespectrales puede atribuirse a los saltos cuantizados de electronesentre los niveles de energa.

A poco andar, el mundo cientfico determina que el modelo atmico deBohr presenta algunas limitaciones, pues logra explicar exitosamente elcomportamiento del tomo de hidrgeno, pero no los espectros atmicos deotros tomos.

Adems, describe al electrn como una partcula pequea y no aclara sucomportamiento como onda, cuestin que se analizar en profundidadms adelante.

Aun cuando el modelo de Bohr se convirti en otro paso ms en la bsquedadel modelo actual del tomo, al igual que los de Thomson y Rutherford,impuso dos ideas primordiales que se conservan en el modelo vigente:

1. Los electrones existen en niveles discretos de energa, que se describencon nmeros cunticos.

2. En el movimiento de un electrn de un nivel de energa a otrointerviene energa.

La teora de Bohr del tomo de hidrgeno permite explicar el espectro delneas de dicho tomo. La energa radiante absorbida por el tomo hace queel electrn se mueva de una regin de menor energa a una de mayor.Inversamente, la energa radiante (en forma de fotn) es emitida cuando elelectrn se mueve de una rbita de mayor energa a una de menor.

Visto as, la ecuacin de Rydberg puede expresarse de la siguiente manerapara determinar la diferencia de energas (E) entre el estado inicial (ni) y

el final (nf):

n = 3

n = 2

n = 1

+Ze

E = hn

Figura 11. Modelo del tomo de hidrgeno de Bohr. Donde +Zees la carga positivadel ncleo, la flecha azul indica el salto de un electrn desde una rbita de mayorenerga a una de menor energa y la flecha roja indica la energa emitida.

E Rn n

H

i f

=

1 1

2 2


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Habilidades a desarrollar:- Analizar.- Comprender.

DESAFOCIENTFICO

Si tienes alguna duda respecto a lo expuesto hasta aqu en el texto, te

invitamos a leer nuevamente las pginas anteriores y, posteriormente,

a contestar en tu cuaderno las preguntas planteadas.No mires el texto para responder; formula tus respuestas con lainformacin que hasta ahora manejas. Posteriormente, revisa tus

respuestas en grupo, y con la ayuda del texto y de tu profesor oprofesora, verifcalas. Si encuentras algn error en tus respuestas,

vuelve a redactarlas. Este ejercicio te permitir tener una apreciacinobjetiva respecto a tu proceso de aprendizaje.

Reflexiona:a. Cuntas respuestas elaboradas por ti fueron correctas sin la ayuda

del texto o de tu profesor o profesora?

b. Si recurriste al texto o a tu profesor o profesora para responderalgunas de las consultas, por qu fue? no recordabas? no loentendas? Explica brevemente.

c. Consideras que has logrado los aprendizajes esperados?Fundamenta tu respuesta.

El siguiente desafo te permitir evaluar el nivel de logro que has alcanzado

respecto de los siguientes objetivos de aprendizaje:

Identificar informacin relevante que sustenta el modelomecanocuntica, relacionndola con el comportamiento atmico.

Describir la cuantizacin de la energa del tomo utilizando lainformacin terica para relacionarla con el espectro electromagntico.

1. Por qu es importante conocer el comportamiento de las ondas paraestablecer las bases del modelo mecanocuntico de la materia?

2. Cmo influye el estudio y explicacin de los fenmenos como laradiacin del cuerpo oscuro, el efecto fotoelctrico y los espectros

atmicosen la formulacin del modelo mecanocuntico de la materia?

3. Cul es el aporte de Planck a la estructuracin del modelo atmicoactual de la materia?

4. Qu son los espectros atmicos? y cul es su utilidad en laconfiguracin del modelo mecanocuntico de la materia?

5. Cul es la diferencia entre el estado basal o fundamental y el estadoexcitado de un electrn?

6. Cmo puedes justificar que los tomos tengan distintos espectrosatmicos?

7. Cuando un tomo est excitado gana o pierde energa? Justifica turespuesta.

8. Qu relacin tienen los postulados de Bohr con el espectro del tomode hidrgeno?


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La naturaleza dual del electrn

La teora de Bohr intrig ms an al mundo cientfico cuando postul quelos electrones estaban restringidos a viajar en ciertas rbitas a distanciasfijas del ncleo.

