jueves, 7 de julio de 2011

ESTUDIANTES DE GRADO DECIMO. INICIAMOS ESTE TERCER PERIODO CON UN TEMA BASTANTE IMPORTANTE DE COMO MEDIR LA CONCENTRACION DE UNA SUSTANCIA X LEE ATENTAMENTE ESTE ARTICULO

Es común que las técnicas de análisis exijan la preparación de soluciones cuya concentración está expresada en normalidad. Qué significa y cómo puede calcularse?

NORMALIDAD = equivalentes soluto  / litro de solución

El problema radica en como hallar los equivalentes de soluto. En principio se debe tener en cuenta que tipo de sustancia se tiene, si es un ácido, base o sal.

Si fuera un ácido, cada mol liberará tantos equivalentes ácidos como  H+ tenga:

HCl: 1 H+ / mol  = 1equivalente / mol         
H2SO4 : 2 H+ / mol  = 2 equivalentes  /  mol

Si se tratara de una base, cada mol liberará tantos equivalentes como  OH- tenga:
NaOH: 1 OH- / mol = 1 equivalente / mol
Ca(OH)2 : 2 OH- / mol = 2 equivalentes / mol
Si fuera una sal, la cantidad de equivalentes por mol será igual a la carga total positiva o negativa.

Na2S : 1+ x 2 = 2 (del sodio) = 2 equivalentes / mol
Al2S3 : 3+ x 2 = 6 (del aluminio) = 6 equivalentes /mol
Para saber cuantos equivalentes se tienen en una determinada masa de soluto, se deben seguir los siguienes pasos:
1- Identificar que tipo de sustancia es y en base a ello cuantos equivalentes se tienen por cada mol.
2- Utilizando el peso molar, hallar el peso de cada equivalente: peso equivalente.
3- Con el peso equivalente, averiguar cuantos equivalentes hay en la masa dada.
Ejemplo:Se tienen 5 gramos de AlF3 en 250 ml de solución, cuál será la Normalidad?
Es una sal y como el aluminio tiene carga 3 y tenemos solo 1, la carga total + será 3, por lo que cada mol dará 3 equivalentes.
Peso Molar: 27 + 19x3 =  84 g / mol,  ahora bien si cada mol da 3 equivalentes, el peso de cada uno de ellos será PM / 3.

Peso Equivalente; 84 g / mol : 3 equivalentes / mol =   28 g / equivalente

Para hallar los equivalentes existentes en 5 gramos de sustancia, se debe considerar cuántos gramos tiene cada equivalente (Peso Equivalente)
5 g : 28 g / equivalente =  0,18 equivalentes

Por último si se conoce el volumen final de solución se puede calcular la NORMALIDAD.
Ejemplo:
Para 250 ml (0,25 l) se tendría:

NORMALIDAD = equivalentes soluto / litro solución = 0,18 eq / 0,25 l = 0,72 N



Las técnicas de análisis contemplan frecuentemente la preparación de soluciones cuya concentración se expresa en MOLARIDAD ¿Qué significa esto?
MOLARIDAD : moles de soluto  / litro de solución
Ahora bien que es una mol de soluto? Una mol es una unidad de medida muy utilizada en química. Así como en una docena se habla de 12 elementos, en una mol se tienen  6x 1023 partículas.
Para hallar la cantidad de moles que hay en una determinada masa es necesario conocer el peso molar, para lo cual se debe recurrir a la tabla periódica y calcularlo teniendo en cuenta cuantos átomos de cada clase se tienen.
Ejemplo: Dada la sustancia NaOH (hidróxido de sodio) hallar el peso molar.
Se tiene según la tabla periódica
                                                     1  oxígeno      O:  16
                                                    1 hidrógeno    H:    1  
                                                    1 sodio          Na:  
23                                                       total                     40  

Si ese peso se expresa en gramos corresponde al peso molar, es decir al peso de una mol de partículas (6x1023): 40 g / mol  
Si se tuvieran 5 gramos de esa sustancia se tendrían :   5 g / 40 g / mol = 0,125 moles
Pero la molaridad indica cuantas moles se tienen por cada litro de solución, así si esa cantidad de NaOH está disuelta en 500 ml, se tienen: 
           MOLARIDAD =  moles soluto  / litro de solución = 0,125 moles  /  0,5 l (500 ml)  =  
0,0625 M
Ahora el problema inverso:
 Si se requiere preparar una solución 0,1 M de NaOH, cuántos gramos son necesarios?

