tema 1: elementos y compuestos tema 1: elementos y compuestos

TEMA 1: ELEMENTOS Y COMPUESTOS
IMPORTANCIA DE LA QUÍMICA Y
EL MÉTODO CIENTÍFICO
ELEMENTOS QUÍMICOS
MOL DE ELEMENTOS
TIPOS DE COMPUESTOS QUÍMICOS
MOL DE COMPUESTOS
COMPOSICIÓN CENTESIMAL
ESTADOS DE OXIDACIÓN
NOMENCLATURA DE COMPUESTOS INORGÁNICOS
NOMENCLATURA DE COMPUESTOS ORGÁNICOS
Tema 1: Elementos y compuestos
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Química I. Grado en Química
Grado en Química. Química I
Importancia de la Química y el Método científico
La contemplación de la naturaleza nos produce sensaciones de
admiración y de sorpresa difíciles de describir. ¿Cómo se puede explicar
la belleza de un paisaje o el prodigioso fenómeno de la vida? Pero si se da
un paso más y se analiza más allá de lo que simplemente observamos, se
descubre la esmerada ordenación de los átomos en el mundo mineral y la
diversidad y complejidad de las reacciones químicas en los organismos
vivos.
Los átomos, las moléculas y los compuestos químicos son los
auténticos protagonistas de la naturaleza, de nuestro cuerpo y de nuestro
entorno. La química constituye la base de las condiciones de vida hoy,
pero también del futuro.
La química es el estudio de la materia y los cambios que ocurren en
ella
"Nada
"N
d existe
i excepto átomo
á
y espacio;
i ell resto tan sólo
ól son opiniones"
i i
"
Demócrito (460 a.C.-390 a. C.)
át
se unen en orden
d y posición
i ió diversos,
di
como las
l letras,
l t
que aunque son
"LLos átomos
pocas, al colocarse juntas de varias formas, producen innumerables palabras"
L.M. Lehn (Premio Nobel de Química)
Química I. Tema 1. Elementos y compuestos
• El desarrollo de la química ha mejorado las condiciones de vida.
g
, plásticos,
p
, desinfectantes,, aislantes,, pigmentos,
pg
, combustibles,,
• Analgésicos,
antibióticos, fibras sintéticas, semiconductores, catalizadores, son posibles
gracias a la química .
• La química tiene un papel determinante en la alimentación.
alimentación
• La química nos ayuda a comprender el mundo en el que vivimos.
• La química transforma nuestro entorno y juega un papel importante para el
mantenimiento de un
n desarrollo sostenible.
sostenible
• Todos los compuestos
p
responsables
p
de la vida ((ácidos nucleicos,, p
proteínas,,
enzimas, hormonas, azúcares, lípidos, vitaminas, etc.) son sustancias
orgánicas.
(fármacos polímeros,
polímeros pesticidas,
pesticidas herbicidas,
herbicidas etc.)
etc )
• La industria química (fármacos,
juega un papel muy importante en la economía mundial e incide en
muchos aspectos de nuestra vida diaria con sus productos.
Química I. Tema 1. Elementos y compuestos
Observación natural
o experimental
Propiedades
p
de la materia
Método Científico
Propuesta de explicación
hipótesis
Se revisan
S
i
los
l experimentos
i
t
si muestran que la hipótesis
no es adecuada
Experimentos diseñados
para comprobar la hipótesis
Teoría
í (o modelo) que
amplía la hipótesis y
proporciona predicciones
Se modifica la teoría si los
experimentos muestran que
el modelo no es adecuado
Experimentos para probar
las predicciones de la teoría
Se establece la teoría a no
ser que nuevos experimentos
u observaciones indiquen
fallos del modelo
Las leyes naturales son proposiciones
concisas acerca del comportamiento de la
naturaleza.
Para probar una ley natural el científico
di
diseña
una situación
i
ió
controlada
l d
o
experimento, para ver si las conclusiones
que se deducen de la ley natural
concuerdan
con
los
resultados
experimentales.
Una hipótesis es un intento de explicación de
una ley natural. Si la hipótesis es
consistente con las pruebas experimentales,
se le denomina teoría.
t í
“la química es la ciencia que estudia la composición y las propiedades de la materia”
La composición se refiere a los componentes o partes de una muestra de
materia
Una ppropiedad
p
física es la q
que tiene una muestra de materia mientras no
cambie su composición.
En una trasformación química o reacción química, una o más muestras de
materia se convierten en nuevas muestras con composiciones diferentes.
diferentes
El método científico es la combinación de
las observaciones y experimentos junto
con la formulación de las leyes, hipótesis
y teorías.
Química I. Tema 1. Elementos y compuestos
Química I. Tema 1. Elementos y compuestos
Mezclas homogéneas y heterogéneas
Sustancias: elementos y compuestos
p
Materia
Un elemento químico es una sustancia constituida por sólo un tipo de átomos.
