APUNTES CATEDRA UNIDAD I ESTRUCTURA DE LA MATERIA Y ATOMICA PROCESOS BIOLOGICOS I CBI 120
Semana 1 Prof. Sylvia Araya
1 Semestre 2012
Sylvia Araya
CBI120
1 Semestre 2011
Introducción La vida es una propiedad que marca la diferencia entre los seres vivos y los que no lo son; no obstante, la constitución de los seres vivos no se diferencia de la del resto de los no vivientes, pues la materia que los constituye está formada por moléculas y átomos.
La
química
está
presente
en
nuestros
hogares:
actividades
como
lavar,
desinfectar, fumigar son ahora mucho más fáciles de realizar; ello se debe a que en el mercado encontramos productos elaborados químicamente que simplifican estas tareas domésticas. De igual manera, perfumes, desodorantes, polvos faciales, cremas dentales, cremas para afeitar o para proteger la piel se elaboran con el auxilio de la química; entonces podemos decir que esta ciencia ayuda al hombre a mejorar sus condiciones de vida y a realizar de manera más fácil sus tareas cotidianas. Asociada con otras ciencias como la biología y la ingeniería genética, la química ha contribuido a conocer más la naturaleza humana y con ello prevenir y mejorar la salud de los habitantes del planeta; un ejemplo lo constituye el reciente hecho de descifrar el misterio del DNA (ácido desoxirribonucléico) responsable de nuestras características genéticas.
2
1. Química
Materia : Materia es todo lo que nos rodea, que tiene masa y ocupa un volumen en el espacio.
Propiedades, cambios y clasificacion de la materia
Propiedades de la materia
1.
Propiedades físicas : son aquellas propiedades que presenta la materia y que al ser observadas no cambian su composición química .
Ej. Color , olor ,dureza, constantes físicas ( densidad, pto. De ebullición, de viscosidad, radio atómico etc.) 2.
fusión,
Propiedades químicas: son aquellas propiedades que presenta la materia y que al ser observadas cambian la composición química. (reactividad química que presenta la materia)
Ej. El metano (gas natural) tiene la propiedad química de reaccionar con oxígeno combustión).
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(reacción de
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Si las propiedades dependen o no de la materia se clasifican en : 1.
Propiedades extensivas: ej.
2.
dependen de la materia
Volumen, propiedades coligativas, energía
Propiedades intensivas : no dependen de la materia ej. Densidad, pto de ebullición, de fusión etc.
Cambios que presenta la materia:
Fuente de Información Teórica e Imágenes1 Webibliografia Interactiva Te sugerimos que visites las siguientes direcciones interactivas http://centros5.pntic.mec.es/ies.victoria.kent/Rincon-C/Practica/practica.html
1. 1
Cambio de estado :
ocurre sin cambio alguno en la composición química.
Créditos Imagen http://iessuel.org/ccnn/interactiv/quimica01.htm
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ej. Cambios de estado de sólido a líquido, líquido a gaseoso .
Cambios de estado de la materia
Ejemplo. Cambios de estado en el agua2
Ej ¿Qué ocurre a nivel molecular?3
2
http://www.kalipedia.com/tecnologia/tema/otras-propiedades agua.html?x=20070417klpcnatun_98.Kes&ap=1
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.Cambio químico: para que ocurra un cambio de este tipo se necesita que: a)
Se usen una o más sustancias
b)
Se formen una o más sustancias nuevas
c)
Se absorba o libere energía
Ejm.
Cuando el gas metano reacciona con el oxígeno se produce una reacción
conocida con el nombre de combustión , esto corresponde a un cambio químico . CH4 (g)
+
O2 (g)
→
CO2 (s)
+ H2O
(g)
reacción que libera energía.
Cuando una sustancia sufre un cambio químico demuestra sus propiedades químicas y por lo general las propiedades físicas se alteran. Pero atención : un cambio físico puede sugerir un cambio químico, por ej. Un cambio de color, el calentamiento o formación de un sólido al mezclar dos soluciones.
