Teoría Atómica Moderna

La teoría atómica moderna es una teoría que explica el comportamiento de los átomos. Pero no es una teoría que se haya construido rápidamente, ya que tiene más de dos siglos de historia, pasando por los filósofos griegos y llegando a los experimentos de alta tecnología.

Principio de la teoría atómica moderna

• Toda la materia está hecha de átomos, que no pueden ser destruidos ni creados.
• Los átomos están hechos de electrones, protones y neutrones, no es indivisible pero sí es la partícula más pequeña que toma parte en las reacciones químicas.
• Los átomos de un elemento pueden tener masas variables, eso se llama isótopos.
• Los átomos de diferentes elementos pueden tener el mismo número de masa. Se llaman isobaras.

El origen de la teoría atómica

Se dice que fue Leucippus y Democritus quienes plantearon por primera vez la idea de que todo está hecho de pequeñas partículas, conocidas como átomos, en el siglo 5 antes de Cristo. Esta idea fue apoyada por algunos, pero firmemente destituida por otros como Aristóteles.

Durante la Edad Media y el reinado católico, la vida se vio muy influida por las ideas de Aristóteles, por lo que el tema de los átomos no se volvió a tocar. Sin embargo, la concepción del átomo siguió viva y volvió a tener asidero durante el Renacimiento.

Historia de la teoría atómica moderna

MODELO ATOMICO DE DALTON

Despuès de Demòcrito, transcurrieron màs de 2000 años, sin que el hombre se preocupara por el àtomo, hasta que llegò  DALTON quien retomò la idea de  Demòcrito y propuso, lo que sería  la primera teoría atómica, que buscaba, dar explicación, a algunos hechos conocidos en su época, sobre el comportamiento de la materia.

 Algunos de sus postulados son:

·         Los elementos están formados por partículas indivisibles, llamados átomos.

·         Los átomos de un elemento, no se convierten en átomos de otros elementos.

·         Los átomos no se crean ni se destruyen.

·         Los átomos de elementos diferentes, se combinan, para formar compuestos y lo hacen siempre en proporciones definidas.

MODELO ATOMICO  DE THOMSON

Cien años después de publicado el modelo atómico de Dalton, Thomson, descubre el electrón, cuando se dedicaba a estudiar la conducta eléctrica  de los gases.

Confiere al electrón dos características fundamentales: Son eléctricamente negativos y son, además, más ligeros que el átomo.

Su modelo atómico, considera el átomo como una esfera positiva, rodeada  de partículas negativas (electrones), distribuidas en tal forma que anula la carga negativa,  originando un átomo eléctricamente neutro.

MODELO ATOMICO DE RUTHERFORD

 Aspectos más importantes :

·         El átomo posee un núcleo central con carga positiva.

·         En el núcleo reside la masa del àtomo

·         El resto del átomo debe estar prácticamente vacío, con los electrones formando una corona alrededor del núcleo.

·         La neutralidad del átomo se debe a que la carga positiva total presente en el núcleo, es igualada por el número de electrones de la corona. 

·         El átomo es estable, debido a que los electrones mantienen un giro alrededor del núcleo, que genera una fuerza centrifuga que es igualada por la fuerza eléctrica de atracción ejercida por el núcleo, y que permite que se mantenga en su órbita.

MODELO ATOMICO DE NIELS BHOR

El físico danés  Niels Bohr ( Premio Nobel de Física 1922), propuso una Teoría para describir la estructura atómica del Hidrógeno, que explicaba el espectro de líneas de este elemento.

A continuación se presentan los postulados del Modelo Atómico de Bohr:

·         postula que los electrones giran a grandes velocidades alrededor del núcleo atómico.

·         Los electrones se disponen en diversas órbitas circulares, las cuales determinan diferentes niveles de energía. Estos niveles de energía se hallan dispuestos concéntricamente alrededor del núcleo. Cada nivel se designa con una letra (K, L, M, N,...) o un valor de n (1, 2, 3, 4,...).

