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Canarias EvAU Química

EvAU · Gobierno de CanariasQuímica36 notas em 9 pastas, 232 KB

36 notas de revisão de Gobierno de Canarias EvAU Química, criadas por cookie, em 9 seções que seguem os tópicos do curso.

Notes for the Canarias PAU (EvAU) Química, in folders for the content blocks in the order the subject is taught there: atomic structure, bonding, inorganic nomenclature, thermochemistry, kinetics, equilibrium, acid-base, redox and organic chemistry, with worked calculations. They follow the Canarias Química curriculum (Decreto 30/2023) and the PAU 2026 structure under RD 534/2024.

Ao adicioná-las, você coloca uma cópia nas suas anotações, em uma pasta própria com as pastas abaixo. Você pode alterá-las e transformá-las em cartões de estudo ou em um conjunto de questões. Ao baixar, você recebe um arquivo zip com arquivos Markdown, que podem ser abertos em qualquer aplicativo de anotações.

O que contém

  • Estructura atómica y sistema periódico
    • Espectros atómicos y modelos atómicos6 KB
    • Números cuánticos, orbitales y configuración electrónica7 KB
    • Sistema periódico y propiedades periódicas7 KB
  • Enlace químico y propiedades de las sustancias
    • Enlace iónico y ciclo de Born-Haber6 KB
    • Enlace covalente y estructuras de Lewis6 KB
    • Geometría molecular, RPECV e hibridación7 KB
    • Polaridad y fuerzas intermoleculares7 KB
    • Enlace metálico y propiedades de las sustancias7 KB
  • Formulación y nomenclatura inorgánica
    • Óxidos, peróxidos, hidruros e hidróxidos7 KB
    • Sales binarias, oxoácidos y oxosales8 KB
  • Termoquímica
    • Primer principio y entalpía7 KB
    • Ley de Hess, entalpías de formación y energías de enlace6 KB
    • Entropía y energía de Gibbs6 KB
  • Cinética química
    • Velocidad de reacción y teoría de colisiones7 KB
    • Ecuación de velocidad y órdenes de reacción5 KB
  • Equilibrio químico
    • Equilibrio dinámico, Kc y Kp6 KB
    • Cálculos de equilibrio6 KB
    • Principio de Le Châtelier y cociente de reacción6 KB
    • Equilibrios de precipitación6 KB
  • Reacciones ácido-base
    • Ácidos y bases, pares conjugados, Ka y Kb7 KB
    • pH y grado de disociación5 KB
    • Hidrólisis de sales5 KB
    • Neutralización y volumetrías ácido-base7 KB
    • Ácidos y bases en la industria y el medioambiente6 KB
  • Reacciones redox
    • Estados de oxidación y ajuste por ion-electrón7 KB
    • Estequiometría y volumetrías redox6 KB
    • Potenciales estándar y pilas6 KB
    • Electrólisis y leyes de Faraday7 KB
    • Baterías, pilas de combustible y corrosión6 KB
  • Química orgánica
    • Formulación y nomenclatura de compuestos orgánicos9 KB
    • Isomería estructural5 KB
    • Estereoisomería7 KB
    • Propiedades de los grupos funcionales6 KB
    • Reacciones de sustitución, adición y eliminación8 KB
    • Reacciones de oxidación, reducción, esterificación y condensación7 KB
    • Polímeros7 KB

A primeira anotação

Estructura atómica y sistema periódico / Espectros atómicos y modelos atómicos

De Thomson a Rutherford

Cuando se descubrió el electrón, Thomson propuso un átomo como una esfera de carga positiva con los electrones incrustados en ella, de modo que el conjunto fuese neutro. Este modelo no explicaba lo que se vio después en los experimentos de dispersión de partículas α\alpha de Rutherford, Geiger y Marsden: al bombardear una lámina muy fina de oro, la gran mayoría de las partículas la atravesaba sin desviarse, unas pocas se desviaban ángulos grandes y alguna rebotaba hacia atrás.

Rutherford concluyó que la carga positiva y casi toda la masa están concentradas en un núcleo muy pequeño comparado con el átomo, y que los electrones giran a su alrededor en el espacio vacío restante. Las desviaciones grandes son las de las partículas que pasan cerca del núcleo, que las repele porque también es positivo.

El modelo nuclear tiene dos problemas. Según la física clásica, una carga que describe una órbita acelera y debería emitir radiación, perder energía y caer en espiral sobre el núcleo, de modo que el átomo no sería estable. Además, predice una emisión continua de todas las frecuencias, cuando el experimento muestra otra cosa.

Espectros atómicos

Un espectro es la descomposición de la radiación en sus frecuencias o longitudes de onda. El espectro de la luz blanca es continuo, pero los átomos de un elemento en estado gaseoso, excitados con una descarga eléctrica o con calor, emiten solo algunas longitudes de onda concretas, y el resultado es un espectro de líneas.

  • El espectro de emisión aparece como líneas brillantes sobre fondo oscuro, y cada línea es una radiación que el átomo emite al perder energía.
  • El espectro de absorción se obtiene al hacer pasar luz blanca por el gas frío: aparecen líneas oscuras sobre el fondo continuo, justo en las mismas longitudes de onda que el elemento emite.

