Isótopos.

Ya tenemos solucionados dos problemas de la tabla periódica.

a) la ordenación de los elementos se debe hacer con el número atómico. El número Z es más importante que la masa relativa de mendeleiev.

b) ya no caben elementos intermedios ya que conocemos todos los elementos de la naturaleza. Desde el que tiene 1 protón (hidrógeno) hasta el que tiene 92 protones (uranio).
NO HAY ELEMENTOS INTERMEDIOS.
Observamos la tabla periódica de whizzy:

Esta tabla nos permite observar el núcleo de loa átomos y aumentando la vista los electrones de la corteza. También nos permite tener un dato interesante como es el precio del elemento en el mercado.



El Cloro tiene número atómico 17 es decir 17  protones.

En la tabla observamos que la masa relativa es 35,45 ¿como es esto posible? ¿tiene 18 neutrones o 19 neutrones?

En la naturaleza existen dos átomos diferentes de Cloro. Uno tiene 18 neutrones y otro 20 neutrones. En la tabla aparece la media ponderada de la naturaleza. la mayoría de los átomos de la naturaleza pertenecen al tipo A=35 y por eso la media de la masa es 35,45. Es un simple proceso de mezcla.
Ejemplo: En la naturaleza hay dos isotopos del cloro. El 75% es el Cloro 35 y el 25% restante es de Cloro 37. ¿Cual es la masa relativa media del Cloro?

Si tomamos 100 átomos.   Masa total:  75 . 35  +  25 . 37 =  3550     Masa Cloro= 3550/100 =35,5

estos átomos del mismo elemento solo se diferencia en la masa. Se llaman "isotopos" que queire decir que están en el mismo lugar de la tabla es decir que son el mismo elemento químico.

muchos de estos isotopos son radiactivos por lo que nos suena la expresión: "isotopo radiactivo"

Las propiedades como radiactividad, reacciones nucleares, masa etc son diferentes para cada isotopo. Las propiedades químicas son las mismas ya que son el mismo elemento químico.

La medida, el aislamiento de estos isotopos es fundamental en sus aplicaciones. Por ejemplo el isotopo 14 del carbono se utiliza para averiguar la edad de los restos orgánicos de un yacimiento arqueológico.
Estas mediciones de edad ha dado lugar a malinterpretaciones de los resultados. El sudario de Turín, la sábana que según la tradición envolvió a Jesucristo muerto sometida al análisis del carbono 14 ha dado una edad de 600 años con un margen de error de 100 años. Esta datación contraria a la tradición unida al escaso conocimiento científico de muchas personas lleva (para salvar la tradición) a sospechar de los avances científicos en el campo de la física atómica de los últimos 100 años y se publican cosas como esta:

El protón y el neutrón.

carga eléctrica: 0

El mismo Rutherford sugirió que el núcleo del átomo (que ya sabemos contenía la carga positiva y la masa del átomo en una zona 10000 veces más pequeña situada en el centro) debería contener una partícula llamada protón.
En 1920 se descubrió experimentalmente el protón. Sus características coincidían con las previsiones de Rutherford es decir:
carga eléctrica positiva ( y de valor igual a la del electrón) Q=  1,6.10^-19 Culumbios.

masa = 1,6.10^-27kg. (sensiblemente igual a la masa del átomo de hidrógeno)

Rutherford también propuso que en el núcleo atómico debería haber además otras partículas neutras que mediante la fuerza nuclear estabilizasen el núcleo. Estas partículas se llamaron neutrones.
En el año 1932 fué detectado por primera vez el neutrón. Sus características eran:

masa sensiblemente igual a la del protón.

Conociendo las características de cada átomo los científicos pudieron conocer el número de protones y neutrones de cada átomo.

N : número atómico.   Característica más importante del átomo. nº de protones.

A : número de partículas con masa:  neutrones + protones


Hace poco tiempo se ha logrado averiguar que tanto los protones como los neutrones están formados por tres partículas aún más pequeñas fuertemente unidas. Ha sido necesario construir grandes aceleradores para romper los protones y los neutrones y obtener estas nuevas partículas que por ahora son lo más sencillo posible (junto a los electrones).
Se llaman quarks.

Experimento de Ernest Rutherford.

Una vez que se descubre la radiactividad alfa, beta y gamma las incognitas sobre el átomo se multiplican. Aparecen los átomos de Helio como una parte importante de muchos átomos y siempre los electrones.
Los científicos querían observar el el átomo ¿Cómo estaba conformado el átomo? Pero el átomo es invisible a los sentidos y a los más sofisticados microscopios.

