Concepto de Energía – Relación entre masa y energía La energía se define como la capacidad para realizar un trabajo o transferir calor. Hay de diferentes formas : energía calórica, energía eléctrica, energía cinética, energía potencial. Principio de Conservación de la Masa: en toda reacción química no hay un cambio observable en la masa del sistema, es decir la suma de las masas de reactivos es igual a la suma de las masas de los productos. Principio de Conservación de la Energía: Este principio expresa que la energía no puede crearse ni destruirse en una reacción química o proceso físico, solo puede convertirse de una forma a otra.
Hay una equivalencia entre la energía y la masa de un sistema material, esta dada por la ecuación de Einstein:
E: energía. m: masa del cuerpo. c: velocidad de la luz = 3.108 m/s Principio de equivalencia entre masa y energía de Einstein Por tener c un valor tan elevado, los pequeños cambios de masa, van acompañados de grandes cambios de energía.
Átomo – Partículas Subatómicas
La partícula más pequeña que puede existir de un elemento, conservando la identidad química del elemento recibe el nombre de átomo Teoría atómica de la materia de Dalton:
1-Cada elemento se compone de partículas extremadamente pequeñas, llamadas átomos.
2- Los átomos de un elemento dado son idénticos; los átomos de elementos diferentes son diferentes y tienen propiedades distintas (incluida la masa). .
3- Los átomos no se crean ni destruyen en las reacciones químicas, ni se transforman en átomos diferentes.
4-Se forman compuestos cuando se combinan átomos de más de un elemento. Un compuesto dado, siempre tiene el mismo número relativo y clase de átomo Hoy se sabe, que los átomos tienen una estructura interna y están constituidos por partículas de menor tamaño Estas partículas, que constituyen el átomo, se denominan partículas subatómicas.
En 1911, Rutherford postuló, que la mayor parte de la masa del átomo y toda su carga positiva, reside en una región muy pequeña, extremadamente densa a la que llamo núcleo. La mayor parte del volumen total del átomo era espacio vacío, en el que los electrones se movían alrededor del núcleo. Son tres las partículas que afectan el comportamiento químico: El protón. El neutrón. El electrón. Los protones y neutrones forman un cuerpo central, compacto, llamado núcleo del átomo. Este modelo de un átomo, se llama Modelo Nuclear .
En la naturaleza no existe una partícula que tenga una carga eléctrica inferior a la del electrón, por eso se dice que es la unidad de carga eléctrica.
El electrón fuera del átomo es estable. El protón fuera del átomo es estable El neutrón fuera del átomo no es estable. A los 20 minutos aproximadamente se descompone dando 1p+ + 1 e-.
Neutrinos: partículas que no poseen carga eléctrica con la característica de que cuando están en reposo, no tiene masa entonces son todo energía.
Positrones: son partículas que tienen una masa igual a la del electrón, y una carga eléctrica igual a la del electrón pero positiva, son estables fuera del núcleo.
Mesones: son partículas que tienen masas intermedias entre la del electrón y la del protón, algunos poseen cargas eléctricas positivas y otros negativas, otros no tienen carga. Todos los mesones son inestables fuera del núcleo. Por descomposición de los mesones se forman los neutrinos
Carga Nuclear o Número Atómico (Z) El número atómico (Z), es el número de protones que tiene el núcleo de un átomo de un elemento químico. Se simboliza con Z. Z es una propiedad característica de cada elemento químico. Su valor se saca de la tabla periódica. Su valor indica la posición que ocupa el elemento en la tabla periódica. Número másico (A): Es un número entero (no una masa) , que indica la cantidad de protones y neutrones presentes en el núcleo de un átomo de un determinado elemento. A = nº de protones + nº de neutrones A = Z + n
Los átomos de un mismo elemento pueden tener distintos números másicos. A X El Ne tiene los átomos con los siguientes números másicos: Ne: 20Ne 21Ne 22Ne O: 16O 17O 18O C: 12C 13C 14C (radiactivo) Isótopos: Los isótopos son átomos del mismo elemento que tienen igual número de protones pero distinto número de neutrones. Poseen idéntico Z y diferente A La composición de un núcleo atómico se indica mediante su símbolo nuclear o símbolo isotópico
Algunos isótopos tienen nombres específicos, por ejemplo:
Moléculas: Una molécula es una partícula discreta formada por dos o mas átomos unidos entre si por fuerzas llamadas enlaces químicos
Sustancia: Es una clase homogénea de materia de composición química invariable. Hay dos clases de sustancias:
Sustancias simples o elementos Sustancias compuestas o compuestos Masa atómica relativa (Ar) Es un número adimensional que indica cuántas veces más pesado es el átomo del elemento que la uma.
En la tabla periódica figuran las masas atómicas relativas; esto quiere decir que sus valores fueron determinados en relación a la masa absoluta de otro átomo que se toma como referencia.
Para elaborar una escala de masa atómica relativa, es necesario definir una unidad de referencia, la que se calcula en base a la masa del 12C.
Esa unidad es la uma (unidad de masa atómica).
Masa Molecular Relativa (Mr): La masa molecular relativa de una sustancia es el cociente entre la masa media de una molécula y la uma. Indica cuántas veces más pesada es la molécula de la sustancia que la uma. Las masas moleculares relativas se calculan sumando las masas atómicas relativas de los átomos que componen una fórmula química. Constante de Avogadro (NA): El NA es una constante que indica el número de átomos de carbono que hay en exactamente 12 g de 12C. NA = 6,022.1023 mol -1
Mol: El mol es la cantidad de materia que contiene tantos entes elementales como átomos de carbono hay exactamente 12 g de 12C.
Los entes elementales pueden ser átomos, moléculas, iones, grupos de átomos, electrones u otras partículas.
Experimentalmente se comprobó que este número es 6,022.1023 átomos
Masa Molar (M):
La masa molar es la masa en g de un mol de átomos, moléculas, iones, o unidades fórmulas. La masa molar es numéricamente igual a la Mr o a la Ar, de la especie considerada, pero expresada en g / mol. M = Ar g / mol M = Mr g / mol Volumen molar normal de un gas (Vm.o):
Es el volumen que ocupa un mol de moléculas de un gas ideal en CNPT (1atm y 0ºC). Vm.o = 22,414 L / mol Vm.o = 22,4 L / mol (por simplicidad)
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