Quimica General

5/21/2018 Quimica General

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UNIVERSIDAD TECNOLGICA DEL PERVicerrectorado de Investigacin

QUMICA GENERAL

TINS Bsicos

INGENIERA INDUSTRIAL, INGENIERA DE SISTEMAS,INGENIERA ELECTRNICA, INGENIERA MECATRNICA,

INGENIERA DE TELECOMUNICACIONES, INGENIERA AUTOMOTRIZ,INGENIERA AERONUTICA, INGENIERA TEXTIL,

INGENIERA MARTIMA, INGENIERA MECNICA, INGENIERA NAVAL,INGENIERA DE SOFTWARE, INGENIERA ECONMICA

TEXTOS DE INSTRUCCIN BSICOS (TINS) / UTP

Lima - Per2008


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QUMICA GENERALDesarrollo y Edicin : Vicerrectorado de Investigacin

Elaboracin del TINS : Ing. Bilma Yupanqui Porras Ing. Csar I. Vsquez Solis

Diseo y Diagramacin : Julia Saldaa Balandra

Soporte acadmico : Instituto de Investigacin

Produccin : Imprenta Grupo IDAT

Tiraje 3 A / 1700 / 2008-II

Queda prohibida cualquier forma de reproduccin, venta, comunicacin pblica ytransformacin de esta obra.


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El presente material contiene una compilacin de contenidosde obras de Qumica para ingeniera publicadas lcitamente,resmenes de los temas a cargo del profesor; constituye unmaterial auxiliar de enseanza para ser empleado en eldesarrollo de las clases en nuestra institucin.

ste material es de uso exclusivo de los alumnos y docentesde la Universidad Tecnolgica del Per, preparado para fines

didcticos en aplicacin del Artculo 41 inc. C y el Art 43 inc.A., del Decreto Legislativo 822, Ley sobre Derechos deAutor.


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PRESENTACIN

El presente texto elaborado en el marco de desarrollo de la Ingeniera, es unmaterial de ayuda instruccional, en las carreras de Ingeniera de: Sistemas,Industrial, Electrnica, Mecatrnica, Telecomunicaciones, Automotriz,Aeronutica, Textil, Naval y de Software; para la Asignatura de QumicaGeneral, en el primer ciclo de estudios.

Plasma la preocupacin institucional de innovacin de la enseanza-aprendizaje en educacin universitaria, que en acelerada continuidadpromueve la produccin de materiales educativos, actualizados enconcordancia a las exigencias de estos tiempos.

La estructura del contenido del texto permitir lograr conocimientos deQumica progresivamente, modelada en funcin del sillabus de laAsignatura acotada lneas arriba; contenido elaborado mediante un procesoacucioso de recopilacin de temas, desarrollados en diferentes fuentesbibliogrficas.

La conformacin de esta segunda edicin corregida ha sido posible graciasal esfuerzo y dedicacin acadmica de los Profesores: Ing. Bilma YupanquiPorras, Ing. Csar Vsquez Solis e Ing. Juan Chinchay Barragan.

La recopilacin aludida de temas pertinentes, consistentes y actualizados,para estudiantes del primer ciclo, tiene el siguiente ordenamiento:

El texto empieza con el Estudio de la Materia y sus Propiedadesdonde sepresenta los principios elementales para el entendimiento de la Qumica.

Luego se pasa al estudio de su estructura interna en el marco de la TeoraAtmica. Se prosigue con el estudio de la Tabla Peridica y el EnlaceQumico que facilita el entendimiento de la formacin de los diversoscompuestos qumicos.


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Se continua con el estudio del Balance de las Reacciones Qumicas y lasrelaciones cuantitativas entre sus componentes que ayuda a entender la LeyUniversal de la Conservacin de la Masa, como base del tratado de laEstequiometra en los procesos Qumicos, complementado con el estudiode los Gases y las Soluciones.

En la penltima parte se presenta una introduccin a la Qumica Orgnicacon el estudio del tomo de Carbono y las principales Funciones Orgnicas.En la ltima parte se revisa algunas Aplicaciones de la Qumica en laIndustria que nos da una visin ms amplia de su importancia en eldesarrollo de un pas.

Finalmente, es importante reconocer que vivimos en un mundo qumico; elmundo de los tomos y molculas que conforman todo lo que se puedetocar u oler; mirar alrededor: el aire, la tierra, el agua, la computadora, ydems mquinas; contemplar nuestro cuerpo (una fbrica de complejasreacciones qumicas). Nada existe sino hay presencia de tomos y/omolculas an en aquellos compuestos que son txicos para la vida.

Ergo, cerrando estas lneas de presentacin, el agradecimiento institucionala los profesores arriba mencionados que han contribuido al acopio de los

temas; as mismo a los profesores que han contribuido con sus comentarios.

Lucio Heraclio Huamn UretaVicerrector de Investigacin


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NDICE

Captulo IIntroduccin a la Qumica.................................................................. 11

Captulo IITeora Atmica................................................................................... 49

Captulo IIITabla Peridica................................................................................... 95

Captulo IVEnlace ................................................................................................ 115

Captulo VFunciones Inorgnicas ........................................................................ 127

Captulo VI

Unidad de Masa Atmica ................................................................... 145

Captulo VIIRelaciones Qumicas.......................................................................... 159

Captulo VIIIEstequimetra...................................................................................... 177

Captulo IXEstado Gaseoso .................................................................................. 203

Captulo XSoluciones.......................................................................................... 225

Captulo XItomo de Carbono............................................................................. 237


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Captulo XIIMetalurgia del Hierro ......................................................................... 245

Captulo XIIIIndustria del Petrleo y Gas Natural .................................................. 251

Apndice............................................................................................ 259

Bibliografa......................................................................................... 263


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DISTRIBUCIN TEMTICASEMANA TEMA PAGINA

1

Captulo IIntroduccin a la QumicaConceptos Generales. Materia. Clasificacin, estadosde la materia, propiedades, mediciones (masa opeso, volumen, densidad y temperatura) unidadesfsicas de concentracin.

11 48

2

Captulo II

Teora atmicaEstructura del tomo, nmero atmico, nmero demasa, istopos, isbaros, istonos, isoelectrnicos.

49 57

3

Teora cuntica y estructura electrnica de lostomosEfecto fotoelctrico, Teora de Bohr, naturaleza dualdel electrn, mecnica cuntica, nmeros cunticos,orbitales atmicos, configuracin electrnica.Principio de construccin.

57 94

4

Captulo III

Tabla peridicaClasificacin peridica de los elementos, variacionesde las propiedades (radio atmico, energa deionizacin, afinidad electrnica, electronegatividad)

95 114

5

Captulo IVEnlace qumicoNotacin Lewis, clasificacin del enlace (inico,covalente, metlico)

115 126

6Captulo VNomenclatura de los compuestosCompuestos inicos. Compuestos moleculares

127 144

7

Captulo VIMasa atmica y masa molar de un elementoNmero de Avogadro, masa molecular, composicinporcentual de los compuestos. Determinacin de lafrmula emprica y frmula molecular

145 158

8Captulo VIIReaccin qumicaEcuacin qumica. Tipos de reacciones

159 161


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SEMANA TEMA PAGINA

9Balance de ecuaciones qumicasMtodos: Tanteo, Coeficientes Indeterminados yRedox

161 176

10 Examen parcial

11

Captulo VIIIEstequiometraCantidad de reactivos y productos. Reactivolimitante, rendimiento, porcentaje de pureza.

177 184

12 Problemas de estequiometraRevisin de problemas resueltos y propuestos deEstequiometra

184 202

13

Captulo IXGases.Presin de un gas. Leyes de los gases. Ecuacin delgas ideal. Ley de Dalton de las presiones parciales.Problemas aplicativos.

203 224

14

Captulo XSolucionesDefinicin, componentes, tipos de unidades deconcentracin. Problemas de aplicacin desoluciones. Preparacin de soluciones. Valoracin yneutralizacin

225 232

15Problemas Diversos de EstequiometraRevisin de problemas de Estequiometra aplicandoconceptos de gases y soluciones.

233 236

16

Captulo XIEl tomo de carbonoPropiedades. Introduccin de las funcionesorgnicas.

237 244

17Captulo XIIMetalurgia del hierroManufactura del acero

245 250

18Captulo XIIIIndustria del petrleo y Gas natural

251 259

19 Examen Final


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CAPTULO I

QUMICA, es una ciencia natural que estudia a la materia: su constitucin,sus propiedades, su comportamiento y leyes que la rigen.

Al darle calor la naftalina se funde obtenindose un lquido claro,transparente y fluido, despus llega a evaporarse todo esto sin perder su

olor caracterstico, si los vapores se enfran se vuelve a obtener naftalinaslida.

Al darle calor, el azcar se funde tomando un color amarillo oscuro (olor acaramelo) que luego se torna marrn, desprendindose un humo blanco,posteriormente se siente un olor desagradable, el azcar se ha carbonizado.

La naftalina y el azcar son compuestos orgnicos slidos y de similarapariencia, pero sus comportamientos por adicin de calor difierenbastante. La qumica nos explicar el por que de estas diferencias.

1. MATERIAEs todo aquello que tiene inercia y ocupa un lugar en el espacio, unaporcin limitada de la materia se denomina cuerpo. La masa esuna cantidad de materia, muchas veces se confunde la masa con elpeso, la masa no vara con la ubicacin en cambio el peso s.

PROPIEDADES DE LA MATERIAa) Propiedades Generales estn en funcin de la masa

(propiedades extensivas) y son comunes de toda materia:o Extensin: propiedad de ocupar cierto espacio o volumeno Inercia: es la propiedad de mantener el estado de reposo o

movimiento, siendo la fuerza la causa de un cambio en suestado

o Dilatacin: es el aumento de las dimensiones de uncuerpo

o Divisibilidad: la materia puede dividirse en fraccionespequeas sin perder sus propiedades

o Porosidad: espacios intermoleculares


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o

Impenetrabilidad: un determinado lugar o espacio nopuede ser ocupado al mismo tiempo por cuerposdiferentes

o Peso: Es la accin de la fuerza de la gravedad sobre lamasa de un cuerpo.

W = m.gW : pesom : masag : velocidad de la gravedad

En qumica, los cientficos por conveniencia, hacen uso delos trminos masa y/o peso indistintamente. Es decir:

m = W (slo en qumica)

b) Propiedades especficas o particulares. Propio de:

Slidoso Dureza: resistencia a la ralladurao Tenacidad: resistencia a las rupturaso Maleabilidad: facilidad de formar lminas delgadas.o Ductibilidad: facilidad de formar hiloso Elasticidad: propiedad de recuperar su estado inicial

cuando cesa la fuerza que lo deforma

Gaseso Expansibilidad: propiedad de incrementar su volumen.o Comprensibilidad: propiedad de reducir su volumen

Lquidoo

Tensin superficial: es la formacin de una pelcula en lasuperficie del lquidoo Viscosidad: es la resistencia que un fluido presenta al

desplazamiento

Las propiedades de la materia tambin se puede clasificar en:

o Propiedades fsicas: proporcionan las caractersticas de lamateria, mediante la observacin y la medicin como el color,


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olor, densidad, punto de fusin, punto de ebullicin, dureza,lustre, maleabilidad, viscosidad, etc.o Propiedades qumicas: nos indican la tendencia de las

sustancias para reaccionar y transformarse en otras comooxidarse, combustionar, inflamarse, estallar, enmohecerse.

A las propiedades fsicas y qumicas se le denomina propiedadesintensivas (no depende de la cantidad de sustancia y se empleanpara identificar una sustancia).

