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

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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.

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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

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Compuestos orgánicos

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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

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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.

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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

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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– 

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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) 

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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

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H2SO4 HNO3

Ácido sulfúrico Ácido nítrico

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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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