·         Un electrón en la capa más cercana al núcleo (Capa K) tiene la energía más baja, se encuentra en estado basal.

·         Cuando los átomos se calientan, absorben energía y saltan a niveles de estados energéticos superiores. Se dice entonces que los átomos están excitados.

·         Para volver a su nivel de energía original es necesario que el electrón emita una cantidad definida de energía equivalente a  un cuanto de luz. El cuanto de luz tiene una longitud de onda y una frecuencia características y produce una línea espectral característica.

·         El átomo sólo puede existir en un cierto número de estados estacionarios, cada uno con una energía determinada.

MODELO ATOMICO DE SOMMERFELD

En 1916, Sommerfeld perfeccionó el modelo atómico de Bohr. Para eso introdujo dos modificaciones básicas:

1.   Supone que las órbitas del electrón pueden ser circulares y elípticas. En el modelo de Bohr los electrones sólo giraban en órbitas circulares.

2.   Introduce el número cuántico secundario o azimutal, en la actualidad llamado (L), que tiene los valores 0, 1, 2….

A partir del segundo nivel energético existen dos o más subniveles en el mismo nivel. (s,p,d,f…) Finalmente manifisesta que  el electrón es una corriente eléctrica minúscula, y posee velocidades relativistas.

MODELO ATOMICO DE SCHRODINGER

·         En el año de 1926, Schrödinger, partiendo de ideas de Plank y Broglie y las matematicas de Hamilton, desarrolló un modelo matemático en donde aparecen tres parámetros: n, l, m.

·         No manejó trayectorias determinadas para los electrones, solo la probabilidad de que se hallen en zonas, llamadas orbitales. Explica parcialmente los aspectos de emisión de todos los elementos.

·         DIRAC, predijo la existencia del positrón, la antipartícula del electrón, que interpretó para formular el LLAMADO  MAR DE DIRAC, que es un modelo teórico del vacío, que lo considera como un mar infinito de partículas con energía negativa. Fue desarrollado para tratar de explicar los estados cuánticos  anómalos, con energía negativa, predichos por la ecuación de Paul Dirac, para electrones relativistas.

·         Contribuyó también a explicar el spin (cuarto número cuántico “s”), como un fenómeno relativista.

·         Su ecuación de ondas relativista para el electrón fue el primer planteamiento exitoso de una mecánica cuántica relativista. 

Consulta

http://www.monografias.com/trabajos/teoatomicas/teoatomicas.shtml#ixzz4HkcAdtpt

http://www.batanga.com/curiosidades/2011/04/29/teoria-atomica-moderna.

Deber - Propagación de la luz

Deber

Al realizar un experimento sobre la propagación de luz se obtienen los siguientes datos:

VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN DE LA LUZ
MEDIO	VELOCIDAD (m/s)
Aire	300000
Agua	225560
Alcohol	220425
Vidrio	197400
Diamante	124480

La velocidad de la luz en un medio material depende de la estructura molecular de este, en particular de las propiedades electromagnéticas del mismo, la permeabilidad eléctrica y la permeabilidad magnética.

La velocidad de la luz alcanza su valor máximo en el vacío. El valor de la velocidad de la luz en el vacío no puede superarse pero sí en un medio en el que ésta es forzosamente inferior.

Si dividimos la velocidad de la luz en el vacío entre la que tiene en un medio transparente obtenemos un valor que llamamos índice de refracción de ese medio.

Cuando la luz pasa de un medio transparente a otro se produce un cambio en su dirección debido a la distinta velocidad de propagación que tiene la luz en los diferentes medios materiales. A este fenómeno se le llama refracción.

Si el índice de refracción del agua es n= 1,33, quiere decir que la luz es 1,33 veces más rápida en el vacío que en el agua.

Del mismo modo lo podemos realizar con los demás materiales, teniendo que n= 2.41700, dando como conclusión que la luz es 2.41700 veces más rápida en el vacío que en el diamante.