A principios del siglo XX los átomos tenían un problema similar al de unos policias que intentan averiguar el contenido de una caja de cartón de la que sospechan que guarda en su interior algo más que la gomaespuma que han declarado sus propietarios. La policia podría usar un escaner, pero en ausencia de este podrían intentar taladrar la caja con agujas muy finas que pudieran dar información sobre el interior de la caja.
Las agujas tienen que ser muy finas para poder sacar el contorno de las armas del interior con precisión.

Al equipo dirigido por Ernest Rutherford de la Universidad de Cambridge le cupo el honor de dar la solución con un experimento crucial. Usaron las partículas alfa recien descubiertas como proyectiles para investigar el átomo por dentro.

Usaron el Polonio descubierto por Madame Curie como fuente de partículas alfa. Las enfocaron sobre una lámina de oro (pan de oro) superfina. Conocían que la lámina podría tener un espesor de unos 200 átomos que corresponden a unas milésimas de milímetro. El oro se puede extender en "panes" de este increible espesor.  Rodearon el oro con un detector circular de sulfuro de cinc.

Podemos ver esta animación para aclarar nuestras ideas.

¿Con qué chocaban las partículas alfa (positivas) y las repelía hacia atrás?¿Cómo era posible que el 99% de las partículas no se desviasen nada?

Rutherford publicó:
“Es la cosa mas increíble que me ha sucedido en la vida. Casi tan increíble como si disparase una pistola contra un papel de seda y el proyectil se volviese contra usted", 

MODELO ATÓMICO DE RUTHERFORD:
 
La única posibilidad era crear un nuevo modelo átomico. El modelo de Thomson son podía ser cierto. En el modelo de Rutherford el átomo era semejante a un sistema solar en miniatura:

Un núcleo de tamaño muy pequeño en el centro, cargado positivamente y que tiene concentrada casi toda la masa del átomo. El núcleo que es 10000 veces más pequeño que el átomo tiene una densidad millones de veces superior a la materia sólida. Se dice que si el átomo tiene el tamaño de un campo de fútbol, el núcleo sería una naranja situada en su centro !y tiene toda la masa concentrada en el!. Los electrones muy ligeros se mueven alrededor suyo.

De hecho en las figuras de los libros  el núcleo está muy exagerado. En realidad debería ser un punto casi invisible.
El átomo, las moléculas que forman todo son en gran parte espacio vacío.

Soluciones del examen de esta mañana.

Respuestas al examen:

1. a)La idea principal del texto esta relacionada con la ley periódica de Mendeleiev. Con los grandes átomos del final de la tabla periódica (92.......) se encuentran fallos en la ley periódica y se observa que los átomos no se parecen a los que están en su misma vertical de la tabla , no se parecen a los de su familia. Los investigadores han descubierto que el elemento 106 (Seaborgio) si se parece al molibdeno y tungsteno que forman su familia como decía Mendeleiev.

b) En el Seaborgio han estudiado la formación del compuesto oxicloruro de  seaborgio.

c) Estudiar propiedades químicas tiene muchas dificultades ya que solo se han conseguido formar siete átomos que además son muy inestables.

V

Cu

Zn

Ne

Nb

Mo

Ag

Cd

Kr

Ta

Tungsteno    W

Au

Hg

Rn

92U

94Pu

96Curio

104Ru

105Ha

106Sg

107

108

109

110

111

112

118

2.         Cu  +  2HNO₃→ H₂   +  Cu(NO₃)₂

Tenemos  2 g de Cu   es decir  2/63,5= 0,031 moles de Cu

De ácido tenemos 0,2 L  de concentración 0,2 mol/L   es decir

Si en 1 L tenemos 0,2mol 

En 0,2 L   tenemos x         x=0,04 moles de ácido nítrico

Deberíamos tener el doble de ácido que de cobre. Por tanto, me falta ácido (limitante) y sobra cobre.

Para calcular el nitrato que se forma utilizo el limitante:

Si con 2 moles de ácido se obtienen 1 mol de nitrato

Con 0,04 moles de ácido se obtendrán x                    x=0,02 moles de nitrato de cobre.

También podemos utilizar los gramos en el cálculo.

3. Significa que de la mezcla de la botella el 35% es ácido y el resto agua; es decir que de cada 100 g de mezcla de la botella 35 g son de ácido puro y 65 g de agua.

La densidad 1,19 g/mL se refiere que  1mL de la mezcla de la botella pesa 1,19 g.