CLASIFICACIN DE LA MATERIA

Materia

MezclasSustancias

Elementos Compuestos

Metales Orgnicos

Gases nobles

No metales Inorgnicos

Homogneas Heterognea

Soluciones

Metaloides

o Sustancia: es la materia qumicamente homognea que estaconstituida por una sola clase de tomos o molculas, suspropiedades son constantes. Ejemplo: oxgeno, nitrgeno, cobre,cido sulfrico.


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a) Elemento: es la sustancia que est constituida por tomosiguales (mnima porcin de la materia que presenta laspropiedades de los elementos). Ejemplo: plomo, hierro, sodio,etc.

b) Compuesto: sustancia que est constituida por dos o mselementos que estn combinados en proporciones fijas.Ejemplo:

H2SO4 : Acido sulfricoNaCl : Cloruro de sodioC2H5OH : AlcoholAl(OH)3 : Hidrxido de aluminio

o Mezcla: cuando se unen dos o ms sustancias en diferentesproporciones, en la mezcla no hay reaccin qumica suspropiedades no sufren variaciones por lo cual pueden separarseutilizando medios fsicos.

a) Mezcla homognea: cuando las sustancias forman una solafase (uniforme en toda su extensin) y las propiedades en

cualquier punto son iguales. Ejemplo: Latn, acero, solucinazucarada, aire, etc.

Tiempo

H O2NaCl

Solucin

NaCl

Cuando se mezclan en forma homognea dos lquidos se lesdenomina miscibles. Ejemplo: alcohol+agua


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b) Mezcla heterognea: cuando las sustancias forman dos oms fases, sus propiedades sern de acuerdo a la fase en quesean tomadas. Ejemplo: leche de magnesia, agua turbia,pintura, sangre.

Otros tipos de Mezclaso Coloides

En los coloides, las partculas que los forman son mucho mayoresque el tamao de los tomos o de las molculas, pero demasiadopequeas para ser visibles. Su tamao est comprendido entre10-7cm y 10-3cm y existen dbiles fuerzas de unin entre ellas.Los solesy los gelesson coloides.

A mediados del siglo XIX, el ingles John Tyndall demostr que ladispersin de la luz en la atmsfera era causada por las partculasen suspensin en el aire. Este efecto se utiliza para diferenciar enel laboratorio una disolucin de una dispersin coloidal. Cuandoun rayo de luz que atraviesa un lquido con partculas ensuspensin invisibles al ojo, es dispersado, estamos en presenciade un coloide. Si el rayo de luz no experimenta ningunadispersin, el lquido es una disolucin o una sustancia pura.

Clasificacin de las dispersiones coloidalesLas soluciones coloidales se clasifican de acuerdo con el estadode agregacin en que se presentan el soluto y el solvente y,corno los estados de la materia son tres, de sus posiblescombinaciones se podran obtener 9 tipos de solucionescoloidales. Si no fuera porque la novena posibilidad (de gas engas) es imposible de realizar por cuanto los gases no puedenexistir uno junto a otro sin mezclarse. Por ello los tipos dedispersiones coloidales son ocho y se resumen en el cuadro.


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FASEDISPERSA FASEDISPERSANTE EJEMPLO

Slido SlidoAleaciones, piedras preciosas

coloreadas

Slido LquidoSuspensiones de almidn,

pinturas, tintaSlido Gas Humo

Lquido Slido Jaleas, quesoLquido Lquido Emulsiones, mayonesaLquido Gas Nubes, niebla

Gas Slido Lava, piedra pmezGas Lquido Espumas, nata batida

Separacin de los componentes de una mezclaLos componentes de una mezcla pueden ser separados por diferentesmtodos, entre los cuales tenemos:

o Filtracin:cuando se desea separar la parte slida de un lquido


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o

Destilacin: se usa para separar uno o ms componenteslquidos de una mezcla de lquidos miscibles.

o Centrifugacin: es la separacin de un slido de un

componente lquido, por la accin de la fuerza centrifuga.

Centrifuga

Diferencia entre mezcla y combinacinEn la mezcla no hay reaccin qumica, pero si en la combinacin,donde se forman nuevas sustancias. Los componentes iniciales deuna combinacin deben estar en proporciones fijas y determinadas


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los cuales pierden sus propiedades al reordenarse y formar sustanciasdiferentes.

DIVISIN DE LA MATERIA

(a) (a) (b) (c) (d)

Materia Cuerpo Partculas Molculas tomos PartculasSubatmicas

La materia puede dividirse por medios:a) Mecnicos : trituracin, pulverizacinb) Fsicos: ebullicin, disolucinc) Qumicos : reacciones qumicasd) Nucleares : reacciones nucleares

FENMENOS FSICO Y QUMICOFenmeno fsico: es cuando el material cambiasolamente su aspecto fsico, no existe cambios

estructurales en la materia. Ejemplo: fusin delhielo.

Fenmeno qumico: cuando la materia cambiasu constitucin interna. Ejemplo: combustinde la madera.

ESTADO DE LA MATERIA

El estado de la materia depende de la agregacin molecular,podemos considerar tres estados fundamentales: slido, lquido ygaseoso, debido a que las molculas desarrollan fuerzas decohesin y fuerzas de repulsin.


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Slido Lquido Gaseoso Plasmtico

Fuerzas de atraccin. Permiten la cohesin y el ordenamiento delas molculas.

Fuerzas de repulsin. Permiten el distanciamiento de lasmolculas.

Estado Slido. Las fuerzas de cohesinde sus molculas son mayores que lasfuerzas de repulsin, sus cuerpos soncompactos, presentan volumen yforma definida. Ejemplo: Hierro,

aluminio, azcar.

Estado lquido. Las fuerzas de cohesin sonsimilares a las fuerzas de dispersin,presentan un volumen definido, su forma esvariable (de acuerdo al recipiente que locontiene). Ejemplo: agua oxigenada.

Estado gaseoso. Las fuerzas dedispersin son mayores que lasfuerzas de atraccin en lasmolculas de los gases, por lo tantono tienen volumen ni formadefinida. Ejemplo: aire, oxgeno.


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Estado plasmtico. Adems de los estados de la materia citadas,existe el estado plasmtico, que es una mezcla de tomosionizados, electrones libres (T>10000C). Ejemplo: interior devolcanes, superficie del sol.

CAMBIOS DE ESTADOS DE LA MATERIA

Gas lquido : licuacin o licuefaccinVapor lquido : condensacin

Los cuerpos pueden pasar de un estado a otro por la variacin dela temperatura y/o presin.

2. ENERGAEnerga es la capacidad para realizar trabajo o transferir calor.Ejemplo: luz, calor, energa elctrica, energa mecnica, energaqumica.

La energa se puede convertir de una forma en otra. Ejemplo:


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a) LinternaCuando prendes una linterna la energa qumica de las baterasse convierte en energa elctrica luego en luz y en ligera energacalorfica.

b) FotosntesisLas plantas absorben la energa solar, debido a ciertasreacciones esta energa se convierte en energa qumica quesirve para producir glucosa (azcar) a partir del dixido decarbono y agua.

La energa no se crea ni se destruye solo se transforma en el

transcurso de los procesos, esto es conocido como la Ley deconversin de la energa.


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Conversin de materia en energaEinstein, en 1905 dedujo una relacin entre la materia y laenerga.E=mc2E=energam=masac=velocidad de la luz

E=mc2 , E=E2-E1 (cambio de energia)m=m2-m1(cambio de masa)

Esta relacin fue comprobada en las reacciones nucleares,donde cantidades pequeas de masa se convierte en cantidadesinmensas de energa, esta ecuacin relaciona la masa y laenerga, se puede afirmar que la masa y la energa del universopermanece constante. En las reacciones qumicas la conversinde masa en energa es infinitesimal.


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3. CONCEPTOS FSICOS QUMICOS3.1 DENSIDAD.Es una relacin entre la masa y el volumen de uncuerpo, se representa por la letra griega Rho (), cuandodecimos que el plomo es pesado y el aluminio es ligero nosreferimos a la densidad de estos materiales.

v

m =

: densidadm : masav : volumen

La densidad de los slidos se expresa en g/cm3, la de loslquidos en g/mL y la densidad de gases se expresa en g/L.Debemos recordar que 1cm3=1mL

EJEMPLOSe tiene una barra de plomo de forma cilndrica cuyo r=10cm y5m de longitud, si la densidad del material es 11,3 g/cm3. Cules el peso de la barra?

L=5m

=11,3 g/cm3

Siv

m = (1)

Vtubo = AbhVtubo = r2xL

Vtubo = 100cm2. 5m 1m

100cm

Vtubo = 15,7104cm3

En la ecuacin (1):

343

cm1015,7cm

g11,3m =

M = 177,41104gRespuesta:: El peso de la barra es de 177,41104g


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Para determinar la densidad existen diferentes mtodos entrelos cuales tenemos:

o Mtodo de las pesadaso Uso del picnmetro, fig (a)o Uso del densmetro, fig (b)

Fig. a.Fig. b.

El densmetro nos permite conocer en forma directa elvalor de la densidad relativa de la solucin por simpleinmersin, el densmetro es de vidrio, se utilizan paramedir la densidad relativa de solucionesanticongelantes, el contenido de cido de las baterasde automvil, la cantidad de alcohol presente en elvino, el contenido de azcar del jarabe y los slidosdisueltos en la orina, etc.

Fig. C


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DENSIDAD DE VARIOS MATERIALES A TEMPERATURA AMBIENTESOLIDOS g/cm3 LIQUIDOS g/mL GASES g/lMagnesioAluminioHierroCobreOro

1,742,707,868,96

19,30

GasolinaAlcohol etlicoAgua (4C)Acido clorhdricocido sulfrico

0,670,791,001,151,84

HidrgenoHelioNenAire (seco)Dixido decarbono

0,0900,1770,9011,2901,960

3.1.1 Densidad RelativaEs la relacin entre las densidades absolutas de dossustancias, no posee unidades.

Densidad relativa de A con respecto a B: ABAB=A/B

Si se trata de gases generalmente el compuesto dereferencia o comparacin es el aire: aire=1,29 g/L a0C y 1 atm.

Si se trata de slidos y lquidos generalmente elcompuesto de referencia es el agua: agua=1 g/mL, a4C y 1 atm. En ambos casos se denomina gravedadespecfica.

3.1.2 Densidad de una mezcla

Masa: m1 Volumen: V1

1 2

1 2mezcla

m m

v v

+=

+

Masa: m2 Volumen: V2


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Ejemplo. Se tiene 2 litros de una solucin de NaOH, con unadensidad de 1,5 g/mL y se mezcla con 1,5 L de una solucinde NaOH, cuya densidad es 1,2 g/mL. Determinar la densidadde la mezcla final.

Solucin NaOH (1)

=1,5 g/mLV=2l=2000 mL

V

m 1=

m1=V

3000g2000mL

mL

1,5gm

1

==

Solucin NaOH (2)

=1,2 g/mLV=1,5L =1500 mL

Vm2

=

00g00mLmL

1,2gm

21815 ==

1800gm2

=

Densidad de la mezcla:

21

21mezcla VV

mm++=

1,37g/mL3500mL

4800g

1500mL2000mL

1800g3000g

mezcla ==

+

+=

Respuesta:: mezcla=1,37g/mL

3.2 TEMPERATURAMide la intensidad del movimiento molecular.

3.2.1 Escalasa) Escalas Relativas: Consideran como referencia el

punto de ebullicin y solidificacin de unasustancia o mezcla.


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Escala Celsius o Centgrado: Toma comocompuesto de referencia el agua: punto deebullicin 100C y punto de solidificacin 0C

Escala Fahrenheit:Toma como referencia el puntode congelamiento de una solucin amoniacal 0F.

b) Escalas Absolutas: Son las que consideran al ceroabsoluto como punto de referencia, en el ceroabsoluto se considera que no existe movimientomolecular.