En el caso del aire el índice de refracción es de 1,00029 pero para efectos prácticos se considera como 1, ya que la velocidad de la luz en este medio es muy cercana a la del vacío, se da esto porque al momento cuando la luz pasa de un medio a otro, su Angulo de incidencia no va a cambiar.

Consulta

·         http://www.taringa.net/post/ciencia-educacion/15508226/Velocidades-de-la-luz-en-distintos-medios.html

·         http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/4esofisicaquimica/4quincena11/4q11_contenidos_4d.htm

Trabajo Grupal

Integrantes:

• Alvarado Figueroa Jamileth 
• Moran José

Tema:

Equilibrio Múltiple

Ejemplo

Ejercicio de equilibrio con reacción química 

Para la disociación del ácido carbónico (H2C03) a 25°C se han determinado las siguientes constantes de equilibrio: 

H2CO3(ac)  ←➔ H+(ac) + HCO3-(ac) 

HCO3-(ac) ←➔ CO32-(ac) + H+(ac) 

K’c = 4.2x10-7 K”c = 4.8x10-11 

Calcule la Kc de la reacción de disociación del ácido carbónico 

H2CO3(ac) ←➔ 2H+(ac) + CO32-(ac) 

H2CO3(ac) ←➔ H+(ac) + HCO3-(ac) 

HCO3-(ac) ←➔ CO32-(ac) + H+(ac) 

H2CO3(ac) ←➔ 2H+(ac) + CO32-(ac) 

Kc = K’c.K”c = (4.2x10-7) (4.8x10-11) = 2.0x10-17

Diferencia entre gas y vapor

Los términos gas y vapor se utilizan mucha veces indistintamente, pudiendo llegar a generar alguna confusión. Es por ello que es necesario dar por sentado perfectamente que diferencia existe entre un gas y un vapor. 

Gas: se definirá a un gas como el estado de agregación de la materia en que esta no tiene una forma determinada a causa de la libre movilidad de sus moléculas sino que llena completamente cualquier espacio en que se sitúe (es decir llena totalmente el volumen del recipiente que lo contiene). Teóricamente cualquier sustancia puede transformase en un gas a una temperatura suficientemente alta (de todas maneras algunas sustancia pueden descomponerse ante de llegar al estado gaseoso). Si a un gas se lo comprime isotérmicamente, este nunca llega a pasar al estado líquido (aún a presiones altas), que es lo que lo diferencia de un vapor. (Hay que tener en cuenta que cualquier compresión de un gas va acompañado por un aumento de su energía interna, es decir aumenta la temperatura, por lo que si la compresión se la realiza a temperatura constante, permanentemente se debe extraer calor del sistema) 

Vapor: un vapor, si bien tiene el mismo estado de agregación del gas, se diferencia de este que al ser comprimirlo isotérmicamente, al llegar a una presión determinada (que se denominará presión de saturación, Ps y que depende de la sustancia y de la temperatura a la cual se realiza la compresión) comienza a licuar, pasando al estado líquido.

Esto es así para un vapor si la temperatura a la cual se realiza la compresión es superior a la del punto triple de la sustancia, si la temperatura es inferior a esta, en vez de licuar pasa al estado sólido. 

En la Figura 1 se presenta el diagrama de fases del agua. El punto triple se encuentra a una temperatura de 0,0098º C y una presión de 4,58 mm de Hgabs. La transformación A representa una compresión isotérmica, a una temperatura superior a la del punto triple, en donde el vapor al llegar a la presión de saturación, pasa a la fase líquida. La transformación B representa una compresión isotérmica a una temperatura inferior a la del punto triple, por lo cual al llegar a la presión de saturación pasa a la fase sólida. 

¿Cuándo es un vapor y cuando es un gas? Cada sustancia, susceptible de poder ser llevada al estado gaseoso, tiene lo que se denomina temperatura crítica (que es una constante física que depende de cada sustancia y se nombrará como Tc) para la cual si la sustancia en cuestión está por debajo de esa temperatura, es factible de condensar comprimiéndola en forma isotérmica, por lo que es un vapor. Si la temperatura de la sustancia es superior a su temperatura crítica, esta no podría ser condensada en una compresión isotérmica, por más que se aumente su presión, por lo que es un gas.