Cada elemento tiene un espectro propio, que funciona como una huella, y por eso la espectroscopía sirve para identificar elementos en muestras de laboratorio o en la atmósfera de una estrella. Que los espectros sean discontinuos indica que los electrones del átomo solo pueden tener ciertos valores de energía.

El espectro del hidrógeno

Las líneas del hidrógeno se agrupan en series, y cada una se rige por la expresión de Rydberg:

1λ=RH(1n12−1n22),n2>n1 \frac{1}{\lambda} = R_H\left(\frac{1}{n_1^2} - \frac{1}{n_2^2}\right), \qquad n_2 > n_1

con RH=1,097⋅107 m−1R_H = 1{,}097\cdot10^{7}\ \mathrm{m^{-1}}. Cada serie corresponde a un valor fijo de n1n_1:

Serien1n_1Región del espectro
Lyman1ultravioleta
Balmer2visible
Paschen3infrarrojo

El modelo de Bohr

Bohr aplicó al átomo de hidrógeno la idea de Planck de que la energía se intercambia en cuantos, y la de Einstein de que la luz está formada por fotones de energía E=hνE = h\nu, con h=6,63⋅10−34 J sh = 6{,}63\cdot10^{-34}\ \mathrm{J\,s}. Sus postulados son los siguientes.

  1. El electrón gira alrededor del núcleo en órbitas circulares, y mientras permanece en una de ellas no emite energía. Son órbitas estacionarias.
  2. Solo son posibles las órbitas en las que el momento angular del electrón es un múltiplo entero de h/2πh/2\pi: mvr=n h/2πm v r = n\,h/2\pi, con n=1,2,3…n = 1, 2, 3\ldots
  3. El electrón emite o absorbe radiación solo cuando pasa de una órbita a otra, y la energía del fotón es la diferencia entre las energías de las dos órbitas:
ΔE=En2−En1=hν=hcλ \Delta E = E_{n_2} - E_{n_1} = h\nu = \frac{h c}{\lambda}

De estas condiciones se obtiene que la energía del electrón en la órbita nn del hidrógeno es

En=−2,18⋅10−18 Jn2=−13,6 eVn2 E_n = -\frac{2{,}18\cdot10^{-18}\ \mathrm{J}}{n^2} = -\frac{13{,}6\ \mathrm{eV}}{n^2}

Es negativa porque el electrón está ligado al núcleo, y vale cero cuando está libre, en n→∞n \to \infty. El nivel n=1n = 1 es el estado fundamental, el de menor energía, y los demás son estados excitados. Con esta expresión se reproduce la fórmula de Rydberg y se explica por qué cada serie de líneas termina en un nivel distinto.

Ejemplo: línea de la serie de Balmer

Se quiere la longitud de onda de la transición de n=3n = 3 a n=2n = 2 en el hidrógeno.

ΔE=2,18⋅10−18(122−132)=2,18⋅10−18⋅536=3,03⋅10−19 J \Delta E = 2{,}18\cdot10^{-18}\left(\frac{1}{2^2} - \frac{1}{3^2}\right) = 2{,}18\cdot10^{-18}\cdot\frac{5}{36} = 3{,}03\cdot10^{-19}\ \mathrm{J}
λ=hcΔE=6,63⋅10−34⋅3,00⋅1083,03⋅10−19=6,56⋅10−7 m=656 nm \lambda = \frac{h c}{\Delta E} = \frac{6{,}63\cdot10^{-34}\cdot 3{,}00\cdot10^{8}}{3{,}03\cdot10^{-19}} = 6{,}56\cdot10^{-7}\ \mathrm{m} = 656\ \mathrm{nm}

Es luz roja, dentro del visible, lo que concuerda con ser una línea de Balmer. Como el electrón pasa de un nivel superior a uno inferior, se trata de una emisión. Si el electrón fuera del nivel 2 al 3, el átomo tendría que absorber un fotón con esa misma energía.

Energía de ionización del hidrógeno

Ionizar un átomo de hidrógeno en su estado fundamental es llevar el electrón de n=1n = 1 a n=∞n = \infty, y la energía necesaria es la diferencia 0−E1=2,18⋅10−18 J0 - E_1 = 2{,}18\cdot10^{-18}\ \mathrm{J} por átomo, que equivale a 13,6 eV13{,}6\ \mathrm{eV} o, multiplicando por el número de Avogadro, a unos 1312 kJ mol−11312\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}.

Límites de Bohr y paso al modelo mecanocuántico

El modelo de Bohr explica el espectro del hidrógeno y de los iones con un solo electrón, como He+\mathrm{He^+} o Li2+\mathrm{Li^{2+}}, pero falla con átomos de más electrones. No explica por qué las líneas se desdoblan en un campo magnético o al observarlas con más resolución, y tampoco justifica que el electrón no radie en una órbita. Tiene además una limitación de fondo: trata al electrón como una partícula con trayectoria definida, y esa idea resulta incompatible con las propiedades ondulatorias del electrón y con el principio de incertidumbre, que se ven en la nota siguiente. Sommerfeld lo amplió con órbitas elípticas, que introducen más de un número cuántico, pero el modelo definitivo fue el mecanocuántico, en el que el electrón se describe con orbitales y no con órbitas.

Lo que sobrevive de Bohr es la cuantización: la energía del electrón en el átomo no puede tomar cualquier valor, y los espectros de líneas son la prueba experimental de ello.

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