En primer lugar se debe decidir cuanto se quiere preparar, ello depende del uso que se le vaya a dar y de los elementos de medida disponibles en el laboratorio (matraces). Supongamos que se desea preparar 500 ml  (0,5 l)
La concentración pedida (0,1 M) implica 0,1 moles por cada litro de solución o sea:

0,1 moles / l x 0,5 l =  0,05 moles
Qué masa de NaOH necesitamos?       0,05 moles x 40 g / mol =
2 gramos

Esa es la cantidad que debe pesarse llevando luego a un volumen final de 500 ml



A qué nos referimos cuando hablamos de la concentración de una solución y cómo puede calcularse? En general nos referimos a la cantidad de soluto respecto a la cantidad total de solución o de solvente. Esas cantidades pueden expresarse de manera vaga, poco precisa, tal como lo hacemos en nuestra vida cotidiana, por ejemplo, dos cucharadas de azúcar en una taza de té. Pero muchas veces nos interesa conocer con precisión  cual es la relación soluto – solución. En esos casos la cantidad de soluto se  expresa como masa, volumen o moles y la de solución como masa o volumen. 
Algunos ejemplos son aquellos que expresan la concentración como un porcentaje
% masa/masa
% masa/volumen 
% volumen/volumen
 La graduación alcohólica de una bebida se expresa en % volumen / volumen, así si  tiene 42°, contiene 42 ml de alcohol por cada 100 ml de bebida. 
Otros ejemplos:
Si se lee en una etiqueta que una solución salina es de 4% m/V implica que tiene 4 g de sal en 100 ml de solución. En otras ocasiones se expresa en g/l lo que indica cuantos gramos de soluto tiene cada litro de solución.
Si se desea preparar una solución de determinada concentración debe considerarse en primer lugar cuanto se va a preparar y luego se realizara el  cálculo para determinar cuanto soluto debedisolverse en ese volumen.
Ejemplo:
250 ml de solución   2 % m/ V,
250 ml x 2g/100 ml = 5 g  es la cantidad de soluto  necesaria para mantener la concentración.
Cuando se expresa en % m/m generalmente se debe conocer la densidad de la solución por cuanto lo común al preparar una solución es tener como dato la masa o volumen de soluto y el volumen total de solución.
Ejemplo
 Se disuelven 2 g de un soluto, llevando el volumen final a 500 ml.
Cual será la concentración expresada en %  m/ V y % m/m
% m/V = 2 / 500x 100 = 0,4 % m/V
Ahora si se quiere expresar el % m/m, es necesario averiguar cual es la masa de los 500  solución para lo que se requiere conocer la densidad. Si esta fuera 1,2g/ml, se tendría:  500 ml x 1,2 g/ml =600 g
 y % m/m = 2 /600 x 100 = 0,33 % m/m


ESTUDIANTES DE GRADO NOVENO , CONTINUANDO CON NUESTRO TRABAJO E INICIANDO EL TERCER PERIODO CON ESTE ARTICULO COMPLEMENTAMOS EL TRABAJO REALIZADO EN CLASE

Historia
Niels Bohr fue el primero en proponer (1923) que la periodicidad en las propiedades de los elementos se podía explicar mediante la estructura electrónica del átomo.[5] Su propuesta se basó en el modelo atómico de Bohr para el átomo, en el cual las capas electrónicas eran órbitas electrónicas a distancias fijas al núcleo. Las configuraciones originales de Bohr hoy parecen extrañas para el químico: al azufre se le asignaba una configuración 2.4.4.6 en vez de 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.
Un año después, E. C. Stoner incorpora el tercer número cuántico de la teoría de Sommerfeld en la descripción de las capas electrónicas, y predice correctamente la estructura de capas del azufre como 2.8.6.[6] Sin embargo, ni el sistema de Bohr ni el de Stoner podían describir correctamente los cambios del espectro atómico en un campo magnético (efecto Zeeman). [1]