Ej.Reacciòn del Hierro con azufre para formar sulfuro de azufre
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. Webibliografia Interactiva Te sugerimos que visites las siguientes direcciones interactivas http://www.librosvivos.net/smtc/homeTC.asp?TemaClave=1072 http://materias.unq.edu.ar/qui01/silvina/
Clasificación de la materia
Métodos físicos
Método Químico
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Clasificación de las sustancias puras: Las sustancias puras se clasifican en dos tipos: elementos y compuestos; ambos son homogéneos ya que mantienen sus propiedades características. Los elementos Son también denominados sustancias simples elementales que constituyen la materia. Se combinan para formar los compuestos. No se pueden descomponer ni elaborar por métodos químicos.ej. C , O2 , H2 , S8 , Na ,He
Azufre
Sodio
Los compuestos son denominados también Sustancias Compuestas; están formados por dos o más elementos unidos químicamente en proporciones fijas de masa. Se pueden descomponer y elaborar por métodos químicos las proporciones de los constituyentes guarda una proporción constante. Ej CO2 , H2SO4 , NaOH .
Hidróxido de Sodio NaOH
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Sulfato de Cobre pentahidratado CuSO4 x 5H2O
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Los compuestos son muy abundantes en la naturaleza, pero también son sintetizados en el laboratorio. Los compuestos pueden descomponerse en sus elementos constitutivos o sustancias simples empleando técnicas específicas de separación.
Mezclas: no tienen composición química definida sus componentes no pierden sus propiedades físicas y químicas al mezclarse.
Tipos de mezclas: Mezclas homogéneas: Son las que indistinguibles a simple vista o con el , la componentes es por métodos físicos.
tienen partículas separación de sus
Por ejemplo: Aleaciones, bebidas gaseosas, salmuera, agua de mar
Mezclas heterogéneas: son aquellas en las cuales pueden reconocerse sus diversos componentes (se distinguen sus partículas debido a la diferencia de sus propiedades. La separación de sus componentes es por métodos físicos.
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Sustancia: especie homogénea de materia con composición Química definida.
Resumen Materia Sustancias puras
Mezclas
•
Sistema homogéneo de un solo componente
•
• •
Composición fija No pueden separarse por medios físicos Temperatura constante durante los cambios de estado Ejemplos: agua, hierro, dióxido de carbono
• •
•
•
•
•
Sistema homogéneo o heterogéneo, formado por dos o más componentes Composición variable Pueden separarse por métodos físicos Temperatura variable durante los cambios de estado Ejemplos: agua y arena, aire (mezcla de gases).
•
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Materia
aparece en la naturaleza en forma Mezclas Sustancias Puras Mezclas Heterogéneas
Mezclas Homogéneas especialmente
como Mezclas Gaseosas Agua y Aceite
que son Compuestos
Elementos
como
ejemplos
como Mezclas Líquidas
Dióxido de carbono,CO2
Agua, H2O
Aire (N2,O2)
como
Carbono, C Helio, He Oxígeno, O2
Agua/etanol Agua/azúcar
Ejercicios de aplicación. 1. Indica si los siguientes enunciados corresponden a cambios ó propiedades físicas o químicas de la materia . a) b) c) d) e) f)
el permanganato de potasio es una sal de color morado. el punto de ebullición del etanol es 78ºC combustión del gas licuado (mezcla de propano-butano ). fusión del hierro. el clorato de potasio (KClO3) se descompone en cloruro de potasio(KCl)y oxígeno (O2). el radio atómico del Pb es 1.75å
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2.
Indicar cuáles de los siguientes sistemas son mezclas y cuáles son sustancias puras: a) b) c) d) e) f)
agua de mar cobre (Cu°) acido acético (CH3COOH) bromo líquido (Br2) vinagre agua con parafina
Respuestas a ejercicios: 1.
a), c) d) e)
b), f) propiedades físicas propiedad química cambio físico cambio químico
2. mezclas homogéneas = a), e) mezclas heterogéneas = f) sustancia pura elemento = b), d) sustancia pura compuesto = c)
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12 Partículas fundamentales El átomo de cada elemento está constituido por: Partículas subatómicas Protones Neutrones Electrones
Símbolo Carga relativa p+ +1 n° 0 e-1
Masa relativa (11H ) 1 1 1 /1875
Ubicación Núcleo Núcleo Exterior
En donde : Número atómico = Z = número de protones del núcleo del átomo , y si es un átomo neutro es igual al número de e- de ese átomo. Número másico = A = número de protones + número de neutrones del núcleo Número de neutrones = n° = A – Z La masa de un átomo de cada elemento es la suma de las masas de los protones, neutrones y electrones. Pero, debido a que la masa de los electrones es muy pequeña comparada con la masa de los protones y neutrones la masa del átomo se concentra prácticamente toda en la masa del núcleo. La forma correcta de representar a cualquier elemento (X) de la tabla periódica implica indicar tanto Z como A.