Solo en 1924 Louis de Broglie dio respuesta a la inquietud, al plantear quesi las ondas luminosas se pueden comportar como un rayo de partculas, es

posible que los electrones posean la propiedades ondulatorias.

Sugiri entonces que el electrn, en su trayectoria circular alrededor delncleo, tena una longitud de onda (l) caracterstica, la que dependa de sumasa (m) y de su velocidad (v), lo que se expresa en la siguiente ecuacin:

Donde: l Longitud de onda.h Corresponde a la constante de Planck.mv Relacin de masa y velocidad que describe la cantidad de

movimiento (momentum) para cualquier objeto.

A partir de sus experimentos, De Broglie seala en su tesis doctoral que unacorriente de electrones (debido a que su masa es infinitamente pequea)exhibe el mismo comportamiento ondulatorio que la radiacinelectromagntica.

=

h

mv

Direccindelaonda

Ond

a

mag

ntic

a

Onda

elctrica

Direccin

Figura 12. La onda electromagntica presenta campos de vibracin elctricos (color rojo) y

campos de vibracin magnticos (color azul).

MS QUE QUMICA

La tcnica de difraccin deelectrones permite, por

ejemplo, obtener imgenesde objetos diminutos enlos microscopioselectrnicos, puesto quepartculas pequesimasde materia se puedencomportar como ondas.Los microscopioselectrnicos utilizanelectrones para formarimgenes de objetosdiminutos que puedenalcanzar una capacidad deaumento de 500.000 vecessu tamao original, debidoa que la longitud de ondade los electrones es muypequea.

El electrn tiene un comportamiento dual de corpsculo y onda, pues poseemasa y se mueve a velocidades elevadas. Al comportarse el electrn comouna onda, es imposible conocer en forma simultnea su posicin exacta ysu velocidad; por lo tanto, slo existe la probabilidad de encontrar unelectrn en cierto momento y en una regin dada en el tomo.


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33

Como se mencion antes, a pesar de los avances alcanzados por el modeloatmico de Niels Bohr, ste presentaba deficiencias cuando se deseabaexplicar el espectro de tomos multielectrnicos (que poseen ms de un

electrn), lo que llev a otros cientficos a suponer la existencia deestructuras dentro del tomo que los modelos anteriores no describan, lasque se denominaron subniveles de energa.

En 1924, el cientfico francs Louis de Broglie postul que los electrones (ascomo otras partculas materiales) tenan un comportamiento dual de onda ypartcula, pues cualquier partcula que tuviere masa y que se moviera acierta velocidad, poda comportarse adems como onda.

En 1927, Werner Heisenberg, a partir de un supuesto matemtico, sugiereque es imposible conocer con exactitud la posicin, el momento (masa por

velocidad) y la energa de un electrn y, en general, de una partcula de

pequeo tamao, lo que se resuelve a medida que la materia tiene mayortamao por la razn masavelocidad que puede alcanzar.

Por ejemplo, si una pelota de tenis es lanzada por un compaero dentro deuna habitacin, podrs determinar exactamente su posicin y velocidad enun tiempo determinado, e incluso su energa. Sin embargo, si esta mismaexperiencia es realizada con la cabeza de un alfiler, la determinacin de suposicin, velocidad y energa simultneamente ser una tarea bastante mscompleja. No obstante, de algo s estars seguro, la cabeza del alfiler no hasalido de la habitacin A este fenmeno, Heisenberg lo denominprincipio de incertidumbre, y se refiere a la incapacidad de determinarexactamente la posicin, velocidad y energa, de manera simultnea, de unelectrn dentro del tomo.

En 1927, el fsico austriaco Erwin Schrdinger, a partir de sus estudiosmatemticos, considerando adems las conclusiones de De Broglie, estableceuna ecuacin compleja que al ser resuelta permite obtener una funcin de onda(), tambin denominada orbital, que en su expresin cuadrtica (2) contienela informacin que describe probabilsticamente el comportamiento delelectrn en el tomo. Adems, establece que esta funcin de onda correspondea la distribucin de densidad electrnica, que es mayor cerca del ncleo ymenor (exponencialmente) en la medida que nos alejamos del ncleo. Estehecho marca el inicio de la mecnica ondulatoria o mecnica cuntica.