Escala Kelvin: El punto de congelamiento del aguaes 273 K y el de ebullicin 373 K.

Escala Ranking: El punto de congelamiento delagua es 492 R.

Relacin de Escalas

Escala

Celsius

Escala

Fahrenheit

Escala

Kelvin

Escala

Ranking100C 212 F 373 K 672 R Punto de ebullicin H2O

0C 32 F 273 K 492 RPunto de congelamiento

agua

-16,6C 0F 256,3K 460 RPunto de congelacin de

sales amoniacales

-273C -460 F 0 0 Cero absoluto


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De la tabla podemos observar que un cambio de 180Fes equivalente a un cambio de 100C, por lo cual:

1,8C

F=

Conversin de temperatura:

9

492R

5

273K

9

32F

5

C =

=

=

EJEMPLOLe informan que la temperatura del agua es 280K. En qu estado seencuentra el agua?

Por teora sabemos que el agua congela a 273 K luego se encuentraen estado lquido (280K) por la relacin:

7Ctenemosdespejando;5

273K

5

C=

=

Sabemos que el agua congela a 0C, a 7C se encuentra en estadolquido.

3.3 UNIDADES FSICAS DE CONCENTRACIN

3.3.1 Porcentaje en pesoUna mezcla esta dada por la unin de sustancias, asumamosque esta integrada por las sustancias A, B y C

100

W

W%W

TOTAL

A

A

=

100W

W%W

TOTAL

BB

=

100W

W%W

TOTAL

CC

=

WT = WA + WB+ WC

AWA

C BWC WB


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El porcentaje en peso o masa de una sustancia (A, B y C)representa la relacin de su peso con respecto a la masa total.

EJEMPLOSe tiene 300mL de una solucin de H2SO4al 60% en peso decido y densidad igual a 1,6 g/mL, si se le aade 500 mL deH2O. Determinar el % WH2SO4en la mezcla final.Solucin

Solucin H2SO4V=300mL=1,6g/mL %WH2SO4=60%

Comov

m =

msolucin H2SO4= V = 1,6g/mL 300mL = 480gmH2SO4=0,6(480g)=288g

Se le aade 500 mL o 500g de H2O

100m

m%

TOTAL

H2SO4H2SO4

=

100980g288g100

500g480g288g%

H2SO4 =

+=

%38,29=H2SO4

%

Respuesta:: %WH2SO4=29,38%

3.3.2 Porcentaje en volumenNos indica la relacin del volumen de una sustancia conrespecto al volumen total.

100V

V%V

T

AA

=

VA= volumen de uno de los componentes de la mezclaVT=volumen total de la mezcla


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4. UNIDADES FUNDAMENTALES DE MEDIDAEn 1960 la componencia internacional de pesos y medidasrecomiendan el uso del SI (Sistema Internacional de Medidas)constituidos por seis unidades fundamentales y tres unidadessuplementarias.

A) UNIDADES FUNDAMENTALES

Cantidad fisica Nombre de unidad Smbolo de unidadLongitudMasaTiempoCorriente elctricaTemperaturaIntensidad luminosa

MetroKilogramoSegundoAmperioKelvinCandela

mKgsAKcd

En cualquier sistema (M.K.S.) o (c.g.s.) las unidades bsicasson: metro (m), kilogramo (kg) y segundo (s)

B) UNIDADES SUPLEMENTARIAS

Cantidad fsica Nombre de la unidad Smbolo de la unidadAngulo planoAngulo slidoCantidad de sustancia

RadianEstereo radianMol

rdsr

mol

C) Comparacin del Sistema Mtrico con el SistemaInternacional (SI):

Cantidad fisica Sistema mtrico SI

MasaLongitudVolumenPresinEnergaTemperatura

Gramo (g)Metro (m)Litro (L)Atmsfera (atm)Caloria (cal)Celsius (C)

Kilogramo (Kg)Metro (m)Metro cbico (m3)Pascal (Pa)Joule (J)Kelvin (K)


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PREFIJOS NUMRICOS APROBADOS

Prefijo Smbolo Expresinexponencial

Equivalente decimal

TeraGigaMegaKiloHectoDeca

TGMKhda

1012109106103102101

1 000 000 000000

1 000 000 00001 000 000

1 000100

10

DeciCentiMiliMicroNanoPicoFemtoAtto

dcmnpfa

10010-110-210-310-610-910-1210-1510-18

10,10,010, 0010, 000 0010, 000 000 0010, 000 000 000 0010, 000 000 000 000 0010, 000 000 000 000 000 001

UNIDADES METRICAS DE LONGITUD COMUNES

Unidad SmboloEquivalente en

metrosExpresin

exponencialKilmetroMetroDecmetroCentmetroMilmetro

MicrometroNanometro

Kmmdmcmmm

mnm

103m100m10-1m10-2m10-3m

10-6m10-9m

1000 m1 m0,1 m0,01 m0,001 m

0,000 0010, 000 000 001


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QUMICA GENERAL

32

PROBLEMAS RESUELTOS1. En una probeta que contiene 20mL de H2O, se coloca una cadena deoro, cuyo peso es 47 gramos, si la oro=19,3 g/cm3. Determinar elvolumen del agua en la probeta despus de colocar la cadena.Solucin:El volumen alcanzado por el agua despus de colocar la cadena: Vf

Vf = Vinicial + Vcadena (1)

(a)

Vinicial=20 mL (a)Vcadena=V

mV

V

m ==

344,2 cm==319,3g/cm

47gV (b)

(b)

(a) y (b) en (1): Vf=20mL + 2,44 mL = 22,44 mLRespuesta::El volumen alcanzado ser: 22,44 mL

2. Se tiene 3 litros a una solucin de HCl al 30% en peso de HCl y=1,15 g/mL, si se requiere tener una solucin que contenga 24%de HCl. Determinar: El volumen de agua aadida.

De la solucin HCl:Vm ==

V

m

msolHCl=V

msolHCl= 3l1L

1000mL

mL

g1,15

msolHCl=3450g


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QUMICA GENERAL

33

mHCl = 0,30(3450g) = 1035g (a)En la solucin final, sabemos %WHCl = 24%

%WHCl = 24 = 100M

m

TOTAL

HCl (1)

MTOTAL = msolHCl + mH2OaadidaMTOTAL = 3450g + mH2Oaadida (b)

(a) y (b) en la ec. (1)

100m3450

1035g

24H2O +=

Despejando mH2O= 862,5gComo la 862,5mLV1g/mL

H2OH2O ==

Respuesta:: El volumen de agua aadida es 865,5 mL

3. Se tiene 500 g de sal (NaCl) y se le aade 1,5 litros de agua. Hallar elporcentaje en peso del NaCl en la solucin.

Solucin:

Sabemos: 1,5L H2O=1,5 kg (H20=1 g/mL)=1500g

100m

m%W

TOTAL

NaClNaCl

=

1001500g500g

500g%W

NaCl +

=

1002000g

500g%W

NaCl =

%NaCl= 25%Respuesta:: El porcentaje en peso de NaCl es el 25%.


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QUMICA GENERAL

34

4. El mercurio ebulle a 357C Cul es su temperatura de ebullicin enF? En K?

Solucin:

9

32F

5

C =

9

32F

5

357 = ; despejando F=674,6

El Hg ebulle a 674,6F

5273K

5C =

K = 357 + 273 = 630

El Hg ebulle a 630 KRespuesta:: El Hg ebulle a 674,6F y 630K

5. La densidad del acero es 7,9 g/cm3Cul es el volumen en m3de unlingote de acero que pesa 3000 lb?

Solucin:

V

m7,9g/ml

acero ==

7,9g/ml

mV = .. (1)

m=3000lb 1362000g1lb

454g= , en (1)

33

0,172m1000L

1m

1000mL

1lL172405,06m

7,9g/mL

1362000gV ===

Respuesta:: El volumen del lingote ser: 0,172m3

6. Un litro de solucin acuosa de sal tiene una densidad de 1,2 g/cm3y25% de sal (en peso). Determinar:a) masa de salb) masa de H2O

Solucin:Solucin acuosa de sal

1000mLmL

1,2gVm

V

m

sal ===


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QUMICA GENERAL

35

msol

= 1200gmsal = 0,25(1200g)msal = 300gmH2O = 1200 300 = 900g

Respuesta:: a) la masa de sal es 300g; b) la masa de agua es 900g

7. Se tiene 100 cubos de cobre cuyos lados tienen 3cm de arista, si ladensidad del cobre Cu=8,96g/cm3. Determinar la masa en kg de los100 cubos.

Solucin:

cuboCucobrecuboCu

VmV

m == (1)

Vcubo= I3= 333 cm3= 27 cm3

En (1): 241,92g27cmcm

g8.96m 3

3cobrecubo

==

La masa de 100 cubos es:

24192gcubos100cubo1

241,92g=

Respuesta:: La masa de 100 cubos 24,192kg

8. Se tiene una cisterna de agua (400 m3) que debe ser clorinada para suuso domstico se debe asegurar que contenga 1.0 ppm de hipocloritode sodio. Qu volumen (L) de hipoclorito de sodio (NaOCl) se debeutilizar? Si la densidad del hipoclorito de sodio es: 1,10g/mL y se

encuentra al 10% en peso de NaOCl.

Solucin:

OHdem

NaOClde1g

L

mg11ppm

23

==

Si se tiene 400 m3de agua

NaOClde400gOH400mOHdem

NaClde1g2

3

23

=


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QUMICA GENERAL

36

En la solucin de hipoclorito de sodio (10%)solucin4000gNaOCl400g

NaCl100g

NaCOlsolucin1000g=

3636mL1,10g/mL

4000g

NaOClsolucin

mV

V

m

NaOClsolucin ==

==

Respuesta:: Se requerir 3636 mL 3,64L de NaOCl

9. Un galn (1 gln=3,785 L) de leche fresca pesa 3906 gramos, la grasacontenida en la leche es 4%V y una relativa de 0,865. Calcular ladensidad de la leche desnatada.

Solucin:VLECHE= 1 galn = 3,785 lVgrasa= 0,04(3,785 l) = 0,154 l = 151,4 mLVleche sin grasa = 3,785 l 0,1514 l = 3,6336 l = 3633,6 mLmgrasa= ?

La relativa es 0,865 como laOH2

(sustancia de referencia) es 1

g/mL por lo cual:

1g/mL

0,865 grasa

H2O

grasagrasa/agua

==

grasa= 0,865g/mLmgrasa = grasaVgrasa= 0,865g/mL 151,4 mLmasa grasa= 130,96g

mLeche sin grasa= 3906g 130,96g = 3775,04g

1,0393633,6mL

3775,04g

v

m

grasasinleche

grasasinleche

grasasinleche === g/mL

Respuesta:: La densidad de la leche desnatada es 1,039 g/mL

10. El mtodo ms fcil para separar convenientemente una mezcla deaceite y vinagre es:a) Por absorcinb) Por filtracinc) Por sublimacind) Por decantacine) Por disolucin


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QUMICA GENERAL

37

Solucin: Como el aceite y el vinagre son sustancias inmiscibles entres, el mtodo ms conveniente para separa una mezcla de ellos es pordecantacin (d)

11. La sublimacin es una propiedad que caracteriza a pocas sustanciasorgnicas Cul de las sustancias que vienen a continuacin, la posee?a) Acetona b) Alcohol c) Naftalina d) Kerosene

Solucin: La sublimacin es un proceso de cambio de estado, deslido a gas, el naftaleno es un slido blanco (usado como bolitas denaftalina) que se sublima a condiciones ambientales. (c)

12. Una sustancia qumica es la materiaa) Formada por una sola clase de tomosb) Gaseosac) Lquida, que con el agua de mar, contiene varias sales disueltas.d) Formada por una sola clase de molculas.e) De alto peso molecular.