No
Sí
¿Puede separase por
un proceso físico?
Sustancia
No
Sí
Los compuestos químicos son sustancias en las que se combinan entre sí los
diferentes elementos.
Mezcla
¿Puede descomponerse
p
por un proceso químico?
Compuesto
Elemento
Sí
¿Es totalmente
No
uniforme?
Homogénea
Heterogénea
F
F
Una molécula es la entidad más pequeña
posible en la que se mantienen las mismas
proporciones de los átomos constituyentes.
F
S F
F
F
Química I. Tema 1. Elementos y compuestos
Química I. Tema 1. Elementos y compuestos
Tipos de compuestos químicos y sus fórmulas
H2O2
Compuestos moleculares
Fórmula
l empírica
i
CH2O
Fórmula molecular
C2H4O2
Algunas moléculas
CH3CH2Cl
P4O10
Fórmula estructural
H
H
O
C
H
C
CH3CH(OH)CH3
OH
HCO2H
Química I. Tema 1. Elementos y compuestos
Compuestos orgánicos
Química I. Tema 1. Elementos y compuestos
Compuestos
p
iónicos
Compuestos formados
por iones positivos y
negativos unidos por
fuerzas electrostáticas
en una estructura
tridimensional.
Química I. Tema 1. Elementos y compuestos
Química I. Tema 1. Elementos y compuestos
El concepto de mol y los compuestos químicos
Un mol es una cantidad de sustancia que contiene el mismo número de
entidades elementales que el número de átomos de carbono-12 que hay
en una cantidad de 12 g exactos de carbono-12
El “número de entidades elementales (átomos, moléculas,…)” en un mol es la
constante de Avogadro, NA = 6,02214199x1023 mol–1
Moles de elementos, de compuestos, etc.
Determinación de fórmulas empíricas
p
y moleculares
Cálculo de la composición centesimal a partir de fórmulas químicas
• Calcular la masa molar a partir de la masa de los elementos que lo
constituyen.
• Por cada elemento formular la relación entre su contribución a la masa
molar y la masa del compuesto en porcentaje.
p
la exactitud de los cálculos, confirmando q
que los porcentajes
p
j
• Comprobar
suman el 100,00%
Determinación de fórmulas empíricas y moleculares
1.
2.
3
3.
4.
5.
Química I. Tema 1. Elementos y compuestos
Determinación de fórmulas empíricas
p
y moleculares
Escoger un tamaño de muestra arbitrario (100 g).
Convertir las masas en cantidades, en moles.
Escribir una fórmula.
fórmula
Convertir la fórmula en números enteros pequeños.
Multiplicar todos los subíndices por un número entero pequeño
que los
l convierta
i
en números enteros.
Química I. Tema 1. Elementos y compuestos
Análisis de los productos de combustión
La 2-desoxirribosa, azúcar constituyente básico del ADN tiene una
composición centesimal: 44,77%
44 77% de C; 7,52%
7 52% de H y 47,71%
47 71% de O.
O
•Tomamos una muestra de 100 g: 44,77 g de C; 7,52 gr de H; 47,71 g de O
•Convertir las masas de los elemento en moles (C: 12,011; H: 1,008; O
15,99). Res: 3,727 mol de C; 7,46 mol de H; 2,982 mol de O.
•Dividir por el número mas pequeño para encontrar la relación unidad más
pequeña (2,982). Res: C1.25
. 5H2.50
.50O1
•Se multiplica por el número adecuado para que todos los subíndices sean
) C5H10O4
enteros ((x 4):
La fórmula obtenida más simple es la fórmula empírica.
La fórmula molecular real puede ser igual o un múltiplo de la fórmula
empírica.
Química I. Tema 1. Elementos y compuestos
Química I. Tema 1. Elementos y compuestos
Estados de oxidación
1. El estado de oxidación (EO) de un átomo individual en un elemento libre
(sin combinar) es 0.
0 Ejemplos: Cl y Cl2
2. La suma de los estados de oxidación de todos los átomos en una especie
neutra (molécula o unidad fórmula) es 0 y en un ion es igual a la carga
d l ion.
del
i
Ejemplos:
Ej
l CH3OH y MgCl
M Cl2; Fe
F 3+ y MnO
M O4–.
3. Los metales del grupo 1 tienen en tos sus compuestos el EO +1 y los del
grupo 2 el EO es +2.
4. El estado de oxidación del flúor en todos sus compuestos es –1. Ejemplos:
HF, ClF3 y SF6.
5. El estado de oxidación del hidrógeno en sus compuestos es +1.
Ejemplos: NH3, CH4.