Con la teora de E. Schrdinger queda establecido que los electrones nogiran en rbitas alrededor del ncleo tal como lo haba propuestoN. Bohr, sino que en orbitales, que corresponden a regiones del espacio entorno al ncleo donde hay una alta probabilidad de encontrar a loselectrones. Figura 13.

Mecnica cuntica

Louis de Broglie (1892 1987).Premio Nobel de Fsica 1929.

Werner Heisenberg (1901 1976).

Erwin Schrdinger (1887 1961).


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34


Estos nmeros derivan de la solucin matemtica de la ecuacin deSchrdinger para el tomo de hidrgeno. Permiten representar los orbitalesatmicos y describir el comportamiento de los electrones.

En sntesis, la distribucin de los electrones alrededor del ncleo obedece a unaserie de reglas o principios de la teora mecanocuntica, que se traducen enun modelo matemtico que reconoce tres nmeros bsicos denominadosnmeros cunticos. Hay un cuarto nmero cuntico descubierto en 1925 porGeorge Uhlenbeck y Samuel Goudsmit, llamado Espn.

Lo postulado por Schrdinger conduce a la existencia de un nmeroilimitado de funciones de onda por nivel energtico, y a su vez stas, en untomo multielectrnico, resultan tener diferentes energas, lo que sedenomina subniveles, identificados con las letras s, p, d, f.

Figura 13. Modelo atmico mecanocuntico.

S A B A S Q U E

Bohr utiliz el tomode hidrgeno, queposee un protn en el

ncleo y un electrngirando alrededor, paradesarrollar su modelo.

Nmeros cunticos1. Nmero cuntico principal (n): corresponde a los niveles de energa

que a su vez estaran formados por uno o ms subniveles (l), los que vanaumentando en la medida que nos alejamos del ncleo. Este nmerotambin se relaciona con la distancia promedio del electrn al ncleo en

un orbital especfico. As, a mayor valor de n, mayor la distanciapromedio del electrn respecto del ncleo y por ende mayor y menosestable es el orbital. Este nmero puede ir desde el uno en adelante,expresndose slo en nmeros enteros.

En la prctica n llega hasta 7.

2. Nmero cuntico secundario (l): tambin conocido como nmerocuntico de momento angular o azimutal, puede tener valores desde 0hasta (n - 1) para cada valor del nmero cuntico principal (n). Este

define la forma que tiene el orbital.

Se calcula considerando:

Por ejemplo: Si n = 1, l = 0Si n = 2, l = 0, 1Si n = 3, l = 0, 1, 2Si n = 4, l = 0, 1, 2 ,3

l = 0, 1, 2, ..., (n-1)

n = 1, 2, 3, .


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1 0 s

2 0,1 s, p3 0, 1, 2 s, p, d4 0, 1, 2, 3 s, p, d, f

3. Nmero magntico (ml): se calcula segn el valor del nmero cunticosecundario (l), adquiriendo todos los valores, que van desde el -l hasta + l(-l, , 0, +l). Este nmero describe la orientacin del orbital en el espacio.

Por ejemplo:a. Para l = 0 (s), m = 0, esto significa que existe un solo orbital.b. Para l = 1 (p), mva desde el -1, 0, 1, esto significa que existen tres

orbitales, los que se conocen comopx, py, pz o comop1, p2, p3.

c. Para l = 2 (d), mva desde el -2, -1, 0, +1, +2, lo que significa que enel subnivel 2 existen cinco orbitales, los que seconocen como d1, d2, d3, d4, d5.

4. Espn (s): para comprender su significado debemos considerar que loselectrones se desplazan girando sobre su propio eje, lo que genera a sualrededor un campo magntico que permitira la existencia de un mximode dos electrones por orbital con espines opuestos + 1/2 y 1/2. Figura 14.