Solucin: Una sustancia qumica o una especia qumica es materiahomognea en cuya composicin hay una misma clase de tomos y

una misma clase de molculas. (a) y (d)

13. Diga que expresin es incorrecta.a) Energa cintica es la energa de un cuerpo que se mueveb) Materia es toda aquella que posee masac) La teora atmica se debe a Daltond) Istopo es el elemento que tiene el mismo nmero atmico y la

misma masa.e) La temperatura mide la intensidad calorfica.

Solucin: Los istopos son tomos de un mismo elemento condistinto nmero de neutrones. Presenta igual nmero atmico, perodiferente nmero de masa. (d)

14. Se tiene 300 mL de una solucin de H2SO4al 60% en peso de cido ydensidad igual a 1,6g/mL, si se le aade 500 mL de H2O. Determinarel %

42SOHW en la mezcla final.


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QUMICA GENERAL

38

Solucin:Solucin H2SO4

V

ml=

V = 300 mL xV=mSol

= 1,6 g/mL mLxmL

gmSol 300

6,1=

%60SOHW% 42 = g480mSol= )480(60,0

42gSOmH =

g288SOmH 42 =

100xM

WW%T

SOHSOH

42

42=

100xg500g480

g288W% B +

=

%38,29W%42SOH

=

15. Un recipiente vaco tiene una masa de 500 g. Le adicionamos aguahasta su tercera parte en volumen resultando el conjunto con unamasa de 550 g. luego le agregamos volmenes iguales de dos lquidos

A y B cuyas densidades son: 0,5 g/mL y 0,8 g/mL respectivamente.Determinar la masa total, cuando el recipiente este lleno.

Solucin:Calculamos el volumen del recipientemagua= 550 500 = 50g

v

md=

aguaV

g50

ml

g1 =

Vagua= 50 mLVagua=

3

Vr Donde Vr= Volumen del recipiente

3

Vr50=

Vr = 150 mL (volumen del recipiente)

Calculamos el volumen de los lquidosVr = Vagua + 2VL


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QUMICA GENERAL

39

150 = 50 + 2 VL

VL= 50 mL

Calculamos la masa totalmtotal= mr+ mA+ mB+ maguad = m/Vm = d x vmtotal= 500 g+50 mL x 0,5 g/mL+50 mL x 0,8 g/mL+50 g = 615 g

Respuesta:mtotal= 615 g

16. El volumen de un recipiente es 35 mL, si se le llena de agua tiene unamasa de 265g y se le llena con otro lquido X tiene una masa de 300g. Determinar la densidad del lquido X.

Solucin:

rrecipienteVmLV == 35

g265mm OHr 2 =+

g265g35mr =+ g230mr=

Cuando se llena con lquido Xg300mm rx =+

g70g230g300mx ==

mLgmL

g

x/2

35

70==

Respuesta:La densidad del lquido X es 2g/mL

17. Calcular la densidad de una mezcla formada por 3 volmenes de aguapor cada dos volmenes de alcohol (d = 0,75 g/mL) (d= densidad)

Solucin:Se sabe dagua = 1g/mL Vagua = 3K

dalcohol= 0,75 g/mL Valcohol= 2KSi d = m/V

m = d x V


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QUMICA GENERAL

40

Reemplazando en:dm =

alcoholagua

alcoholagua

VV

mm

+

+ dm = densidad de la mezcla

alcoholagua

alcoholalcoholaguaagua

VV

dVdVdm

+

+=

K2K3

)75.0(.K2)1(.K3md

++

=

Respuesta: La densidad de la mezcla es0,9 g/mL

18. A una mezcla de dos lquidos cuya densidad es 1,8 g/mL se le agrega600 g de agua y de la densidad de la mezcla resultante es de 1,2g/mL. Cul es la masa de mezcla inicial?

Solucin:

Inicialmente 1,8 g/mL =m

v1

1

,8,11

1

mV =

Como 600 g de H2O ocupan 600 mL de H2O, al ser agregados a lamezcla inicial:

1,2 g/mL =m

V

+

+1

1

600

600

m,

m

,

+=

+

1

1

6001 2

6001 8

m g=1

360

Respuesta:La masa de la mezcla inicial es 360g

19. En una mezcla constituida por agua y un lquido X, el primerorepresenta el 75% del volumen y el 2do representa el 50% de lamasa. Hallar la densidad del lquido X.


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QUMICA GENERAL

41

Solucin: g75mcc75VO2HO2H

==

Asumiendo: VT= 100 ccVx= 25 cc

Entonces: mx= 75g (ambos presentan igual % en masa)

33

x

xx

cm/g3cm25

g75

V

mD ===

Respuesta: Dx= 3g/cm3

20. El volumen de una masa de agua es 20 mL al aadir 100g deperdigones de bronce, el volumen resulta 32,6 mL. Determinar ladensidad del bronce en lb/pie3.

Solucin:El volumen de los perdigones es el aumento de volumen.Vbronce= 32,6 20Vbronce= 12,6 mLEntonces:

dbronce=mLg

Vw

bronce

bronce

6,12100=

dbronce= 7,94 g/mLpero en lb/pie3se compara con el agua

g lb , mL lbd , ,

mL g pie pie

= =

3

3 3

1 28 3 107 94 495 9

454 1

Respuesta:La densidad del bronce es 495,9 lb/pie3

21. La materia se presenta en la naturaleza bajo la forma de sustanciaspuras y de mezclas. La diferencia entre ellas radica en que:a) Las sustancia puras tienen composicin definidab) Las mezclas son siempre homogneasc) Las nicas sustancias puras son los gases noblesd) Las sustancias puras solo pueden formar una sola fasee) Las mezclas son siempre heterogneas

Respuesta: a y d


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QUMICA GENERAL

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22. Indique cual de los siguientes procesos corresponden a un cambiofsico o qumicoI. Agregar azucar a un vaso con aguaII. Disolver una tableta efervescente en aguaIII. Encender una estufa elctricaIV. Encender una estufa a gas licuadoV. Congelar aguaVI. Oxidacin del hierro

Respuesta: Fsicos; I, III, V. Qumicos; II, IV y VI.

23. Cual de los siguientes sistemas corresponde a una mezcla de tipoheterognea?I. alcohol ms aguaII. agua con azucarIII. agua con azucar y hieloIV. agua con sal y hielo

Respuesta: III y IV.

24. Indique cuantas fases y componentes tiene el sistema formado por:I. Alcohol, arena, agua y hielo

II. Agua, hielo y vapor de aguaIII. Agua, sal, azucar y alcoholIV. Vinagre, alcohol y aguaV. Aceite, arena, aguaRespuesta:I: 3F y 3C, II:3F y 1C, III:1F y 4C, IV:1F y 3C, V:3F y 3C

25. De los sistemas anteriormente mencionados, indique cual(es) de elloses(son) homogneos y cual(es) de ellos son heterogneos.

Respuesta: I: Heterog; II: Heterog; III: Homog;

IV: Homog; V: Heterog.26. Cul ser la masa de los productos de la reaccin si 0,2 g de uranio -

235 sufren una fusin nuclear y producen 1,5 x 1019ergios de energiaradiante liberando energia trmica?SolucinDe la ecuacin de EinsteinE= mc2


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QUMICA GENERAL

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a) Masa que se transforma en energa mediante:

210

2219

2 )/103(

/105,1

scmx

scmgx

C

Em ==

m= 1,67 X 10-2g

Masa de los productos de la reaccinm= 0,2g 1,67 x 10-2g = 0,183 g

27. A qu porcentaje ha disminuido la masa de un electrn, cuando lavelocidad de la luz es 0,1 de su valor

Solucin:Ecuacin de Einstein: E= mc2 Cuando C= 3x1010cm s-1

E= (9,1 x 10-28g) (3x1010cm s-1) 2 = 8,19 x 10-7gr

Cuando C= 3x109cm s-1E= (9,1 x 10-28g) (3x109cm s-1) 2= 8,19 x 10-9g

Porcentaje de disminucin de la masa, x

% x %, x

= =

9

7

8 19 10100 1

8 19 10

28. Entre EE.UU. y Rusia, hacen estallar subterrneamente en promediocada uno 10 bombas de hidrgeno por ao. Si la explosin de cadauno de ellos convierte aproximadamente 10 g de masa en energaCunto Kcal se liberan por bomba?

Si la energa de 10 bombas se pudiera usar para la propulsin deautomviles en lugar de la gasolina Cuntos galones de gasolina seevitaran quemar? (un galn de gasolina desprende aproximadamente

3x104Kcal durante la combustin)

Solucin:a) De la ecuacin de Einstein: E= mc2

E= (10 g) (3x1010cm/s)2= 9x1021erg

21 Kcal9x10 erg = 2,15 x 10 Kcal/bomba, x erg

10

1

4 18 10


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QUMICA GENERAL

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b) Gasolina que se evitara quemar en galones:(galones):

PROBLEMAS PROPUESTOS

1. Cul de las siguientes proposiciones describe un cambio fsico y cualun cambio qumico?a. Se forman cubos de hielob. Leche fuera del refrigerador por 12 horasc. El grass (jardn) crece y se hace ms espeso porque ha sido

regado y fertilizadod. Un csped (jardn) que ha crecido demasiado se recorta con una

podadora

2. Clasificar las siguientes proposiciones como propiedad fsica, cambiofsico, propiedad qumica o cambio qumico:a. Un escultor cincela una estatua de mrmol

b. El mrmol se rompe con un martilloc. El mrmol reacciona con un cido con la formacin de burbujas

de dixido de carbonod. La lluvia cida desgasta poco a poco una estatua de mrmol

3. Es heterognea u homognea una solucin de sal? Describe unmedio fsico para separar estas dos sustancias.

4. Es heterognea u homognea una mezcla de sal y arena? Describe unmedio fsico para separar estos dos materiales.

5. Un trozo irregular de metal con una masa de 240,8g se coloc en unaprobeta con 24 mL de agua, el volumen se incremento a 57 mLa. Densidad del metalb. De cul metal podra tratarse?

6. Ordenar estas temperaturas en forma creciente: 0K, 30C, 20F y180R.

11 kcal galon2,15 x 10 x x bombas , galonesbomba x Kcal

= 74

110 7 16 10

3 10


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QUMICA GENERAL

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7. Sealar: Fenmeno Qumico: (Q) Fenmeno Fsico: (F)a) Filtracin ( )b) Oxidacin ( )c) Evaporacin ( )d) Combustin gas ( )e) Corrosin ( )f) Fotosntesis ( )

g) Fermentacin ( )h) Ebullicin ( )i) Destilacin ( )j) Putrefaccin ( )k) Respiracin ( )l) Volatilidad de la acetona( )

8. Indicar el tipo de mezcla: Homognea (Ho) Heterognea (He)a) Solucin salina ( )b) Thinner ( )c) Mentholatum ( )d) Agua-mercurio ( )

e) Bronce ( )f) Aire ( )g) Leche ( )

9. Sealar: Mezcla (M) Sustancia (S)a) Aire ( )b) Salmuera ( )c) Bebida gaseosa ( )d) Acido muritico ( )e) Acido clorhdrico( )f) Cloruro de sodio ( )

g) Vinagre ( )h) Formol ( )i) Thinner ( )j) Limpia vidrio ( )k) Sodio ( )l) Polvo de hornear ( )

10. Identifique la materia: Mezcla (m) Compuesto (c) Elemento (e)a) Agua potable ( )b) Agua destilada ( )c) Sal de cocina ( )d) Cobre ( )e) Diamante ( )f) Cloruro de sodio ( )

g) Cerveza ( )h) rnica ( )i) Alcohol 95% ( )j) Acido ctrico ( )k) Petrleo ( )l) Leche ( )

11. Identificar: Propiedades Fsicas (F) Propiedades Qumicas (Q)

a) Maleabilidad ( )b) Comprensibilidad ( )c) Oxidacin ( )d) Solidificacin ( )

e) Broncearse la piel ( )f) Elongacin ( )g) Solubilidad ( )h) Combustin ( )

12. Se tiene una tonelada de un mineral que contiene: 49% de carbonode calcio (CaCO3), 30% de carbonato de magnesio (MgCO3) y el restoescoria, determinar la masa del CaCO3y Mg CO3y escoria.