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Isotopos: son átomos de un mismo elemento que tienen el mismo número atómico pero distintos números másicos; es decir, tienen el mismo número de protones pero distinto número de neutrones. Los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de varios isótopos, los que tienen distinta masa atómica. 12 6
C
isótopo de carbono-12 (6 p+ , 6 n° , 6 e-)
6
C
isótopo de carbono-13 (6 p+ , 7 n° , 6 e-)
6
C
isótopo de carbono-14 (6 p+ , 8 n° , 6 e-)
13
14
Isótopos del átomo de carbono
Iónes: son átomos que tienen distinto número de electrones que de protones, siendo, por lo tanto, cargado eléctricamente. Un ión positivo o cargado positivamente tiene menos electrones que protones y se llama catión. Un ión negativo o cargado negativamente tiene más electrones que protones y se llama anión. Ejemplos: 27 13
Al
3+
significa que esta especie tiene 13 protones, 14 neutrones y 10
electrones, tratándose por lo tanto de un ión con tres cargas positivas o catión . Nota : por cada carga positiva que presente el ión se deberá restar un número igual de e- al átomo neutro. CBI120 Procesos Biológicos Autor Sylvia Araya
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14 31 15
P
-3
significa que esta especie tiene 15 protones, 16 neutrones y 18
electrones, tratándose por lo tanto de un ión con una carga negativa o anión además se trata del isótopo 37 del cloro. Su número atómico (Z) es igual a 17 y su número másico (A) es igual a 37.
nota : por cada carga negativa que presente el ión se deberá sumar un número igual de e- al átomo neutro.
Resumen
Constitución interna de los átomos
Constituidos fundamentalmente por partículas subatómicas
electrones
ubicados en la
protones
neutrones
ubicados en determinan núcleo
periferia
número atómico determinan se representa número de masa Z
+
Z=p
se representa Asigna la identidad del elemento A
A = p+ + nº
Y ubicación en la T.P
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15 Ejercicios:
1.¿Cuántos protones, electrones y neutrones se encuentran en los átomos de las siguientes especies? b) 36 Cl c) 19 Fd) 24 Na + a) 14 N 7
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9
12
2. Un elemento posee 28 electrones y 31 neutrones, por lo tanto su número atómico y su número de masa son respectivamente: a) 59 y 31. b) 31 y 28. c)
28 y 31
d)
28 y 59
3. Un isótopo de un elemento metálico tiene número de masa de 65 y 35 neutrones en el núcleo. El catión derivado del isótopo tiene 28 electrones. Escriba el símbolo de este catión
4.-Se han encontrado dos átomos en los cuales el número de protones y su número de masa
son respectivamente: átomo A ( 6 y 14); átomo B (7 y 14), ¿Se tratará de
isótopos o de iones de un mismo elemento? Sí, no ¿Porqué?
.5.-Indica el número de protones y de electrones en cada uno de los siguientes iones: Iones
Na+
Ca2+
Al3+
Fe2+
I-
F-
S2-
O2-
N3-.
11
12
13
26
53
9
16
8
7
P+ eZ
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6.-- En la siguiente tabla se indica el número de electrones, protones y neutrones en los átomos e iones de varios elementos.Indique a) ¿Cuáles de las especies son neutras? ¿Cómo explica su respuesta b) ¿Cuáles son aniones ? ¿Cómo explica su respuesta ? c) ¿Cuáles son cationes ? ¿Cómo explica su respuesta
Átomos o lones de
A
B
C
D
E
F
G
Número de electrones
5
10
18
28
36
5
9
Número de protones
5
7
19
30
35
5
9
Número de neutrones
5
7
20
36
46
6
10
elementos
7) Te invitamos a la siguiente pag de ejercicios on line
http://www.educaplus.org/play-85-Part%C3%ADculas-de-los-%C3%A1tomos-e-iones.html Importancia del Número Atómico y el Número Másico
http://www.educaplus.org/play-85-Part%C3%ADculas-de-los-%C3%A1tomos-e-iones.html
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