Si tomo 20 mL de la botella, utilizo la densidad para calcular el peso de la mezcla:

Si 1mL  pesa 1,19 g  entonces 20mL  pesarán  x=1,19.20= 23,8 g de mezcla.

Pero el 35% es ácido puro, es decir  23,8 .35/100 = 8,33 g de ácido puro HCl

Qué en moles son 8,33/35,4= 0,23 moles de  ácido puro

4. Para encontrar una fórmula debo encontrar los moles de cada elemento:

52,17/12= 4,34 moles de C

34,78/16= 2,17 moles de O

13,05/1= 13,05 moles de H   ahora divido por el más pequeño para hallar la proporción:

4,34/2,17 = 2 de C    2,17/2,17 = 1 mol de O   13,17/2,17=6 moles de H

Fórmula empírica (más sencilla posible) = C₂H₆O

Pero la densidad es 1,38g/L  lo que significa que 1 L tiene una masa de 1,38 g. Utilizo la ecuación de los gases para calcular los moles de 1 L:

p.V=nRT  n=p.V/RT = 0,91.1/0,082.296= 0,03 moles   que pesan 1,38 g.

Entonces 1 mol pesará  46g. Lo que indica que la fórmula molecular debe coincidir con la empírica.

Hay varias posibles estructuras para las moléculas:

y Juan no andaba descaminado con el cloroformo ya que el dimetileter es un potente anestésico.

Examen el viernes

1.        ¿Qué aportó a la química la tabla periódica de Mendeleiev? ¿Qué interrogantes quedaron sin respuesta?

2.        En la reacción de 2,50 g de SO₂ con un exceso de PCl₅ según la ecuación se han obtenido  3,43 g de SOCl_{2  .} Calcular el rendimiento del proceso.

SO₂  +   PCl₅ ----    SOCl₂  +   POCl₃

M_O: 16   M_S: 32  M_P: 31  M_Cl: 35,5

3.        Hacemos pasar 5 litros de sulfuro de hidrógeno (SH₂) gas , medido en condiciones normales, por una disolución que contiene 25 g de Cloruro de cobre (II)  CuCl₂ . En la reacción se desprende cloruro de hidrógeno gas  (HCl) y  sulfuro de cobre (II) (CuS):

a) escribir la reacción y ajustarla.

b) Calcular los moles y gramos de sulfuro de hidrógeno.

c) Encontrar en reactivo limitante.

d) ¿Qué cantidad de reactivos sobrarán?

e) ¿Cuántos mL de cloruro de hidrógeno obtendré en condiciones normales?

Datos: M_Cu: 63,5   M_H;1  M_Cl: 35,5   M_S: 32   R=0,082atm.L/Kmol

4.       La composición centesimal de un compuesto es C: 7,79%; y el resto Cl. Calcula la fórmula empírica y molecular de un compuesto sabiendo que 1 L de su gas a 200ºC y  1,5 atm, tiene una masa de 5,96 g.

Datos: M_C:12  M_Cl: 35,5

 SOLUCIONES

4.              Lo deberíamos tener en el dossier a entregar el viernes.

5.              SO₂  +   PCl₅ ----   SOCl₂  +   POCl₃

64g       208,5g      119 g          153,5   

Con 2,50 g  de dióxido de azufre debería obtener   64 ---119

                                                                      2,50 – x    x= 4,65 g de SOCl₂

Pero como he obtenido solo 3,43g de SOCl₂  , el rendimiento habrá sido:

4,65 --- 100

3,43 --- x        x= 73,8% de rendimiento.

6.       SH₂   +  CuCl₂  -------  2 HCl    +    CuS

34g        134,5g          73g          95,5g

5 L de SH_{2   por} la ecuación de los gases p.V=nRT o bien sabiendo que 1 mol es 22,4L podemos calcular que los moles son  0,22 moles. En gramos  0,22 . 34= 7,59 g.

34 g de sulfuro de hidrógeno reaccionan con 134,5 g de cloruro de cobre. Nosotros hemos puesto 7,59 g de sulfuro de hidrógeno y 25 g de cloruro de cobre. A simple vista parece complicado ver cual sobra. Intentamos una proporción:

Si 34 de sulfuro reaccionan con 134,5 de cloruro

Con 7,59 de sulfuro   ----        x                              x=30 g de cloruro de cobre.

Como solo tenemos 25 g y necesitamos 30 g podemos deducir que falta cloruro de cobre o sobra sulfuro de hidrógeno.  Pero ¿Cuánto sobra?