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QUMICA GENERAL

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13. Se tiene 3 litros de una solucin de H2SO4cuya densidad es 1,5 g/mL

y se encuentra al 70% en peso de cido si se le aade 2 litros de aguadeterminar sobre la solucin final, calcular:a. Densidadb. Porcentaje en peso H2SO4c. Porcentaje en peso de agua

14. En una probeta que contiene 20mL de H2O, se le aade un metalcuyo peso es 40 gramos, se observa que el nuevo nivel de agua es26,7 cm3. Calcular la densidad del metal.

15. Un mineral (30 kg) que contiene ZnSO4 (Sulfato de Zinc) FeSO4(Sulfato de hierro) y CaCO3 (Carbonato de calcio), el porcentaje enpeso del ZnSO4 es el doble del sulfato de fierro y el porcentaje enpeso del CaCO3 es el triple del FeSO4 determinar la masa y elporcentaje en peso de cada uno de los tres compuestos.

16. a. Convertir 70F a C, K, R b. Convertir 210 K a C, F, R

17. En un recipiente de 800mL, mezclamos dos lquidos x e y cuyasdensidades son respectivamente 2,5g/cm3 y 1,5 g/cm3. La suma desus masas es 480g y adems el volumen de y es mayor en 180mL.Cul es la masa del compuesto x?

RESPUESTAS1. a: cambio fsico c: cambio qumico

b: cambio qumico d: cambio fsico

2. a: Cambio fsico c: propiedad qumicab: propiedad fsica d: cambio qumico

3. Es homognea la solucin de sal, sus componentes pueden separarse

por evaporacin.

4. Es heterognea, puede ser mediante una dilucin y seguido de unafiltracin.

5. a. Densidad= 7,30 g/cm3 b. Estao


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QUMICA GENERAL

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6. 0C, 180R, 20F y 30C

7. a) F e) Q i) Fb) Q f) Q j) Qc) F g) Q k) Qd) Q h) F l) F

8. a) Ho d) He g) Heb) Ho e) Hoc) He f) Ho

9. a) M e) S i) Mb) M f) S j) Mc) M g) M k) Sd) M h) M l) M

10. a) m d) e g) m j) cb) c e) e h) m k) mc) m f) c i) m l) m

11. a) F d) F g) Fb) F e) Q h) Qc) Q f) F i) Q

12. CaCO3: 490 Kg; MgCO3: 300 Kg, escoria: 210 Kg

13. a) 1,3 g/mL b) 48,46% c) 51,54%

14. Densidad del metal: 5,97 g/cm3

15. %ZnSO4: 33,33 ; %FeSO4: 16,67 ; %CaCO3: 50,00

16. a) 21,11 F 294,11 K 530 Rb) -63 C -81,4 F 378,6 R

17. La masa de x es 131.25 g


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QUMICA GENERAL

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QUMICA GENERAL

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CAPTULO II

TEORIA AT0MICALas diferentes teoras atmicas en el tiempo han tratado fundamentalmentede explicar y dar a conocer la constitucin interna de la materia. Los griegoscon Leucipo y Democrito en el ao 700 a.C. indicaron que la materiaestaba formada por partculas diminutas e indivisibles llamadas tomos (sindivisin). Esta teora no fue desarrollada debido a Aristteles, quienpostulaba que la base del mundo material era el agua, aire, tierra y fuego.

A travs del tiempo fueron muchos los aportes de investigadores,estudiosos para tener el conocimiento de cmo esta constituida la materia,es muy posible que an no se conozca en forma total su constitucin.

Entre los principales aportes tenemos: 1803:Jhon Dalton: Propone su TEORA ATMICA. 1814 J.J. BERZELUIS: Descubre los elementos Ce, Se, Si y Th 1819 Dulong y Petit: Determinan las masas atmicas a partir de sus

calores especficos 1859 Robert Bunsen y Gustavo Kirchoff: Indican que cada elemento

posee un espectro caracterstico y descubre los elementos Cs y Rb. 1868 Pierre Jansen: Descubre en el espectro solar una nueva lnea,

debido a la presencia del elemento Helio que todava no se habadescubierto en la tierra.

1869 Dimitri Mendeleiev: Propone una clasificacin de elementos enbase a la masa atmica del elemento, predice las propiedades de varioselementos an no descubiertos.

1879William Crookes:A los rayos producidos en el ctodo por una corriente elctrica en untubo al vaco los denomina rayos catdicos.


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50

1885 J.J. Balmer: Propone una ecuacin matemtica para calcular la

longitud de onda de las lneas del espectro electro magntico. 1886 E. Goldstein: Realiza experimentos con el tubo de Crookes

modificado, y observa los rayos canales (partculas positivas). 1895Wilhelm Roentgen: Descubre los rayos X 1896 Antoine Becquerel: Descubrio la radioactividad natural. 1897 J.J. Thomson: Demuestra que los rayos catdicos son partculas

con carga negativa (electrones) y halla la relacin de la masa y carga delelectrn.

1898Marie Curie y su esposo: Descubren elementos radiactivos comoel polonio y radio.

1900 Max Planck: Propone su TEORA CUNTICA, en la que indicaque un tomo excitado emite luz por medio deunidades discretas llamadas cuantos.

1904 Thomson: Propone el modelo atmico Pudnde pasas, los electrones (pasas) se encuentraninmerso en una masa de carga positiva (pudin).

1905 Albert Einstein: Propone una ecuacin querelaciona la masa y energa. Defini que un rayo deluz es una constante de partculas (fotn).

1909R. Millikan: Determin la carga del electrn (1,60 x 10 -19C) por

medio de su experimento de la gota de aceite.


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QUMICA GENERAL

51

1911 Ernest Rutherford: Propone elmodelo atmico Sistema planetariodebido a que descubre que casi toda lamasa del tomo esta en el ncleo.

1912J.J. Thomson: Separa los istopos delNeon-20 y Neon-22.

1913 Niels Bohr: Demuestra que loselectrones del tomo de hidrgeno giran enorbitas circulares alrededor del ncleo.

1913 Henry Moseley: La carga nuclear es caracterstica de cadaelemento. 1924Louis Broglie: Demuestra que los electrones tienen propiedades

ondulatorias. 1925 Wolfgang Pauli: Afirma que en un orbital solo se permiten dos

electrones con espn opuesto en cada orbital. 1926Erwin Schrodinger: Propuso una ecuacin para poder ubicar al

electrn. 1927W. Heisemberg: Explica que no es posible conocer la posicin y

el momento del electrn en forma simultnea.

1927Frederick Hund: Propone la Regla de Hund; los electrones deun nivel de energa presentan un mximo nivel electronesdesapareados y presenta el mismo spin.

1932 James Chadwick: Descubre el neutrn. 1934 Samuel Hurst: Detecta e identifica a la mayora de tomos

individuales de los elementos.

El tomo es la clula de un elemento y presenta una estructura interna quebsicamente esta constituida por protones, neutrones y electrones. El tomoes elctricamente neutro.

El tomo presenta las siguientes partes:1. Ncleo:Es la parte central del tomo, lugar donde se encuentran los

protones, neutrones, mesones, positrones, etc.

En el ncleo se encuentra alrededor del 99.9% de la masa del tomo,posee carga positiva.


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QUMICA GENERAL

52

Protones:Son partculas de carga elctrica positiva.Masa del protn = 1,676 x 10-24g = 1 uma

Neutrones:Son partculas neutras.Masa del neutron = 1,676 x 10 -24g

2. Electrones:Alrededor del ncleo giran los electrones que son partculas con carganegativa. Las orbitas donde se ubican los electrones se denominanorbitasMasa del electrn = 9,11 x 10-28g

PARTICULA SIMBOLO MASA (g) CARGA(C) LOCALIZACION

Protn p+ 1,676 x 10-24 1,6 x 10-19 NcleoNeutrn N 1,676 x 10-24 0 Ncleo

Electrn e

-

9,11 x 10-24 -1,6 x 10-19

Alrededor del

ncleo


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QUMICA GENERAL

53

Representacin de un elemento

X: smbolo del elementoA: nmero de masaZ: nmero atmicon: nmero de neutronesc: carga

Nmero Atmico (Z)Es el nmero de protones del tomo.

Z= #p+

Si el tomo es neutro, el nmero de protones es igual al nmero deelectrones.

#p+= #e-: tomo neutro o basal

El nmero atmico es nico para cada elemento.

Nmero de masa (A)El nmero de masa es la suma de los protones y neutrones deltomo.

A= #p++ #n sabemos que #p+= Z, luego:A= Z + #n

CargaEs la diferencia entre el nmero de protones y electrones.

Carga= #p+- #e-Si #p+ > #e- Carga es + : Catin: Ca+2, Na+1

#p+ < #e- Carga es - : Anin: Cl-1, Br-1#p+ = #e- Neutra : Ca, Na, Br

Istopos (hlidos):Son tomos que pertenecen a un mismo elemento, tienen igual nmeroatmico pero diferente nmero de masa.


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QUMICA GENERAL

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Istopos del elemento Y

Los istopos tienen diferentes nmeros de neutrones, sus propiedadesqumicas son semejantes, pero tienen diferentes propiedades fsicas.Ejm:

126 C

136 C

Isbaros:Son tomos de diferentes elementos que tienen igual nmero demasa.Ejm:

Los isbaros tienen diferentes configuraciones electrnicas debido aque son elementos diferentes.

Istonos:Son tomos de diferente elemento pero que tiene igual nmero deneutrones.

ESPECTRO ELECTROMAGNTICOEn forma casual Newton observo la descomposicin

de la luz, al pasar un haz a travs de un prisma decristal.

1

1

Z n

z nY+ 2

2

Z n

z nY+ 3

3

Z n

z nY+

1 1

A

Z nY 2 2A

Z n

1

1

Z n

Z nW+ 2

2

Z n

Z n

+


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55

Esta banda de colores se denomina espectro visible.

Color Violeta Indigo Azul Verde Amarillo Naranja RojoRango(A)

3950a

4200

4200a

4550

4550a

4900

4900a

5150

5150a

5900

5900a

6500

6500a

7500

El espectro visible es solo una pequea parte del espectro electromagnticototal.

El conjunto de todas las ondas electromagnticas constituye el espectro

electromagntico, parte de lo cual podemos observar en la tabla que semuestra.

Ondas electromagnticasOnda: perturbacin que transporta energa, algunas requieren un medioadecuado para poder propagarse, toda onda al propagarse ocasiona unmovimiento vibratorio.


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QUMICA GENERAL

56

Las ondas tienen los siguientes componentes- Longitud de onda ()es la distancia entre dos nodos alternados o la

distancia entre dos crestas continuas, su unidad es A cm.- Frecuencia (f)nos indica el nmero de longitudes de onda que pasan

por un punto en un determinado tiempo.

f1

= =nmerodelongitud deonda

Hertztiempo s

- Velocidad (C), la velocidad de la onda electromagntica se obtienepor:

C= f

Se asume que en el vaco las ondas electromagnticas tienen unavelocidad igual a la velocidad de la luz.