Figura 14. Espn de un electrn.

ee

Gracias a los cuatro nmeros cunticos (n,l,m,s) es posible identificarcompletamente un electrn en algn orbital de cualquier tomo. As, porejemplo, para un electrn ubicado en el orbital 2s los nmeros cunticos sern:

n = 2l = 0m = 0s = +1/2 o 1/2

Este nmero cuntico (s) puede tener un valor de +1/2 o 1/2 , no dependede ninguno de los otros tres nmeros cunticos. De hecho, el primer electrnpresente en un orbital puede poseer el espn +1/2 o 1/2; el segundo tendr elsigno opuesto al primer electrn, ya que dos electrones presentes en unmismo orbital poseen espines diferentes y la presencia de ambos electronesse suele anotar como 1/2

MS QUE QUMICA

Al buscar informacincomplementaria en textose Internet, podrsdesarrollar habilidades deinvestigacin, formas deobservacin,razonamiento y deproceder, caractersticos de

la metodologa cientfica.Anmate y hazlo, ya queestas habilidades no teservirn exclusivamenteen qumica.

Para expresarlo cmodamente y evitar la confusin, la comunidad cientficaha aceptado que los nmeros que representan los subniveles seanreemplazados por las letras s, p, d, f, respectivamente; las que representandistintos tipos de orbitales, por lo tanto:

n l en nmero l en letras


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36


Figura 15. Orbitales s.

Orbitales atmicosLos nmeros cunticos permiten analizar en profundidad los orbitalesatmicos de los tomos simples, como el hidrgeno, hasta los tomospolielectrnicos segn la relacin que se muestra en la siguiente tabla:

z z

y y

x x

1s 2s

*x, y, zcorresponden a los ejes a lo largo de los cuales se encuentra orientado el orbital, en las tresdimensiones.

Orbitales s: definir la forma de un orbital no es tarea fcil, pues en rigorstos no tienen una forma bien definida, ya que la ecuacin de onda quecaracteriza a cada orbital se extiende desde el ncleo hasta el infinito. LaFigura 15 muestra la disposicin esfrica de los orbitales 1s, 2s, 3s.

No obstante, pensar y determinar una forma aproximada para los orbitalesnos permitir comprender con mayor facilidad los enlaces qumicos.

Orbitales p: estos comienzan en el nivel 2 (n = 2). Si n = 2, l toma losvalores 0 y 1. Cuando l es 1, los nmeros cunticos magnticos asociadosson 1, 0, +1, presentando entonces tres orbitales (2px, 2py, 2pz), como

muestra la Figura 16.

z

x

y

3s

n l mNmero deorbitales enla subcapa

Designacin de los

orbitales atmicos*

Nmero totalde orbitalesen la capa

1 0 0 1 1

4

9

1s

2s

2px, 2p

y, 2p

z

1

1

3

3

5

0

1 -1, 0, +1

1

2

-1, 0, +1

-2, -1, 0, +1, +2

0

0 0 3s

3px, 3p

y, 3p

z

3dyz

, 3dxz

, 3dxy

, 3dx2 y2, 3dz2

2

3


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37

Figura 17. Orbitales d.

Figura 16. Orbitales p.

x xz

y y

z z

y

x

2pz

2px

2py

Donde:

A diferencia de los orbitales s, en los orbitales p la densidad electrnica seconcentra en dos regiones a los lados del ncleo, denominadas lbulos,separadas por un nodo, en donde se encontrara el ncleo atmico.

Al igual que los orbitales s, los p crecern en la medida que aumente elnivel cuntico principal, es decir, 2p ser ms pequeo que 3p, y este a su

vez ms pequeo que 4p.

Orbitales d: los orbitales d aparecen cuando n = 3 o mayor. Si n = 3, y elvalor de l es 2, da origen a los nmeros cunticos magnticos 2,1,0,+1,+2,que corresponde a los orbitales 3dx2 y2, 3dxy, 3dyz, 3dxz, 3dz2, que semuestran en la Figura 17.

Por ltimo, cuando n alcanza el valor 4 o mayor, hay siete orbitalesfequivalentes.

z

xx

3dx2 y2 3dxy

3dxy

3dxz 3dz2

3dyz

3dyz

y

z

xx

y

z

x

x

y

z

x

x

y

z

x

x

y


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38


Orbitales y sus energasLa utilidad del modelo mecanocuntico radica en la extensin que se puedehacer a tomos con ms de un electrn. No obstante, se debe tener encuenta que la presencia de ms de un electrn altera considerablemente lasenergas de los orbitales.