Bibliografía

Universidad Tecnologica nacional. Catedra de Integracion III.  Gases y Vapores. 2014                  https://www.frro.utn.edu.ar/repositorio/catedras/quimica/3_anio/integracion3/Gases_y_vapores.pdf

Trabajo Autónomo 1 - Segundo Parcial

   Disolventes Iónicos: una alternativa “verde” para procesos de extracción en la industria de alimentos.

   

     Objetivo

Explicar sobre los beneficios de los líquidos iónicos para usarlos en los procesos de extracción para las industrias de alimentos.

Resumen

Se muestra que mediante la utilización de disolventes iónicos “verdes” ayudamos a la disminución de contaminación, ya que existen fuentes altas de contaminación y algunas veces presentan rendimientos bajos de extracción que provocan los disolventes que normalmente se usan en las industrias alimenticias.

Los líquidos iónicos forman parte del auge de baja contaminación que ofrece beneficio y ventaja en la industria que le trae variables sociales y económicas. Estos son un grupo de sales orgánicas con un punto de fusión más bajo que el agua, acercándose a la temperatura del ambiente, se forman de cationes orgánicos unidos por un anión que puede ser orgánico o inorgánico.

Se tomó en cuenta este tipo de disolvente ya que no tiene presión de vapor (nula), estabilidad térmica alta, etc. Con esto se ve que el comportamiento de los líquidos iónicos es muy complejos por sus propiedades basadas en su descomposición y la temperatura de fusión que son importantes como solventes alternativos, porque con su ayuda se determina el intervalo en el cual los fluidos se encuentran en estado líquido.

Pero el potencial de ellos se verá para suplir muchos disolventes en muchas técnicas de extracción porque su gran mayoría influye negativamente a la contaminación, además de que son volátiles.  

Conclusiones

·       Una opción novedosa para reemplazar a los disolventes tradicionales usados en las diferentes técnicas analíticas y de extracción en la ciencia y tecnología de alimentos.

·         Muestra gran selectividad y rendimiento, a pesar de que sigue en etapa experimental.

·         Se ve que tiene gran capacidad para generar nuevas técnicas en un periodo corto.

Constantes de equilibrio para especies que se disocian o se combinan: electrolitos débiles y pesados

Un electrolito es una sustancia que al disolverse en agua, da lugar a la formación de iones. Los electrolitos pueden ser débiles o fuertes, según estén parcial o totalmente ionizados o disociados en medio acuoso.

Un electrolito fuerte es toda sustancia que al disolverse en agua, provoca exclusivamente la formación de iones con una reacción de disolución prácticamente irreversible. (CIQUIME 2014) Por ejemplo:

 Un electrolito débil es una sustancia que al disolverse en agua, produce iones parciales, con reacciones de tipo reversible. Por ejemplo:

La mayoría de los compuestos inorgánicos cristalinos están formados por iones, es decir, partículas con cargas eléctricas producidas cuando un átomo o grupo de átomos, pierde o gana electrones, originándose iones positivos o negativos. La atracción electrostática mantiene unidos los iones en el cristal. Los cristales iónicos fundidos conducen la electricidad; también las soluciones en agua u otros disolventes polares de las substancias iónicas son conductores de electricidad, por lo que se les nombra electrólitos. Cuando en las soluciones o cristales fundidos se introduce un par de electrodos y se aplica una diferencia de potencial, los iones se dirigen hacia alguno de los electrodos. Los que van hacia el pelo negativo, llamado cátodo, se llaman cationes y tienen carga positiva, los que van al electrodo positivo o ánodo, son los aniones y tienen carga negativa.