C= 3x1010cm/s

- Amplitud (A),alteracin mxima de la onda respecto al eje horizontal,unidad de longitud: cm.


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QUMICA GENERAL

57

Ondas electromagnticasLa fuente natural ms conocida de onda electromagntica es el sol, asmismo los diferentes rayos csmicos que atraviesan nuestra atmsfera.

Las ondas electromagntica estn formadas por un campo elctrico y uncampo magntico.

Estos componentes tienen la misma longitud de onda y frecuencia por lotanto la misma velocidad pero se desplazan en planos perpendiculares. Lasondas electromagnticas por su naturaleza pueden propagarse a travs delaire e incluso en el vaco.

TEORA CUANTICA DE PLANCKPlanck propuso que los tomos o molculas solo podan emitir o absorberenerga en cantidades mnimas llamadas cuanto o foton.

La energa (E) de un solo cuanto de energa es proporcional a lafrecuencia.

E = hfSi, C= f

f= C/E= h C/


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QUMICA GENERAL

58

h: constante de planck: 6,63 x 10-27Erg. S (1erg = g.cm2/s2)

6,63 x 10-34J.s. (1Joule= Kg.m2/s2)

MODELO ATOMICO DE BOHRBohr, postulo un modelo sencillo del tomo de hidrgeno. El tomo de hidrgeno tiene un ncleo y electrones que se mueven a su

alrededor en orbitas circulares. Las orbitas circulares deben cumplir con la condicin de

2

0,529nn

rZ

=

n: Nivel

r: Radio en Z: Nmero atmico

En un estado excitado los electrones pueden ascender a un nivelsuperior absorbiendo energa o descender a un nivel menor liberandoenerga.

E= h= E2-E1=

22

11

fi

Hnn

R

RH= 2,18 x 10-18J

HIPTESIS DE BROGLIEEs conocida como el principio Dual de la materia, propone que unapartcula de masa m y velocidad V puede tener un movimiento ondulatorioo con una determinada longitud de onda.


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QUMICA GENERAL

59

hcE

= ..(1) E= mc2.. (2)

igualando (1) y (2)hc

= mc2

hmc

=

Reemplazando c por la velocidad propia de la partcula vh

mv=

Entonces podemos concluir que toda partcula va asociada a una onda.

PRINCIPIO DE INCERTIDUMBREHeisenberg, propuso lo siguiente:

No es posible conocer al mismo tiempo la posicin del electrn y elmomento (mv), todos los medios para descubrir la trayectoria del electrntienen fotones cuya energa alteran el movimiento y posicin del electrn.

m4

hvx

=

Donde:x : variacin en la posicin de xv : variacin en la velocidadh : constante de planck

m : masa del electrn

EL EFECTO FOTOELCTRICOA finales del siglo XIX una serie de experimentos pusieron de manifiestoque la superficie de un metal emite electrones cuando incide sobre l luzde frecuencia suficientemente elevada (generalmente luz ultravioleta).

Este fenmeno se conoce como efecto fotoelctrico.


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Uno de los aspectos particulares del efecto fotoelctrico que mayorconfusin cre fue el que la distribucin de la energa en los electronesemitidos es independiente de la intensidad de la luz.

Un haz de luz intenso da lugar a ms fotoelectrones que uno dbil, pero laenerga media de los electrones es la misma.

Estas observaciones no se pueden entender en el marco de la teoraelectromagntica de la luz.

Igualmente extrao es que la energa de los fotoelectrones dependa de lafrecuencia de la luz empleada.

A frecuencias por debajo de cierta frecuencia crtica caracteristica de cadametal, no se emite ningn fotoelectrn.

Por encima de este umbral de frecuencia, los fotoelectrones tienen un

mrgen de energa que va de 0 a un determinado valor mximo.

Este valor mximo aumenta linealmente con la frecuencia.)(

0ffhEc

mx =

Donde f0 es el umbral de frecuencia por debajo del cual no hayfotoemisin.


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TEORA ATMICA MODERNAErwin Schrodinger (1926) basndose en los conceptos de Broglie yHeisemberg propuso una ecuacin diferencial con derivadas parcialesllamados Ecuacin de onda

La funcin de onda proporciona informacin respecto a la ubicacin delelectrn en el espacio cuando se encuentra en un determinado estado deenerga.

En la resolucin de esta ecuacin se obtuvieron inicialmente tres nmeroscunticos n, l, m pero fue necesario un cuarto nmero cuntico: s,entonces:

= f (n, m, l, s)

NMEROS CUNTICOSa) Nmero cuntico principal (n):

Nos indica el nivel energtico principal del electrn, toma valoresenteros y positivos, determina el tamao de la nube, cuanto mayor sea

el valor de n, ms lejano estar el electrn del nivel del ncleo.

Nmero cuntico principal:n = 1 2 3 4 5 6 n = K L M N O P


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QUMICA GENERAL

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b) Nmero cuntico secundario o azimutal (l)Nos determina la forma de los orbitales donde selocaliza el electrn, nos indica la ubicacin delelectrn en un determinado subnivel de energa,cada valor de l esta relacionado con un subnivelde energa.Valores de l

l= s p d f .l= 0 1 2 3 .

l Forma Orbitales Nro e-max.s Esfrica 1 ( _ ) 2p Lobular 3 ( _ _ _ ) 6d Trbol 5 ( _ _ _ _ _ ) 10f Compleja 7 ( _ _ _ _ _ _ _ ) 14

Subnivel s

Subnivel p


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QUMICA GENERAL

63

Subnivel d

Subnivel f

c) Nmero cuntico Magntico (m)Nos indica la orientacin de un orbital en elespacio.

Los valores que puede tomar m son de la +l, incluyendo el cero.

m: -l0,+l

Si l=2, los posibles valores de m son: -2. -1,0, +1 y +2


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d) Nmero cuntico de giro o spin (s)Es el giro del electrn sobre su propio eje y laorientacin del campo magntico que esteproduce, toma dos valores:

ENERGIA RELATIVA DE UN ORBITAL (Er)Se determina por la suma de los nmeros cunticos principal y secundario

Er= n+l

n= 1 l= 0 Er= 1n= 2 l= 0 Er= 2

l= 1 Er= 3

CONFIGURACIN ELECTRNICAEs la forma en que los electrones estn ordenados o distribuidos en eltomo.

Notacin electrnica: nlxn: nivel

l: subnivelx: nmero de electrn

PRINCIPIO DE EXCLUSIN DE PAULIEn un tomo determinado dos de sus electrones no pueden tener el mismoconjunto de nmeros cunticos.

e1- e2-n 3 3l 2 2m 1 1

s -1/2 +1/2REGLA DE HUNDEstablece que todos los orbitales de un subnivel dado deben estar ocupadosprimero por electrones desapareados y luego se completar con el segundo.Ejem.


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7N 1s2 2s2 2p3

1s 2s 2px 2py 2pz

PRINCIPIO AUFBAU DE CONSTRUCCINEstablece que en todo tomo los electrones se encuentran ubicados siempreen niveles de menor a mayor energa.

Nivel : n Sub nivel: l Er= n+l

1 0 (s) 12

0 (s)1 (p)

23

30 (s)1 (p)2 (d)

345

4

0 (s)1 (p)2 (d)3 (f)

4567

Ordenando de acuerdo al orden creciente de sus energas: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2,3p6, 4s2, 3d10, 4p6

Para cada tomo la distribucin se realiza hasta llegar al nmero deelectrones que posee.

FORMA PRCTICA DE DISTRIBUCIN


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En ambos casos el llenado se realiza siguiendo las flechas en el ordenindicado.

Ejem. Indicar los nmeros cunticos del tomo que tiene 21 electrones.1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1

n=3, l=2, m=-2, s= + 1/2

DEFINICIONES BSICAS tomo paramagntico: son tomos que son atrados por campos

magnticos y se le reconoce porque tiene electrones desapareados.11Na : 1s2, 2s2, 2p6, 3s1

Atomo diamagnticoSon tomos que son repelidos por campos magnticos, en suconfiguracin electrnica los electrones se encuentran apareados.

20Ca: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2

tomo antiserruchoEn este tipo de tomo no se cumple la distribucin electrnica se les

reconoce fcilmente porque su C.E. de tomo neutro termina en d

4

y d

9

,sus verdaderas configuraciones terminan en d5 y d10 porque el ltimosubnivel s le cede un electrn.Ejem.

24Cr: 1s22s22p63s23p64s23d41s22s22p63s23p64s13d5 Configuracin del 24Cr

Especies isoelectrnicasSon aquellos tomos o iones que poseen el mismo nmero deelectrones.

Electrones de valenciaSon los electrones del ltimo nivel o capa.Ejem. 20Ca: 1s22s22p63s23p64s2

Electrones de Valencia: 2


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pz px

s

py

xA1

Z n1 xA2

Z n2 xA3

Z n3

Configuracin simplificada

Se trata de sustituir una parte de la C.E. por el smbolo de un gas noble.2He 10Ne 18Ar 36Kr 54Xn 86Rn

20Ca: 1s22s22p63s24s2[Ar] : 1s22s22p63s220Ca: [Ar] 4s2(configuracin electrnica simplificada)

Representacin Lewis- Los electrones de valencia se representan por (.) (x)- El smbolo del elemento

Ejem.

7N: 1s22s22p3electrones devalencia: 5

PROBLEMAS RESUELTOS

1. Se tiene un elemento con 3 istopos cuyos nmeros de masa suman96 y sus neutrones guardan una progresin aritmtica cuya razn es 3y suma 36a) Determinar el nmero atmico de los isbarosb) Determinar el nmero msico de cada istopo

a) Sean los istopos:Datos:A1+ A2+ A3= 96 (1)

n1+n2+n3= 36 (2)n2 =n1+3 (3)n3=n1+3+3=n1+6 (4)


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a) Determinacin del nmero tomico: Z

Por (1) : A1 + A2 + A3 = 96, Sabemos que : A = Z + nZ+n1+Z+n2 + Z+n3= 363Z + n1+n2+n3 = 96,

3Z + 36 =96 Resolviendo Z= 20Respuesta: el nmero atmico es 20

b) Nmero msico de cada istopo: A= Z+nReemplazando en (3), (4) y en (2)n1+n1+3+n1+6= 36

3n1+9=363n1= 27Resolviendo n1= 9, n2= 12 y n3=15A1= 20+9 = 29A2= 20+12= 32A3= 20+15= 35

Respuesta: los nmeros de masa son 29, 32 Y 35

2. La diferencia de los nmeros atmicos de 2 isbaros es 24, si susneutrones suman 40, hallar el nmero de neutrones del tomo quetenga menor valor de nmero atmico.

1 21 2A A

Z n Z nY Z2 - Z1= 24 . (1), n1+n2= 40 . (2)

Sabemos De (1)A= Z + n Z2 - Z1= 24Z= A-n A-n2 (A-n1) = 24

A-n2A+n1 = 24n1-n2= 24 . (3)

De (2) y (3)

n1+n2= 40 Resolviendo: n2= 8n1 - n2 = 24 n1= 32

Respuesta:El que tiene menor nmero atmico es el tomo cuyo n=32

3. La suma de los nmeros atmicos de 2 isotonos es 18 y la diferenciade sus masas atmicas es 6, hallar sus nmeros atmicos.