[editar] Distribución electrónica

Electron orbitals.svg
Es la distribución de los electrones en los subniveles y orbitales de un átomo. La configuración electrónica de los elementos se rige según el diagrama de Moeller:
Para comprender el diagrama de Moeller se utiliza la siguiente tabla:

spdf

n = 1

1s

n = 2

2s

2p

n = 3

3s

3p

3d

n = 4

4s

4p

4d

4f

n = 5

5s

5p

5d

5f

n = 6
style="backg
7p

Para encontrar la distribución electrónica se escriben las notaciones en forma diagonal desde arriba hacia abajo y de derecha a izquierda (seguir colores):


1s

2s

2p 3s

3p 4s

3d 4p 5s

4d 5p 6s

4f 5d 6p 7s

5f 6d 7p

Este principio de construcción (denominado principio de Aufbau, del alemán Aufbau que significa 'construcción') fue una parte importante del concepto original de Bohr de configuración electrónica. Puede formularse como:[7]
sólo se pueden ocupar los orbitales con un máximo de dos electrones, en orden creciente de energía orbital: los orbitales de menor energía se llenan antes que los de mayor energía.
Así, vemos que se puede utilizar el orden de energías de los orbitales para describir la estructura electrónica de los átomos de los elementos. Un subnivel s se puede llenar con 1 ó 2 electrones. El subnivel p puede contener de 1 a 6 electrones; el subnivel d de 1 a 10 electrones y el subnivel f de 1 a 14 electrones. Ahora es posible describir la estructura electrónica de los átomos estableciendo el subnivel o distribución orbital de los electrones. Los electrones se colocan primero en los subniveles de menor energía y cuando estos están completamente ocupados, se usa el siguiente subnivel de energía superior. Esto puede representarse por la siguiente tabla:

spdf

n = 1

2

n = 2

2

6

n = 3

2

6

10

n = 4

2

6

10

14

n = 5

2

6

10

14

n = 6

2

6

10

n = 7

2

6

Para encontrar la configuración electrónica se usa el mismo procedimiento anterior incluyendo esta vez el número máximo de electrones para cada orbital.


1s2

2s2

2p6 3s2

3p6 4s2

3d10 4p6 5s2

4d10 5p6 6s2

4f14 5d10 6p6 7s2

5f14 6d10 7p6

Finalmente la configuración queda de la siguiente manera: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f14 6d10 7p6

Para determinar la configuración electrónica de un elemento, basta con calcular cuántos electrones hay que acomodar y entonces distribuirlos en los subniveles empezando por los de menor energía e ir llenando hasta que todos los electrones estén distribuidos. Un elemento con número atómico mayor tiene un electrón más que el elemento que lo precede. El subnivel de energía aumenta de esta manera:
  • Subnivel s, p, d o f: Aumenta el nivel de energía.
Sin embargo, existen excepciones, como ocurre en los elementos de transición al ubicarnos en los grupos del cromo y del cobre, en los que se promueve el electrón dando así una configuración fuera de lo común.

[editar] Bloques de la tabla periódica

La forma de la tabla periódica está íntimamente relacionada con la configuración electrónica de los átomos de los elementos. Por ejemplo, todos los elementos del grupo 1 tienen una configuración de [E] ns1 (donde [E] es la configuración del gas inerte correspondiente), y tienen una gran semejanza en sus propiedades químicas. La capa electrónica más externa se denomina "capa de valencia" y (en una primera aproximación) determina las propiedades químicas. Conviene recordar que el hecho de que las propiedades químicas eran similares para los elementos de un grupo fue descubierto hace más de un siglo, antes incluso de aparecer la idea de configuración electrónica.[8] No está claro cómo explica la regla de Madelung (que más bien describe) la tabla periódica,[9] ya que algunas propiedades (tales como el estado de oxidación +2 en la primera fila de los metales de transición) serían diferentes con un orden de llenado de orbitales distinto.