Por ejemplo, en el hidrgeno la energa de un orbital slo depende del

nmero cuntico principal (n), y las subcapas 3s, 3py 3d tendrn la mismaenerga, denominndose como degenerados. En cambio, en un tomo conmuchos electrones, la repulsin electrn - electrn hace que las subcapaspresenten diferentes energas, como muestra la siguiente figura:

Energ

a

4p

3p

2p

3d

4s

3s

2s

1s

En sntesis, se puede indicar queen un tomo con muchos electrones, para unvalor dado de n, la energa de un orbital aumenta al incrementarse el valor de l.

Figura 18. Diagrama de los niveles energa de tomos polielectrnicos.

1. Determina los valores del nmero cuntico principal, nmero cuntico demomento angular y el nmero cuntico magntico para los siguientes

orbitales y subniveles:

a. 3p b. 4s c. 4d

2. Indica cul es el nmero de orbitales asociado con los siguientes nmeroscunticos principales:

a. n = 2 b. n = 3 c. n = 4

3. Identifica los nmeros cunticos de los electrones que se ubican en los

siguientes orbitales:a. 1s b. 2p c. 3p

4. Determina el orden decreciente de energa del siguiente grupo deorbitales en un tomo de hidrgeno: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p. Explica brevemente

el ordenamiento que haces al respecto.

5. Para tomos con ms de un electrn, indica el orden creciente de energasde los siguientes grupos de orbitales:

a. 1s, 3s, 2s, 3d, 2pb. 1s, 3s, 4s, 4d, 3p, 2s, 2p, 4p, 3d

Habilidades a desarrollar:- Aplicar.- Asociar.

DESAFOCIENTFICO


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39

Principios de construccinA pesar de estar prcticamente establecida la estructura atmica, algunosaspectos energticos y electrnicos impedan comprender a cabalidad elcomportamiento de los electrones en tomos multielectrnicos. La respuesta

lleg mediante el principio de Aufbau o de construccin, que se componede los siguientes principios:

1. Principio de mnima energa:Los electrones se ubican primero en losorbitales de ms baja energa; por lo tanto, los de mayor energa se ocuparnslo cuando los primeros hayan agotado su capacidad. Figura 20.

4p

3d

4d

5s

3p

2p

4s

3s

2s

1s

Figura 20. Niveles de energa de tomos polielectrnicos.

Para entender el comportamiento electrnico de tomos polielctricos seestablece la configuracin electrnica, que informa cmo estndistribuidos los electrones entre los diferentes orbitales atmicos.De esta forma, la configuracin electrnica de un tomo estara descritamediante el esquema cuyo orden de llenado se indica mediante flechas enla Figura 19.

Figura 19. Esquema de llenado de los orbitales atmicos.

1

2

3

4

5

6

7

8

s

s p

s p d

s p d f

s p d f

s p d

s p

s

El esquema de la Figura 19 muestra el orden de llenado de la configuracinelectrnica que corresponde. Como podrs observar, dicho llenado estntimamente relacionado con la energa de los orbitales.


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40


Figura 21. Orbitales pocupados por el mximo de sus electrones.

px py pz

e e e e e e

MS QUE QUMICA

W. Ernst Pauli (1900 1958), fsico austriaco,estudi en DblingerGymnasium de Viena,

donde se licenci en fsicaen 1918, y slo tres aosms tarde, en 1921, recibiel grado de doctor enfsica en la Universidad deLudovico Maximilianode Mnaco. En 1945recibi el Premio Nobel deFsica por su trabajo en elprincipio de exclusin.

3. Principio de mxima multiplicidad de Hund: en orbitales de la mismaenerga, los electrones entran de a uno, ocupando cada orbital con elmismo espn. Cuando se alcanza el semillenado, recin se produce elapareamiento con los espines opuestos (Figura 22).