La atracción electrostática mantiene unidos al conjunto de iones positivos y negativos que constituyen un compuesto iónico o "molécula". La fuerza solvatadora o capacidad dieléctrica de un disolvente tiende a separar los iones (ionización) dejándolos moverse libremente en el seno de la disolución. Para un determinado disolvente y una determinada concentración, el grado de disociación o ionización de una substancia iónica depende de la naturaleza de sus iones. Las que se consideran totalmente disociadas, se denominan electrólitos fuertes y las que se consideran muy poco disociadas, electrólitos débiles. La potente y mutua atracción electrostática entre iones de carga contraria, aunque están solvatados (hidratados cuando el disolvente es agua), tiende a juntarlos formando la substancia iónica inicial. Esto ocurre particularmente en los electrólitos débiles lo que origina un equilibrio dinámico entre el compuesto iónico y sus iones positivos (cationes) y negativos (aniones). a los que pueden aplicárseles los principios del equilibrio químico y la ley de acción de masas. Entre el grado de disociación o ionización de un electrólito, su concentración y su constante de disociación o ionización, hay una relación sencilla que permite calcular esta constante, si se conoce el grado de disociación. Esto último es posible por determinación de la conductividad eléctrica de las disoluciones, conductimetría, o su presión osmótica, tonometria, etc.

Las concentraciones de los iones componentes se calculan a partir de la concentración de la substancia iónica disuelta inicialmente. Consideremos una disolución diluida de electrólito fuerte, v.gr.: una disolución 0.1 M de NaCI; las concentraciones de Na+ y Cl- serán 0.1 M y 0.1 M respectivamente. Si la disolución es 0.05 M en NaCI, también será 0.05 M en Na+ y 0.05 M en Cl- El sulfato de potasio ( K2SOQ) es otro electrólito fuerte, por lo que una disolución 0.1 M de K2SO4, tiene 0.2 M de ion potasio (K+) y 0.1 M de ion sulfato (S04=) Conviene recordar que al disociarse 1 mol de K2SO4 produce dos iones potasio, hecho que duplica su concentración y además produce un ion sulfato. Las disoluciones de electrólitos débiles son sistemas en equilibrio entre iones asociados (molécula) e iones disociados. La constante de equilibrio es llamada constante de disociación o ionización. Así la disociación del electrólito débil AB se representa por:

El grado de disociación de AB es igual a la concentración de A+ o B- en moles/litro en que se disocia, dividido entre la concentración inicial de AB. En este caso,

en donde [A+]o = concentración en el equilibrio de A+ ; [AB]o = concentración inicial de AB.

Por la estequiometria de la reacción, el número de moles de AB que se disocia es igual al número de moles de A+ o B- formado.

En esta ecuación K_eq es la constante de equilibrio para la reacción a una temperatura dada. Ésta es una expresión matemática de la ley de acción de masas que establece: para una reacción reversible en equilibrio y a una temperatura constante, una relación determinada de concentraciones de reactivos y productos tiene un valor constante K_eq. (Chile 2011)

En el equilibrio, las concentraciones de los reactivos y productos pueden variar, pero el valor de  K_eq permanece constante si la temperatura no cambia.

De esta manera, el valor de la constante de equilibrio a una cierta temperatura nos sirve para predecir el sentido en el que se favorece una reacción, hacia los reactivos o hacia los productos, por tratarse de una reacción reversible.

Un valor de K_eq > 1, indica que el numerador de la ecuación es mayor que el denominador, lo que quiere decir que la concentración de productos es más grande, por lo tanto la reacción se  favorece hacia la formación de productos. Por el contrario, un valor de K_eq < 1, el denominador es mayor que el numerador, la concentración de reactivos es más grande, así, la reacción se favorece hacia los reactivos. (Brown, y otros 2004)

Conocer el valor de las constantes de equilibrio  es muy importante en la industria, ya que a partir de ellas se pueden establecer las condiciones óptimas para un proceso determinado y obtener con la mayor eficiencia el producto de interés.

Cuando todos los reactivos y productos están en disolución, la constante de equilibrio se expresa en concentración molar [moles/L]. Si se encuentran en fase gaseosa es más conveniente utilizar presiones parciales (P). Los sólidos y los líquidos puros no intervienen en la constante, por considerar que su concentración permanece constante. Generalmente al valor de la constante no se le ponen unidades.