[editar] Regla de exclusión de Pauli

Esta regla nos dice que en un estado cuántico sólo puede haber un electrón. De aquí salen los valores del espín o giro de los electrones que es 1/2\hbar y con proyecciones \pm 1/2.
También que en una orientación deben de caber dos electrones excepto cuando el número de electrones se ha acabado por lo cual el orden que debe de seguir este ordenamiento en cada nivel es primero los de espín positivo (+1/2) y luego los negativos.
El principio de exclusión de Pauli fue un principio cuántico enunciado por Wolfgang Ernst Pauli en 1925. Establece que no puede haber dos fermiones con todos sus números cuánticos idénticos (esto es, en el mismo estado cuántico de partícula individual). Perdió la categoría de principio, pues deriva de supuestos más generales: de hecho, es una consecuencia del teorema de la estadística del spin. El principio de exclusión de Pauli sólo se aplica a fermiones, esto es, partículas que forman estados cuánticos antisimétricos y que tienen espín semientero. Son fermiones, por ejemplo, los protones, los neutrones y los electrones, los tres tipos de partículas subatómicas que constituyen la materia ordinaria. El principio de exclusión de Pauli rige, así pues, muchas de las características distintivas de la materia. En cambio, partículas como el fotón y el (hipotético) gravitón no obedecen a este principio, ya que son bosones, esto es, forman estados cuánticos simétricos y tienen espín entero. Como consecuencia, una multitud de fotones puede estar en un mismo estado cuántico de partícula, como en los láseres. "Dos electrones en la corteza de un átomo no pueden tener al mismo tiempo los mismos números cuánticos". Es sencillo derivar el principio de Pauli, basándonos en el artículo de partículas idénticas. Los fermiones de la misma especie forman sistemas con estados totalmente antisimétricos, lo que para el caso de dos partículas significa que:
mismo estado cuántico |ψ>, el estado del sistema completo es |ψψ>. Entonces,

[editar] Regla del octeto

Para que un átomo sea estable debe tener todos sus orbitales llenos (cada orbital con dos electrones, uno de espín +1/2 y otro de espín -1/2) Por ejemplo, el oxígeno, que tiene configuración electrónica 1s², 2s², 2p4, debe llegar a la configuración 1s², 2s², 2p6 con la cual los niveles 1 y 2 estarían llenos. Recordemos que la Regla del octeto, justamente establece que el nivel electrónico se completa con 8 electrones, excepto el Hidrógeno, que se completa con 2 electrones. Entonces el oxígeno tendrá la tendencia a ganar los 2 electrones que le faltan, por esto se combina con 2 átomos de hidrógenos (en el caso del agua, por ejemplo), que cada uno necesita 1 electrón (el cual recibe del oxígeno) y otorga a dicho átomo 1 electrón cada uno. De este modo, cada hidrógeno completó el nivel 1 y el oxígeno completó el nivel 2.
En química se denomina orbital a la zona del espacio que rodea a un núcleo atómico donde la probabilidad de encontrar un electrón es máxima, cercana al 91%. Ejemplo de ello: 10Ne: 1s2, 2s2, 2p6 regla del octeto: 11Na:(Ne)10, 1s2, 2s2, 2p6, 3s1

[editar] Anomalías de configuración electrónica

Al desarrollar la configuración electrónica, encontramos una serie de excepciones. Es más estable llenar dos medios orbitales que completar uno y dejar el otro a uno o dos electrones de estar compeltado a la mitad. Así, los metales del grupo 6 en vez de tener los orbitales externos s completos y el orbital d a un electrón de estar semi-completo, donarán un electrón del orbital s al orbital d, quedando ambos completos a la mitad: s1d5en vez de s2d4. Igualmente, es más estable rellenar los orbitales d completamente, por lo que los elementos del grupo 11 tenderán a adoptar la configuración s1d10 en vez de s2d9. Ejemplos de estas anomalías son:

[editar] Antisarrus (Antiserruchos)

Se presenta en elementos de los grupos VIB y IB
Ejemplo:
Grupo VIB:
24Cr: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d4 : es incorrecto .
24Cr: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s1, 3d5 : es correcto
Grupo IB:'.i.'
29Cu: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d9 : es incorrecto.
29Cu: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s1, 3d10 : es correcto.