6. El estado de oxidación del oxígeno en sus compuestos es –2. Ejemplos:
CO2, MnO4–.
7. Los elementos del grupo 17 en sus compuestos binarios con metales es –
1; los elementos del grupo 16 es –2 y los elementos del grupo 15 es –3.
Ejemplos: P4, Al2O3, NaH, H2O2, Cl2O, K2O, K2O2, H2CO, CH3OH
Química I. Tema 1. Elementos y compuestos
Nomenclatura de los compuestos inorgánicos
Compuestos binarios de metales y no metales
Normalmente formados por iones. Se escribe el nombre del no metal, con
la terminación uro seguido por el nombre del metal sin modificar.
N Cl
NaCl
=
Eléctricamente neutro
cloruro
l
d sodio
de
di
El nombre no se
cambia
Terminación “uro”
uro
MgI
g2
=
Ioduro de magnesio
g
Al2O3
=
Óxido de aluminio
Na2S
=
Sulfuro de sodio
El oxígeno forma los iones óxido (O=), peróxido (O22-) y superóxido (O2-).
Química I. Tema 1. Elementos y compuestos
Nombres de aniones homopoliatómicos incluyendo anomalías
Triyoduro
Triyoduro I3– Aziduro (azida)
Aziduro (azida) N3– 2– Peróxido O2
Nitruro N3– Hiperóxido o Fosfuro P3– O2– Superóxido ó
Ozónido O3– Arseniuro As3– 2– Sulfuro S
Carburo C4– 2– Disulfuro
S2
Dicarburo o C22– acetiluro Seleniuro
Seleniuro Se2– Boruro
Boruro B3– Química I. Tema 1. Elementos y compuestos
Química I. Tema 1. Elementos y compuestos
Compuestos binarios entre dos no metales
Compuestos moleculares
Se escribe en primer lugar el elemento con el estado de
oxidación positivo.
HCl = cloruro de hidrógeno
Algunos pares de no metales forman más de un compuesto.
Mono
1
Hexa (hexakis)
6
Di (bis)
2
Hepta (heptakis)
7
Tri (tris) 3
Octa (octakis)
8
Tetra (tetrakis)
4
Nona (nonakis)
9
Penta (pentakis)
5
Deca (decakis)
10
Compuestos binarios moleculares de hidrógeno
Nombres sistemáticos para compuestos binarios de hidrógeno
a) Hidruros mononucleares Hidruros mononucleares
BH3 Borano NH3 Azano (amoniaco) CH4 Metano PH3 Fosfano (fosfina) SiH4 Silano
Silano AsH3 Arsano (arsina)
Arsano (arsina) GeH4 Germanano SbH3 Estibano (estibina) SnH4 Estannano H2O Oxidano (agua) PbH4
Plumbano
Plumbano H2S S
Sulfano (sulfuro de H)
Sulfano (sulfuro de H) H2Se Selano (seleniuro de H) b) Hidruros polinucleares que forman cadenas saturadas Si2H6 Disilano
Disilano N2H4 Diazano (hidracina)
Diazano (hidracina) Si3H8 Trisilano P2H4 Difosfano (difosfina) Sn2H6 Diestannano As2H4 Diarsano (difosfina) Química I. Tema 1. Elementos y compuestos
Química I. Tema 1. Elementos y compuestos
Compuestos binarios entre dos no metales
Ácidos binarios
Los ácidos cuando se disuelven en agua dan lugar a H+.
Son compuestos que se ionizan en agua.
agua
Importante: Cuando una molécula se disuelve en agua para dar un ácido altera su
nombre
nombre.
HCl Cloruro de hidrógeno
HF Fluoruro de hidrógeno
HCl(aq) Ácido clorhídrico
HF(aq) Ácido fluorhídrico
Oxoácidos
Combinaciones de no metales con oxígeno e hidrógeno que cuando
se disuelven en agua dan lugar a H+.
H3PO4 Ácido fosfórico
H2CO3 Ácido carbónico
Química I. Tema 1. Elementos y compuestos
H2SO4
HNO3
Ácido sulfúrico
Ácido nítrico
Química I. Tema 1. Elementos y compuestos
Iones poliatómicos
Iones poliatómicos muy comunes
Ion amonio
Ion fosfonio
Ion oxonio
Ion carbonato
Hipoclorito
Clorito
Clorato
Perclorato
Cianuro
NH4+
PH4+
H3O+
2
CO32ClO
ClO2ClO3ClO4CN-
Hidrogenosulfuro
g
Amiduro
Ion acetato
Hidrógenocarbonato
Fosfato
Hidrógenofosfato
Sulfato
Hidrogensulfato
g
Cianato
Tiocianato
HSNH2C2H3O2HCO3PO43HPO42SO42HSO4NCONCS-
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Química I. Tema 1. Elementos y compuestos