Si 34 de sulfuro reaccionan con 134,5 de cloruro

X                                      con 25 de cloruro          Necesito 6,32g de sulfuro de hidrógeno y por tanto sobran

7,59-6,32 = 1,27 g de sulfuro de hidrógeno sobran

Utilizo el reactivo limitante  25 g de cloruro de cobre, o los 6,32 g de sulfuro para calcular el cloruro de hidrógeno:

Si con 134,5g de cloruro --- se obtienen 2 moles de HCl

Con 25                        x                                  x = 0,37 moles de HCl  que ocupan  8,32L=8320 mL

7.                  Para calcular la fórmula necesito calcular el número (moles) de cada uno de los átomos. En 100 g, los moles serán: 7,74/12 = 0,649 de C   92,26/35,5 = 2,599 de Cl.   Para encontrar la relación divido por el número más  pequeño  1 de C  y 4 de Cl    Fórmula empírica  CCl₄,

Para encontrar la fórmula molecular debo calcular la masa de 1 mol.  Para 1 L utilizo la fórmula de los gases:

1,5 .1 = n . 0,082 . 473   n=0,0387 moles   que pesan 5,96 g   luego 1 mol pesará 154 g

Luego la fórmula molecular coincide con la empírica CCl₄,

Soluciones a los ejercicios de la hoja de reacciones

1.     Una muestra de media tonelada de galena, con una riqueza en sulfuro de plomo (II)  (PbS) del 75 %,  se quema con oxígeno molecular (O₂) para dar dióxido de azufre SO₂ y óxido de plomo (II), (PbO)

a)    Escribe y ajusta la ecuación química correspondiente al proceso.

b)   ¿Qué masa de óxido de plomo (II) se obtendrá?

c)    ¿Qué volumen de dióxido de azufre, en condiciones normales, se desprenderá?

P

2.- Cuando se calienta dióxido de silicio mezclado con carbono, se forma carburo de silicio (SiC) y monóxido de carbono. La ecuación de la reacción es:     SiO2 (s)  +  3 C (s)   ----->   SiC (s)  +  2 CO (g)

Si se mezclan 150 g de dióxido de silicio con exceso de carbono, ¿cuántos gramos de SiC se formarán?

3. El acetileno, C2H2, arde en presencia de oxígeno originando dióxido de carbono y agua. 

a)  Escribe la ecuación química de la reacción. 

b)  ¿Qué volumen de aire (21% O2), que se encuentra a 17 °C y 750 mm de Hg, se necesita para quemar 2 kg de acetileno?

4. El ácido sulfúrico reacciona con el magnesio produciendo sulfato de magnesio e hidrógeno molecular. Averigua:  H₂SO₄ + Mg  → MgSO₄ +H₂

a.    Masa de magnesio para hacer reaccionar 150 ml de una disolución de ácido sulfúrico con un 96 % de riqueza en masa y de densidad 1’35 g/ml.

b.    Masa de sulfato de magnesio obtenida con los datos anteriores.

5. A partir de sulfuro de calcio se obtiene sulfuro de hidrógeno según la reacción:

CaS + H2O + CO2 à  H₂S + CaCO<sub>3

Tenemos una muestra de 500 Kg de CaS de una pureza del 80%. Es decir tenemos 500.80/100=400kg puro
En la reacción con 72 g de CaS  obtengo 34 g de SH2
                    con 400 kg  de CaS        x          x=189 kg de H2S</sub>
             

El sulfuro de hidrógeno obtenido se oxida para obtener azufre según la reacción:

2 H₂S  + O₂ à 2H₂O + 2S
Pero en esta reacción con 68 g de H2S  se obtienen 64 g de S
                                    con 189 kg de H2S  se obtienen x            x= 64.189/68=178kg de S 

6 . Díficil. Dados 248’6 g de una mezcla de butano (C₄H₁₀) y propano (C₃H₈), se quema con oxígeno molecular produciéndose en la combustión 1 m³ de dióxido de carbono a 20 ºC y 310,4 mm Hg. Averigua la composición centesimal de dicha mezcla. 1atm=760 mm Hg

Escribimos y ajustamos las dos reacciones de combustión:
2C4H10  + 13 O2   ---  8 CO2   +  10H20

Llamamos x a la cantidad en gramos de butano. Calculamos los g de CO2
Si 116 g de butano producen 8 moles de CO2
     x                       producirá   a moles de CO2     a= 8.x/116 = 0,069x  moles de CO2


C3H8  +5 O2   ---  3 CO2   +  4H20

Llamamos y a la cantidad en gramos de propano. Calculamos los g de CO2
Si 44 g de butano producen 3 moles de CO2
     y                       producirá   b moles de CO2     b= 3y/44 = 0,068x  moles de CO2

En total tendremos 0,069x+0,068y  moles de CO2  que en L serán  p.V=nRT
V= (0,069x+0,068y) . 293. 0,082 .760/310,4 = (0,069x+0,068y).  58,82 = 4,06 x + 4,06 y

Tenemos dos ecuaciones   por un lado  x+y= 248,6g   , por otro  4,06 x + 4,06 y= 1m3 = 1000L

Resolviendo el sistema vemos que tiene infinitas soluciones.