Parap se tiene:px, py, pz

Figura 22. Orbitales pque muestran el llenado progresivo de los electrones en el subnivel.

e

e e e e

e

e e e e e e

e e e e

e e

px py pz

px py pz

px py pz

px py pz

2. Principio de exclusin de Pauli: los orbitales son ocupados por doselectrones como mximo, siempre que presenten espines distintos (Figura21). Por lo tanto, en un tomo no pueden existir dos electrones que tenganlos mismos nmeros cunticos.

Para el orbital que tiene ms de un subnivel, por ejemplop, se tiene:


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41

Segn estos principios, en los subniveles existe un nmero especfico deelectrones: por ejemplo, en el subnivel s, donde hay un solo orbital, existendos electrones como mximo, mientras que en el subnivelp, donde hay tresorbitales, existe un mximo de seis electrones, dos de ellos en px, otros dosen pyy los ltimos dos en pz. En el subnivel d hay cinco orbitales con untotal de 10 e-,y en el subnivelfhay siete orbitales con un total de 14 e-(Figura 23).

s

px py pz

d1 d2 d3 d4 d5

f1

f2

f3

f4

f5

f6

f7

El aprendizaje es un proceso constante y sistemtico. Al respecto,

marca, segn corresponda, si usas o no las siguientes estrategias

metacognitivas:

1. Diriges tu atencin hacia informacin clave como: los ttulos, subttulos,tablas, diagramas o las palabras marcadas con negrita, entre otras.

2. Estimulas la codificacin, vinculando la informacin nueva con la queya estaba en tu memoria.

3. Construyes esquemas mentales que organizan y explican lainformacin que ests procesando.

4. Favoreces la vinculacin de informaciones provenientes de distintasreas o disciplinas.

5. Reconoces las acciones y situaciones que nos facilitan el aprendizajepara que puedas repetir o crear las condiciones ptimas para adquirirel conocimiento bajo el estilo propio.

Si el mayor nmero de respuestas es no, intenta realizar la estrategia

mencionada para fortalecer tus habilidades metacognitivas.

Figura 23. Representacin del nmero mximo de los electrones por subnivel.

MS QUE QUMICA

En el trabajo realizadopor los cientficos yaestudiados, y los queseguirs estudiando,podrs observar lacapacidad de saberreconocer que nadie esposeedor de la verdadabsoluta. Cada uno deellos puso su trabajo adisposicin de lahumanidad para quefuese cuestionado y

mejorado, gracias a locual se desarroll elactual modelo atmicode la materia, conpartculas elctricas(Thomson), un ncleo(Rutherford) y orbitales(Bohr) que componen lacortezaatmica.

En http://www.educaplus.org/sp2002/configuracion.htmlpodrs encontrar

ejemplos de configuracin electrnica y la aplicacin del principio de

construccin paso a paso y desarrollar ejercicios.

Criterios de evaluacin S No


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42


1. Cuntos orbitales tienen los siguientes subniveles? y cuntos electrones

como mximo puede alojar cada uno?

a. Subnivel d. b. Subnivel f.

2. Completa las siguientes oraciones:

a. El nmero cuntico ____________ se simboliza con la letra

____________ y toma valores 0, 1, 2, 3... hasta (n - 1).b. El mximo de electrones para el orbital s son ____________ e.c. A los subniveles 0 y 2 se les asignan las letras _____ y _____d. El subnivel ____________ tiene tres orbitales.e. El nmero cuntico magntico toma los valores ____________

3. Qu puedes deducir de las siguientes figuras del texto?

a. Figura 19. Esquema de llenado de los orbitales atmicos.

b. Figura 20. Niveles de energa de tomos polielectrnicos.

c. Figura 22. Orbitales p que muestran el llenado progresivo de loselectrones en el subnivel.

4. De acuerdo con la informacin que manejas, responde las preguntas:a. Cul es la importancia de conocer la forma de los orbitales atmicos?b. Por qu es til conocer la energa de los orbitales atmicos?c. Qu es un tomo degenerado?d. Cul es la relacin entre la energa de los orbitales atmicos y la

configuracin electrnica?

Habilidades a desarrollar:- Deducir.- Relacionar datos.