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Isbaro Isoelectrnico

1 2

1 2

A A

Z n Z nW Z1+Z2= 18 . (1)A2-A1= 6 . (2)A= Z+n Z2+n Z1 -n = 6

Z2-Z1= 6Z2+Z1= 18

ResolviendoZ1= 6Z2= 12

Respuesta:Los nmeros atmicos son 6 y 12

4. El tomo 22W es isbaro con el 24X, el cual es isoelectrnico con el Y -3,ste en estado neutro tiene un nmero de protones que es doble delos neutrones y su nmero msico es 36. Determinar el nmeroatmico del tomo W

322 24

A AW X Y

Y Neutro

36 362 24 12a aY Y

Para:

24

3Y

Carga = #p+- #e- -3= 24- #e- #e-= 27X24tiene 27e-, como esta en estado neutro #p+= 27= #e-

27 24A X A= 51

5122z W

Z(W)= 51-22= 29

Respuesta:El nmero atmico de W es 29.

36=3aa=12


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5. De la grfica

Calcular la velocidad de B(VB), si la masa de A es 30 g yla de B es 34 g, si lavelocidad de A (VA) es 48cm/s.

De la grfica

6A= 4B+1

4B

6A= 174

B

17

24A

B

= (1)

Por el principio dual de la materia

A

A

h

mV = h= AmA VA AmAVA = BmBVB

B

B

h

mV

= h= BmBVB VB = A n A

B B

m V

m

. (2)

(1) en (2):17(30 )48

30 /24(34 )B

g cmsV cm s

g= =

Respuesta:La velocidad de B es 30 cm/s

6. Determinar el # de subniveles y orbitales llenos que posee un tomocuyo nmero atmico es 36.Z= 36C.E. = 1s22s22p63s23p64s23d104p6

Subniveles: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6(1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) : 8

orbitales: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6(1) (1) (3) (1) (3) (1) (5) (3) :18

Respuesta: El nmero de subniveles es 8 y el nmero de orbitales es 18


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QUMICA GENERAL

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7. Determinar los nmeros cunticos del ltimo electrn del tomo X,cuyo ion X3-es isoelectrnico con 28N-5

28N-5: Carga = #p+- #e-5 = 28 - #e-

#e- = 33

Como: X-3es isoelectrnico con 28N-5X-3tiene 33 electrones

Para x-3Carga = #p+- #e-

-3 = #p+

- 33#p+ = 30

Como el #p+= #e- en un tomo sin carga, el tomo X tiene 30 e-1s22s22p63s23p64s23d10

Nmeros cunticos 3d10n = 3l = 2m = +2s = -1/2

8. Indique el nmero mnimo y mximo de electrones que tienen untomo que solamente posee:

a) 2 subniveles llenosmnimo mximo1s22s2: 4 e- 1s22s22p5: 9e-

b) 1 nivel llenomnimo mximo

1s2: 2e- 1s22s22p5: 9e-

c) 2 orbitales llenosmnimo mximo1s22s2: 4e- 1s22s22p3: 7e-


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QUMICA GENERAL

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9. Hallar el nmero de masa de un tomo que posee 51 neutrones y que

solamente tiene 4e-en la quinta capa.Nmero masa: A= Z+n (1)Como sabemos Z= #e-= #p+,,,,. (2)

Si el tomo tiene 4e-en la quinta capa:

1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p24 e- en la quinta capa

Entonces #e-= 50 por la ecuacin (2)

Z = 50 A = Z+nA = 50+51A = 101

Respuesta:El nmero de masa es 101

10. El X+2y 13W-2son isoelectrnicos, sobre el tomo X determinar:a) Configuracin electrnicab) Nmeros cunticos del ltimo e- de la configuracin electrnicac) Representacin LEWIS

El tomo 13W-2: Carga = #p+- #e--2 = 13 - #e-#e-= 15

Si X-2es isoelectrnico con 13W-2X+2tiene 15e-Carga = #p+- #e-+2 = #p+-15#p+ = 17

RESPUESTAS:Como el tomo x tiene 17 e -(por ser neutro)

a. 1s22s22p63s23p5

b. Nmeros cunticos 3p5n=3 m= 0l= 1 s= -1/2

c. Representacin Lewis


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QUMICA GENERAL

73

11. Un equipo de disk compact funciona con una radiacin de de 2500A. Si el equipo es de 1000 watts (J/s) de potencia y se ha utilizado3x1024 fotones para la lectura del C.D. Qu tiempo demor lalectura.

Energia

Tiempo

JPotencia

S=

energiat

potencia= (1)

Para el clculo de la Energa de un fotn

chE=

E34 10 1

8

6,63 10 . . 3 10

102500

1

x J s x x cms

A cm

=

simplificando

E= 0,7956 x 10-18J (de un foton)

Como se han utilizado 3x1024fotones180,7956 10

1

JE

foton

= x 3x1024fotones

E= 2,3868 x 106J

Reemplazando en la Ec. (1)62,3868 10

1000 /

=

Jt

J s= 2386 seg 39 m, 46 s

Respuesta:El tiempo necesario ser 39 minutos

12. Una partcula cuya masa es 12,3 g se desplaza segn figura:


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QUMICA GENERAL

74

Determinar:

a) b) Velocidad

a) De la grfica

2 = 30 cm= 15 cm

b) Sabemos:h

m

= Si 1 erg=

2

2

g cm

s

27 2 26,63 10 .

12,3 15

x g cm s s

gx cm

=

V= 3,59 x 10-29 cm/s

Respuesta:

a) La longitud de onda es de 15cmb) La velocidad es de 3,59x10-29cm/s

13. Si un tomo tiene 4 orbitales llenos como mnimo en el nivel 3determinar:a) El nmero de electronesb) Nmero cunticos del ltimo e -de la configuracin electrnica

Respuesta:

Como el tomo tiene: 4 orbitales llenos como mnimo en el perodo 31s22s2 2p63 s23p6s p

2 63 3

4 orbitales llenos en el tercer nivel (mnimo)


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75

a) Nmero de electrones: 18e-

b) Nmero cunticos 3p6n= 3 m= +1l= 1 s= -1/2

14. Qu energa generan 5x1026 fotones de una radiacin cuyafrecuencia es 300 MHz y cual es su longitud de onda?(1MHz=106Hz) (1Hz=1/s)

a) Energa de un fotnE= hf

E= 6,63 x 10-27Erg. s x 300 MHz 6101

HzHz

(Hz = 1/s)

E= 1,989 x 10-18Erg.

Etotal181,989 10

1

x

foton

= Erg x 5x1026 fotn

Etotal= 9,945 x 108Erg

b) Clculo de Sabemos f= C

=C

f 10 1

6

3 10

300 10 1/

x cm s

s

= = 100 cm.

La longitud de onda es 100 cm. = 1 m

Respuesta: a) La energa total es 9,945 x 108ergb) Su longitud de onda es 100 cm

15. Una estacin de radio emite seales con una frecuencia de 0,7 MHz,

estas ondas son recepcionadas en la localidad B, si se generan comomximo 210 crestas. Calcular E, y a que distancia esta ubicada B.

f= 0,7 MHz x6

510 17 101

Hz xHz s

= (1 Hz=1/s)

a) Calculando10 1

45 1

3 104,28 10

7 10

c x cmscm

x s

= = =


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QUMICA GENERAL

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Cada cresta esta contenida en una longitud de onda, ladistancia total ser:

D= 4,28 x 104cm x 210= 8,98 x 106cm

b) E= h x f = 6,63 x 10 -27Erg.s x 7x105s-1E= 4,6 x 10-21Erg.

Respuesta: a) La distancia es 8,98 x 106cmb) El valor de E es 4,6 x 10 -21erg

16. Cuantos electrones posee como mximo y mnimo un tomo quetiene 3 niveles energticos llenos. #e-mnimos

1s22s22p63s23p64s23d10 : 30 e-

#e- mximos ( se considera un electrn antes de completar elcuarto nivel)1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f13: 69 e-

Respuesta: El tomo como mnimo posee 30 e-y como mximo 69 e-

17. Segn la ecuacin de Planck. Cul es la energa desprendida enforma de onda electromagntica, si la longitud de onda de laradiacin emitida es =10-15cm, sabiendo que el nmero de fotonesque realizan la transmisin son 103Solucin:Calculemos la energa de un fotn

=

hcE

mxsmxxsergxE 215

827

1010/103.1063,6

= = 0,1989 erg.

Si un fotn irradi 0,1989 erg.Luego 103fotones irradianEtotal= 103x 0,1989 erg = 198,9 erg

Respuesta: Etotal= 198,9 erg


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QUMICA GENERAL

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18. Cul ser la energa en calora que puede transportar un foton decoloracin violeta?Solucin:

=

hcE , la longitud de onda de una radiacin de color violeta es

390x10-9m, x erg . x m/ s

Ex m

=

27 8

9

6 63 10 3 10

390 10

ergx

caloraxergxE

712

10186,4

1101,5 =

calora10x22,1E 19=

19. Calcular la energa en caloras de una mol de fotones de la luzamarilla cuya longitud de onda es de 542,8 nmSolucin:Sabemos que:1 mol fotones contiene 6,023 x 1023fotones1 calora equivale a 4,18 x 107erg1 nm equivale a 10-9m

= hcE = 542,8 nm

m10x8,542

s/m10x3xs.erg10x63,6E

9

827

=

E = 0,0366 x 10-10 erg energa de un foton

Etotal= 0,0366 x 10-10 erg x 6,023 x 1023fotones xerg10x18,4

cal17

Respuesta:Etotal= 52,74 x 103caloras

20. Un electrn al descender de un nivel a otro nivel energtico pierde2,84 x 10-12 erg. en forma de un fotn de luz monocromtico.Calcular la coloracin aproximada del fotna) verde c) azul e) ndigob) rojo d) amarillo


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QUMICA GENERAL

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Solucin:El electrn cuando desciende de un nivel superior a otro inferior,desprende energa emitiendo un fotn cuya coloracin es apreciablecuando su longitud de onda cae dentro del rango visible.

E

hc

=

erg10x84,2

s/m10x3xs.Erg10x63,6E

12

827

m10x7 7=

700m10nm1xm10x7 97 == nm

Respuesta: La coloracin es roja

21. Calcular la energa emitida por un electrn que del quinto nivel deenerga cae al primer nivel. Exprese tambin el vector de la longitudde onda (A) y frecuencia de la radiacin emitida.Solucin:

Ni = 5 E = 2,18 x 10-11erg

22 nf

1

ni

1

Nf = 1 E = 2,18 x 10-11erg

11

251

, f, E = ? E = 2,18 x 10-11erg

25

251= erg10x

25

32,52 11

E = 2,09 x 10-11erg

El signo negativo denota emisin o prdida de energa.

hc

hE =

= f , C = 3 x 1018A/s

2,09 x 10-11erg = 6,63 x 10-27erg . s x

1o18

sA10x3 o2o1827 A10x5,9A10x3x10x62,6 ==

= 951,6 Ao

f =sergx

ergx

.1063,6

1009,227

11

= 0,31 x 1016s-1

Respuesta:f = 3,1 x 1015s-1 E = 2,09x10-11erg = 951,6


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QUMICA GENERAL

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22. El nmero de masa de un elemento es 238 y su nmero atmico es92. El nmero de protones que existe en el ncleo de este elementoes:a) 238 b) 92 c) 146 d) 330 e) Faltan datos

Solucin: El nmero atmico Z indica el nmero de protones# p+= Z = 92

Respuesta: (b)

23. Si un elemento tiene nmero atmico 24 y peso atmico 52. Cuntos

electrones tiene un tomo neutro?a) 24 b) 76 c) 52 d) 28 e) 48Solucin: Para el tomo neutro se cumple que:

# p+= #e-= Z = 24luego hay 24 electrones

Respuesta:(a)

24. Un cierto tomo es doblemente inico con carga positiva y presenta 4electrones en su capa N, Cul es su nmero atmico?a) 41 b) 40 c) 34 d) 38 e) 32