7. Cuando se añade ácido clorhídrico (HCl) sobre carbonato de calcio (CaCO₃), lo disuelve y aparecen burbujas de dióxido de carbono, además de cloruro de calcio (CaCl₂) y agua. Si a 15 g de carbonato de calcio le añadimos 50 ml de disolución de ácido clorhídrico 2 M, ¿qué volumen de dióxido de carbono se obtendrá medido en condiciones normales?

  La reacción es  2HCl  + CaCO_{3 -----   Co2  +}   CaCl<sub>2  +  H2O
Tenemos que averiguar cual es el reactivo limitante.
En la reacción tenemos que poner 71 g de HCl y 100 g de carbonato de calcio. 
Pero hemos puesto 15 g de carbonato de calcio y 50 mL de HCl en disolución 2 moles/L
De HCl hemos puesto (Proporción o regla de tres)  = 0,050 . 2 = 0,1 moles de HCL; 
que en gramos son 0,1. 35,5= 3,55 g de HCl

Está claro que hemos puesto poco HCl (limitante) y sobra carbonato de calcio (15g).

Para calcular el dióxido de carbono, utilizamos el reactivo limitante 3,55 g de HCL.
En la reacción vemos que 71g de HCl producen 1 mol de CO2 (o 44g)
por tanto                         3,55 g  producirán      x                            x= 3,55/71 = 0,05 moles de CO2

Que en L serán:   p.V=nRT   V= 1,12 L de CO2</sub> 

8. Al quemar ácido sulfhídrico (H₂S) con oxígeno (O₂) se produce agua y dióxido de azufre. Si al reaccionar 20 litros de ácido sulfhídrico, a 1’3 atm y 70 ºC, se obtienen 18 litros de dióxido de azufre a 1 atm y 50 ºC, ¿cuál habrá sido el rendimiento del proceso?

La reacción es H₂S + O_{2  ---}   H₂S   +  SO2

20 L de  H₂S   son, en moles,  p.V=nRT   n= p.V/RT = 0,92 moles
0,92 moles de  H₂S  deberían producir 0,92 moles de SO2

pero se han producido 18 L  que en moles son  n=p.V/RT = 0,68 moles

Si en vez de 0,92 se han obtenido 0,68
    en      100   --------------------     x          x= 0,68.100/0,92 = 74% de rendimiento

9.  Una sustancia orgánica contiene C, H y O. A 250 C y 750 mm Hg, 1,65 g de dicha sustancia en forma de vapor ocupan 629 mL. Su análisis químico elemental es el siguiente: 63,1 % de C y 8,7 % de H. Calcula su fórmula molecular y empírica. 1atm=760 mm Hg

Se hace igual que el siguiente y el resultado es C2H3  y C8H12

10.  Un compuesto orgánico gaseoso contiene: 24,25 % de C; 4,05 % de H y 71,7 % de Cl.

Además 1 L de dicho gas, medido a 743 mm Hg y a 110 ºC, tiene una masa de 3,068 g.

Calcular la fórmula empírica y molecular. 1atm=760 mm Hg

Para calcular la fórmula calculo los moles de cada elemento que hay en 100g.
de Carbono   24,25/12 = 2,02 moles
de Hidrógeno   4,05/1 =4,05 moles
de Cloro      71,7/35,45= 02,02 moles
a simple vista veo que hay el doble de hidrógeno que de carbono y cloro. Lo confirmo dividiendo por el número más pequeño que es 2,02.
La fórmula empírica (más sencilla posible) es CH2Cl
Usando los enlaces  veo que es difícil que esta fórmula sea verdadera. Pero de todas formas uso los datos del gas.
3,068 g son 1 L de gas es decir p.V=nRT  n= 0,0311 moles
1 mol tendrá una masa de 3,068/0,0311 = 98,55 g

La fórmula verdadera no es la primera (M=49,45) y la segunda C2H4Cl2 es la que corresponde con los datos obtenidos del gas. La fórmula molecular es C2H4Cl2