DESAFOCIENTFICO

se encuentra en

Ocanos, mar,lagos salados

se encuentra en

Hielo Atmsfera Ros Lagos

corresponde al corresponde al

b. Observa con atencin el esquema que has construido. Cul delos conceptos mencionados o relaciones establecidas es el que

tienes menos claro A qu asocias esto? Qu hars para mejorar

la situacin?

Agua

Continental (dulce)Ocenica (salada)

5%95%

se distribuye como

Cmo va tu proceso de aprendizaje?

a. Desarrolla una lista de los conceptos que has aprendido sobre laestructura atmica y construye un esquema para relacionarlos.

Para construir el esquema, ubica un concepto clave y relaciona los

conceptos usando flechas y palabras que te permitan leer larelacin existente. Mira el esquema sobre la distribucin del agua

en el planeta, que te servir como modelo.


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43

La configuracin electrnica explica la ubicacin probable de los electronesconsiderando cada uno de los aportes y postulados establecidos por losdiferentes cientficos que se han estudiado a lo largo de la unidad.Para desarrollarla fcilmente estableceremos el siguiente protocolo:

1 Identifica el nmero de electrones que tiene el tomo o in por configurar.

2 Escribe la estructura de configuracin electrnica segn el orden de llenadoque obedece al principio de mnima energa.

3 Completa la configuracin electrnica asignando a cada subnivel elmximo de electrones posibles. Nunca utilices el nivel siguiente si elanterior no est lleno, pues los electrones por atraccin siempre tratarnde estar lo ms cerca del ncleo.

4 Existen cuatro formas de escribir la configuracin electrnica:a. Global: en ella se disponen los electrones segn la capacidad de nivel y

subniveles.

b. Global externa: tambin se le denomina configuracin electrnicaresumida. Se indica en un corchete el gas noble anterior al elementoconfigurado y posteriormente los niveles y subniveles que no estnincluidos en ese gas noble y pertenecen al elemento configurado. Estetipo de configuracin es muy til cuando el inters est concentrado enconocer los electrones ms externos o lejanos al ncleo, es decir, los quese ubican en la capa ms externa, llamados electrones de valencia.

c. Por orbital detallada: se indica la ubicacin de los electrones por orbital.d. Diagrama de orbitales: en este se simboliza cada orbital por un

casillero, utilizando las expresiones y para representar la disposicindel espn de cada electrn.

Ejemplos:Nmero 1: configuraremos el Na.Se sabe que el Na tiene 11 e; por lo tanto, su configuracin electrnicaglobal ser:

1 s2

2 s2 p6 o 1s2 2s2 2p6 3s1

3 s1

La configuracin global externa ser: [Ne] 3s1

La configuracin detallada por orbital:

1 s2

2 s2 px2 py

2 pz2

3 s1

El diagrama por orbital:1

s

2

s

s

px py pz

3

La configuracin electrnica

S A B A S Q U E

Al configurar, hay querespetar el orden dellenado y la aplicacinde los principios deconstruccin. Adems,los electrones de

valencia son loselectrones exteriores enun tomo, los queparticipan en la

formacin de losenlaces.

Esquema de llenado de losorbitales atmicos.

1 1s2

2 2s2 2p6

3 3s2 3p6 3d10

4 4s2 4p6 4d10 4f14

5 5s2 5p6 5d10 5f14

6 6s2 6p6 6d10

7 7s2 7p6

8 8s2


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Nmero 2: el in Al 3+ presentaba 10 e, entonces su configuracinelectrnica ser:1 s2 1s2 2s2 2p6

2s2 p6

La configuracin global externa ser: 10[Ne]

La configuracin detallada por orbital: 1 s2

2 s2 px2 py2 pz2

El diagrama por orbital:

44


1

2

o

Habilidades a desarrollar:- Interpretar resultados.- Comparar.- Aplicar.

- Predecir.

DESAFOCIENTFICO

El siguiente desafo te permitir evaluar el nivel de logro que has alcanzado

respecto de los siguientes objetivos de aprendizaje:

Formular la configuracin electrnica de diversos elementos qumicos

considerando los nmeros cunticos.

1. Establece los nmeros cunticos (n, l

texto del estudianteQuimica 1° Medio 2012

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