Elemento

Un elemento es una sustancia simple que no se puede descomponer mediante procedimientos químicos ordinarios o formarse por unión de otros elementos. 

Un elemento es una mezcla de isótopos. Es decir, una mezcla de átomos que poseen el mismo número atómico, pero difieren en su masa atómica. Los isotópos posen el mismo número de electrones y protones, pero difieren en el número de neutrones y, por tanto, en el número másico. Por ejemplo, ¹²C ¹³C y ¹⁴C son isotópos, debido a que poseen el mismo número atómico (Z=6), pero difieren en su número másico. 

El número atómico indica la posición del elemento en la tabla periódica, el número de protones que tiene el núcleo y para un átomo neutro indica el número de electrones. 

La masa atómica (m_a) es la masa que posee un átomo. Está dada por la suma de las masas de todas las partículas que forman al átomo o a un isotópo en particular. 

La unidad de masa atómica es la unidad de masa atómica unificada que posee el símbolo u. El dalton de  símbolo Da también se utiliza. Para calcular la masa atómica de cualquier átomo en kg, multiplicamos la masa atómica relativa (A_r) del átomo por el valor de la constante de masa atómica (m_u). 

      m_u = 1,66053906660(50)x10^-27kg

  m_a= (A_r)x1,66053906660(50)x10^-27kg

La unidad de masa atómica unificada se  define como la doceava parte (1/12) de la masa de un átomo, neutro y no enlazado, de carbono-12, en su estado fundamental eléctrico y nuclear. 

u=m(¹²C)/12

La masa atómica relativa (A_r) está determinada por el promedio de las masas atómicas de todos los átomos de un elemento químico encontrado en una muestra en particular y medida con respecto al ¹²C que se le asigna una masa atómica relativa de 12.  Por tanto, la masa atómica relativa de un átomo o de un elemento no posee dimensiones.
El ¹²C es un átomo neutro en su estado fundamental eléctrico y nuclear. 
La masa atómica relativa puede variar, debido a que depende de la muestra y del tratamiento dado a la misma. Por ejemplo, la masa atómica relativa del litio (Li) puede variar desde 6,939 a 6,996.

 El instrumento utilizado para determinar masas atómicas y abundancias isotópicas es un espectrómetro de masas. Mediante este instrumento se determina  la masa de un átomo con respecto a la masa de otro. Por ejemplo, asuma que la relación entre las masas atómicas de aluminio y ¹²C hasta cinco cifras significativas es 2,2485.

m_aAl/m_a¹²C=2,2485=(A_rAlxmu)/(A_r¹²Cxmu)= A_rAl/A_r¹²C 

Despejando A_rAl, 

A_rAl =2,2485 x  A_r¹²C

Para poder calcular la masa atómica relativa del Al debemos asignarle un valor a A_r¹²C. Por convención se seleccionó el valor exacto de A_r¹²C=12  que corresponde a 6 protones y 6 neutrones o a una m_a¹²C de 19,9269x10^-27kg

La masa atómica relativa de un elemento se puede determinar a partir de la abundancia isotópica y las masas atómicas relativas de los isotópos del elemento. Por ejemplo, el carbono posee el isótopo ¹²C de masa atómica relativa 12,0000 y de abundancia isotópica 98,89%, el isótopo ¹³C de masa atómica relativa 13,0034 y de abundancia isotópica 1,11% y ¹⁴C, que por ser radiactivo, posee una abundancia isotópica ~0. La masa atómica relativa del carbono la calculamos de la siguiente manera.

Masa atómica relativa (A_r) = (98,89/100)x12,0000 + (1,11/100)x13,0034 = 12,0111

La masa atómica relativa de un elemento expresada en g/mol o kg/mol se denomina masa atómica molar. Un g/mol es una unidad de masa atómica unificada (u=1g/mol o 10^-3kg/mol). Por ejemplo, la masa atómica molar del elemento carbono es  12,0111g/mol o 12,0111u. 

El número másico (A) es la suma de los protones (p) y neutrones (n) que posee el núcleo atómico. 

                                  A = p+n

Actividad

Calcular la masa atómica relativa  del elemento neón. El neón posee tres isótopos de masas atómicas relativas de 19,99244, 20,99395 y 21,99138. Las abundancias isotópicas son 90,51%, 0,27% y 9,22%, respectivamente.

http://www.sisweb.com/referenc/source/exactmas.htm

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/nuclear/krypton.html

http://www.bipm.org/en/si/si_brochure/

Electrón

Un electrón es una partícula subatómica, descubierta por J.J. Thomson, con carga negativa de -1,60218921 x 10^-19 C, con una masa de 9,109534 x 10^-31 kg (1836,15 veces más liviano que un protón) y un diámetro de 0,01 pm

http://www.aip.org/history/electron/jjhome.htm

http://www.hiru.com/es/fisika/fisika_05600.html

http://www.educared.net/concurso/764/particulas2.htm

http://soko.com.ar/Fisica/cuantica/Atomo.htm

http://www.aip.org/history/electron/jj1897.htm

http://www.chemheritage.org/classroom/chemach/atomic/thomson.html

Electrólisis

La electrólisis es la descomposición de una sustancia for efectos de la corriente eléctrica. Las leyes de Faraday sobre la electólisis indican:

• En un proceso electrolítico, la cantidad de descomposición química es directamente proporcional a la cantidad de electricidad que pasa a través de la solución
• Las masas (m) de diferentes especies depositadas o disueltas en los electrodos por la misma cantidad de electricidad (q), son directamente proporcionales a sus coeficientes estequiométricos (v) multiplicados por sus masas molares (M_m) e inversamente proporcional al número de electrones (z) envueltos en las semirreacciones de reducción u oxidación que ocurren en los electrodos.

Matemáticamente podemos expresar ambas leyes, mediante la siguiente expresión,

m = v M_m q /z 96485

El valor de 96485 se obtiene al multiplicar el número de Avogadro N_A por el valor de la carga fundamental e, es decir,

F = N_A e = 6,0220456 x 10²³mol^-1 x 1,6021892 x 10 ^-19 C = 96484,559 C/mol

El valor experimental más reciente para un Faraday (F) es 96489 C/mol con una desviación estándar de (+ ó - ) 2 C/mol.

Por ejemplo, para determinar la masa de NO en la siguiente semirreacción, hacemo v = 2, z = 4 y M_m = 30,01 g/mol en la fórmula anterior.

N₂O₄ + 4H⁺ + 4e^- = 2NO + 2H₂O

Biografía de Michael Faraday: http://espacial.org/miscelaneas/biografias/faraday1.htm

Einstein

Teoría sobre la equivalencia entre masa y energía.

La cantidad de masa (m) equivalente a una cantidad de energía (E), está dada por la siguiente expresión:

E = mc² (c es la velocidad de la luz)

Biografía de Einstein: http://es.wikipedia.org/wiki/Albert_Einstein

Biografía de Einstein: http://www.ucm.es/info/rsef/amf2005/einstein.htm

http://news.bbc.co.uk/hi/spanish/specials/2005/einstein/newsid_4433000/4433043.stm

http://www.nodo50.org/ciencia_popular/articulos/Einstein4.htm

Dulong y Petit

La ley de Dulong y Petit dice:

A temperatura ordinaria, el producto entre la masa atómica de un elemto sólido expresada en g/mol y su calor específico expresado en J/K g, es aproximadamente 26,4 J/K mol. Algunos elementos de baja masa atómica y elevado punto de fusión, presentan desviación de este valor.

Biografía de Pierre Louis Dulong: http://es.wikipedia.org/wiki/Pierre_Louis_Dulong

http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/19/htm/sec_5.htm

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/dulong.html

http://web.lemoyne.edu/~giunta/classicalcs/DP.html

Doble descomposición, doble sustitución o metátesis

Es una variedad del cambio químico que consiste en el intercambio simple de las partes de dos sustancias compuestas para formar dos nuevas sustancias.

Ejemplos:

BaO₂(s) + H₂SO₄(ac) -> BaSO₄(s) + H₂O₂(l) (obtención del agua oxigenada)

NaNO₃(s) + H₂SO₄(ac) -> NaHSO₄(ac) + HNO₃(g) (método antiguo para obtener nitrato de hidrógeno o ácido nítrico)

Lecturas complementarias

http://formacionenlinea.edu.ve/formacion_educadores/formacioneducadores-ligth/cursocompuesto_quimicos/unidad4/guion19.html

http://www.textoscientificos.com/quimica/nitrato-potasico/produccion

http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_peroxide

http://www.efma.org/publications/NitricAcid/Section03.asp

http://www.bookrags.com/Ostwald_process

Desplazamiento o sustitución

Es una variedad del cambio químico en el cual una sustancia simple sustituye a otra que forma parte de una sustancia compuesta. También se dice que es una variedad del cambio químico en la cual una sustancia simple libera a otra que forma parte de una sustancia compuesta. Un ejemplo notorio de reacciones de desplazamiento lo constituye las reacciones de los metales alcalinos con el agua. Los metales alcalinos poseen potenciales estándares de reducción negativos y, por tanto, reaccionanm violentamente con el agua liberando hidrógeno. Algunos metales con potenciales estándares de reducción negativos reaccionan con algunos ácidos liberando hidrógeno.

Ejemplos: 2Na(s) + 2H₂O(l) -> 2NaOH(ac) + H₂(g) (reacción explosiva)

Zn(s) +2HCl(ac) -> ZnCl₂(ac) + H₂(g) (reacción utilizada para obtener hidrógeno en el laboratorio)

Lecturas complementarias:

http://en.wikipedia.org/wiki/Table_of_standard_electrode_potentials

http://en.wikipedia.org/wiki/Single_displacement_reaction

http://www.gcsescience.com/r5.htm

http://library.kcc.hawaii.edu/external/chemistry/single_displ_rxn.html

http://www.webelements.com/index.html