Por convención, cuando se trabaja con una especie ácida, a la constante de equilibrio de dicha especie se la denomina constante de acidez, y se designa K_a; y cuando se trabaja con una especie básica, a la constante de equilibrio se la denomina constante de basicidad y se designa K_b.

No obstante, el equilibrio iónico es un tipo especial de equilibrio químico, por ende, a la hora de hacer cálculos, se trata como tal.

Por la teoría ácido-base de Brønsted-Lowry sabemos que existen pares conjugados ácido-base (un ácido genera una base conjugada y una base genera un ácido conjugado, cuyas fuerzas quedan determinadas por la fuerza opuesta del ácido/base que les dio origen). (Wikipedia 2016)

Sea HA un ácido débil con K_a < 10^-2

Entonces, la reacción queda determinada por:

HA + H₂O = H₃0⁺ + A^-

La expresión de la constante de acidez queda determinada por la siguiente expresión:

K_a= [H₃0⁺][A^-]/[HA]

Expresando la reacción inversa:

A^- + H₃0⁺ = HA + H₂O

Como A^- es una base, se puede expresar su constante de basicidad:

K_b= [HA]/[H₃0⁺][A^-]

Lo que indicaría que K_a*K_b=1; pero esta relación es válida sólo para la reacción inversa de la reacción inicialmente planteada.

Si se desea determinar la constante de basicidad de la reacción directa que se ha planteado inicialmente, tenemos que considerar al agua.

Se sabe que K_w = [H₃O⁺)[OH^-]

Como la concentración de iones hidronio (H₃O⁺) está determinada para la reacción por K_a, entonces:

K_w = K_a[OH^-]

Y, del mismo modo, la concentración de iones hidroxilo (OH^-), queda determinada por la constante de basicidad de la reacción directa:

K_w = K_ak_b

Se despeja K_b:

K_b= K_w/K_a

Para la reacción de bases en agua se cumplen las mismas condiciones, por ende:

K_a= K_w /K_b

Ejemplo 1

Calcule las concentraciones iónicas de los siguientes electrólitos:

(a) Ca(NO3)2 en disolución 0.028 M

(b) NaCI en disolución 0.01 M

(c) 1.815 g de KAl (SO4)2 disuelto en 125 ml de agua.

Respuesta

(a) La reacción iónica es:

Como Ca(N03)2 es un electrólio fuerte, suponemos una disociación total con las concentraciones iónicas siguientes, que corresponden a la desaparición de todo el nitrato de calcio con formación de un ion Ca++ y2N03- por cada "molécula".

Ca++ = 0.028 = 0.028 M

N03- = 2(0.028) = 0.056 M

(b) la reacciòn iònica es:

Como el NaCI es un electrólito fuerte, la ionización es total y obtenemos concentraciones estequiométricas de Na+ y Cl-

Na+ = 0.01 M

Cl- = 0.01 M

(c) Calculamos el número de moles de electrólito que se disolvieron:

la reacción iónica

Según esta disociación 0.00705 moles de KAI(SO4) al disociarse totalmente forman 0.00705 moles de K+; 0.00705 moles de Al 3+ y 0.0141 moles de SO4=.

Para encontrar las concentraciones se divide el número de moles entre el volumen

Bibliografía

Brown, Theodore L., Eugene H. LeMay, Bruce E. Bursten, y Julia R. Burdge. Química La Ciencia Central. México: PEARSON EDUCACIÓN, 2004.

Chile, Universidad de. «Equilibrio Iónico.» 15 de Mayo de 2011. http://mazinger.sisib.uchile.cl/repositorio/ap/ciencias_quimicas_y_farmaceuticas/apquim-gral1a/c12.html

CIQUIME. «ARTÍCULOS TÉCNICOS - Propiedades químicas.» 2014. http://www.ciquime.org.ar/files/at004.pdf

Wikipedia. «Equilibrio Iónico.» 30 de Junio de 2016. https://es.wikipedia.org/wiki/Equilibrio_i%C3%B3nico.