Solucin: El nivel tambin se puede sealar con letras:K L M N1 2 3 4

O sea en la configuracin electrnica deben aparecer 4 electrones enla cuarta capa:X+21s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p2 e-= 32

2e- 2e-

el catin perdi electrones: (#e-= Z 2)32 = Z 2 Z = 34

Respuesta:(c)

25. Si el ltimo electrn de la configuracin electrnica de un elementotiene los nmeros cunticos 3, 1, +1, -1/2 respectivamente (n, l, m, s)Calcular el nmero atmico del elemento.Solucin: 3p6 __ ___ __ ultimo electrn

-1 0 +1


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QUMICA GENERAL

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1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

Sumando sus electrones se tiene Z = 18

Respuesta:El nmero atmico es 18

26. Indique cual de los siguientes tomos tiene el mayor nmero deelectrones desapareados o celibatarios:

I. P (Z=15) : [Ne] 3s2 3p3II. Ni (Z=28) : [Ar] 4s2 3d8III. K (Z=19) : [Ar] 4s1

IV. Fe (Z=26) : [Ar] 4s2

3d6

V. Cl (Z=17) : [Ne] 3s23p5VI. Mo (Z=42) : [Kr] 5s24d4VII. Mn (Z=25) : [Ar] 4s23d5

Respuesta:El Mo: [Kr] 5s24d4 [Kr] 5s14d5 (6 electronescelibatarios)

27. El nmero atmico (Z) de un elemento indica el nmero de protonesy el nmero msico (A) indica la suma de protones y neutrones que seencuentran en un ncleo de un tomo. En general, un elemento X serepresenta como: n

A

ZX

De acuerdo a esto, indique cuantos protones, neutrones y electronestienen los siguientes elementos:

2813Al S

3216 Cu

6429 U

23592 Br

8035

Respuesta: Al (13 p, 15 n y 13 e-); S(16 p, 16 n y 16 e-); Cu(29 p,35 n y 29 e-); U(92 p, 143 n y 92 e-); Br(35 p, 45 n y 35 e-)

28. Cul de los siguientes elementos tiene 4 neutrones ms que elelemento Li73 ?

I. B115 II. N147 III. O

168 IV. F

199 V. Al

2613

Respuesta:El Li73 tiene 4 n. El O168 tiene 8 n (4 ms que el Li)


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QUMICA GENERAL

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29. Cul de los siguientes smbolos representa a la partcula que contiene

24 protones, 26 neutrones y 22 electrones?I. { X2624 }

2+

II. { X5024 }2+

III. { X5026 }2+

IV. { X5022 }2-

Respuesta:El { X5024 }2+tiene 24p, 26 n y 22 e.

30. La diferencia de los cuadrados del nmero de masa y nmero atmicode un tomo es 420; si tiene 6 neutrones. Determinar el # deelectrones del in que tiene carga -1.Solucin:A2-Z2= 420(A+z) (A-z) = 420(z+n + z) (z+n-z) = 420(n+2z) (n) = 420(6 + 2z) (6) = 4206 + 2z = 70

2z = 64z = 32

Cuando el tomo es neutro:El nmero de electrones = # p+= 32Carga = #p+- #e--1 = 32 - # e-#e-= 33

Respuesta:El ion tiene 33 e-

31. Considere tres tomos que contienen la siguiente relacin departculas fundamentales:

X : 14 p+, 15 n y 14 e-Y : 14 p+, 16 n y 14 e-Z : 15 p+, 14 n y 15 e-

De acuerdo a esto, indique cual aseveracin es(son) correcta(s)


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QUMICA GENERAL

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I. Los elementos Y y Z son istopos

II. X y Z tienen la misma masa atmicaIII. X y Z corresponden a un mismo elementoIV. Y y X corresponden a un mismo elementoV. X, Y y Z son istopos

Respuesta:Son correctas II y IV

32. La longitud de onda de una luz violeta es de 410 nm. Cual es sufrecuencia?Solucion:C=

f=C/= (3108

m/s) / 410nmx (110-9

/1nm) =7,321014

1/s

Respuesta: La frecuencia es 7,32

10141/s

33. La longitud de onda de la luz verde de un semforo se sita alrededorde 500 nm. Cual es la frecuencia de esta radiacin MHz?Solucion:C = ff = C/ = (3

108m/s)/ 500nmx (1

10-9/1nm)=6,0

10141/s= 6,0x108 Mz

Respuesta: La frecuencia es 6,0108Mz

34. Considerando el dibujo esquemtico siguiente sobre ondaselectromagnticas. Cul ser en cm-1?

6.0x10-3cmWavelenght

Solucion:1,5 = 6,0 x 10-3cm= 4,0 x 10-3cm= 1 / = 1 / 4 x 10-3

= 250 cm -1Respuesta: 250 cm-1


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QUMICA GENERAL

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35. La longitud de onda de cierta luz roja es de 660 nm. Cual es sufrecuencia? Cual es la energa en ergios de un fotn de luz?Solucion:C=f=C/= (3x108m/s) / 660nmx (1x10-9m/1nm) =4,55x10141/s

E=hE = (6,63x10-34j.s) (4,55x10141/s)E = 30,16x10-20julios x (107ergios / 1 julios)E = 30,16x10-13 ergios

Respuesta: La energa es 30,1610-13Ergios

36. Un T.V. a colores funciona con 50 Kv. Demuestre que en un TV seproducen rayos X y por lo tanto constituye fuente de contaminacinradioactiva.Solucion:Carga del electrn ( e ) : 1,602x10-19CVoltaje aplicado : 50 000 V

Sabemos: E = eV=h.c / E = (6,63x10-34J.s x 3x108m/s) / eV= (6,63x10-34J.s x 3x108m/s) / 1,602x10-19C x 50 000 V= 0,025 nm

Respuesta: La longitud de onda es 0,025nm

37. En la llama del mechero bunsen, los tomos de bario proveniente dela descomposicin de una muestra que contiene este elemento, sufreuna transicin electrnica de energa igual a 3,92x10 -12ergios.a) Indicar el color de la llama que indica la presencia de bariob) Determinar la longitud de onda en nanmetros

Solucion:E= 3,92x10-12ergiosE=hfE=h.C/= hC/ E=(6,63x10-34j.s)(3x108m/s)/3,92x10-12 ergiosx(1j/107 ergios)= 5,07 x 10-7m. (1x10 9nm/1m)= 507 nm..... verde


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QUMICA GENERAL

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Respuesta:

a) El color de la llama es verdeb) La longitud de onda es 507nm

38. Una conocida emisora comercial de radio FM opera con unafrecuencia de 100 MHz. Calcule la longitud de onda y energa parauna onda de radio de esta emisora.Solucion:E=hf

E = 6,63x10-34j.s x 100 MHz x (106Hz / 1 MHz)E = 6,63x10-26j

C= Hz = 1 / s=C/f = (3x108m/s) / 1x108Hz) = 3 m

Respuesta: La longitud de onda es 3m y la energa es 6,63

10-26J

39. Calcular la diferencia de potencial que se requiere aplicar en un tubode rayos X para que se emitan radiaciones de longitud de onda de 1 (amstrong)Solucion:E = eV = h f

Donde: eV = electrn voltioeV = hC / V(voltaje) = hC / e V =( 6,63x10-34j.s)(3x108m/s) / 1,6x10-19Cx1 x (1x 10-10m / 1)1Joule = C x V (coulombxvoltio)V = 12431,25 voltios

Respuesta: La diferencia de potencial es 12431,25 voltios

40. Un rayo de luz de 1500 (amstrong) de longitud de onda que

transporta una energa de 6,62x1010 ergios/seg., incide sobre unacelda fotoelctrica y se gasta totalmente en producir fotoelectrones.a) Cul es la magnitud de la corriente elctrica producida por la

celda? (I = intensidad de corriente)Solucion:E=hfE=h.C/


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QUMICA GENERAL

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E= (6,63x10-27ergios) (3x1010cm/s) / 1 500. (1x10-8cm / 1 )

E= 13,26x10-12ergios/foton

Para hallar el nmero de fotones por segundo:E(rayo de luz)/E(foton) = (6,62x1010erg/s)/(13,24x10-12)erg/fotonNmero de fotones=0,5x1022foton/seg.

Nmero de fotones es igual al nmero de fotones incidentes: 0,5x1022foton/s

Para hallar la intensidad de corriente (I):

I = 0,5x1022

fotones/s x 1,6x10-19

C/fotonI = 800 C/s = 800 amperios

Respuesta: La intensidad de corriente es de 800 amperios

41. La energa requerida para la ionizacin de un cierto tomo es3,44x10-18 joule. La absorcin de un fotn de longitud de ondadesconocida ioniza el tomo y expulsa un electrn con velocidad1,03x106m/s. calcule la longitud de onda de radiacin incidente.Solucion:Sabemos:Ecintica=Ecmx=hf-hfohf =hfo

donde: Ec: energa cintica del electrnhfo: energa requerida para arrancar un electrn del metal

hf = KE + BE . (1)KE = mV2 donde: m= masa, v= velocidadBE = 3,44 x10-18Jhf = hC /

Reemplazando en (1)hC / = mV2+ 3,44 x10-18J = hC / mV2+ 3,44 x10-18J

( )( )( )( )

+

=

J103,44m/s101,03J.s/m109,109

m/s103J.s.106,63

182623121

834


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QUMICA GENERAL

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= 5,07x10-8m

Respuesta: La longitud de onda es de 5,0710-8m

42. Calcular la masa de la partcula que genera una ondaelectromagntica de longitud de onda igual a 3850 AmstrongSolucion:Ecuacin De Broglie: = h / mv

donde: = longitud de onda

m = masav = velocidadh = cte de Planckm = h / vm = 6,63x10-34j.s / 3850 x (10-10m / 1 )x (3x 108m/s)j = kg.m2/ s2m = 5,74 x 10 -36Kg

Respuesta: La masa es 5,74

10-36Kg

43. Cual es la longitud de onda de De Broglie asociado a un electrncuya velocidad es 2x108m/seg.?Solucion: = h / mvdonde:= longitud de ondam = masav = velocidadh = cte de Planck

= 6,63x10-34j.s / 9,109 x 10-31kg x 2. 108m/s= 3,64 x 10 -12m x (1 / 10-10m)= 0,036

Respuesta: La longitud de onda es 0,036


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QUMICA GENERAL

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PROBLEMAS PROPUESTOS

1. La diferencia de los cuadrados del nmero de masa y nmero atmicode un tomo X es 120, determine los nmeros cuanticos del ltimoelectrn de la configuracin electrnica si posee 6 neutrones.

2. El nmero de masa de un tomo Y excede en 6 al doble de su nmeroatmico, si el nmero de neutrones es 16, determine:a) El #p+b) Nmero de masac) El # de electrones del y -3

3. Cual es la energa (erg) aproximada de una mol de fotones (6.023 x 1023fotones) si la es de 5x103A

4. Se ha deducido que el nmero de masa de un tomo W esta entre 86 y96 el # de e-s desapareados es 3 como mnimo. W es istono con 20X,el cual es Isobrico con 42Y. Determinar sobre W.a) C.E. abreviadab) Los nmeros cuanticos del penltimo e-

5. Un tomo de hidrgeno absorbe cierta cantidad de energa que permitea su e-llegar a la tercera orbita (n=3), cuando el tomo excitado volvia su estado fundamental, emiti luz detectable por el ojo humanocuanta energa se liber?

6. Si1 1

/ 2

tiene 10 neutrones. Determinar

a) El nmero de protonesb) El nmero de electrones del in x-1

7. El nmero msico de W excede en uno al doble de su nmero atmico,si el nmero de neutrones es 16, determinar:a) El nmero de p+de Wb) Configuracin electrnica de Wc) Nmeros cunticos d

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