Enlace metálico

Los metales son los elementos situados a la izquierda y en el centro de la tabla periódica.

Los átomos de los metales se unen formando una estructura cristalina muy compacta.

Cada átomo se desprende de sus electrones de valencia y se convierte en un ión positivo. Estos electrones forman una nube electrónica que puede desplazarse entre los huecos de la estructura cristalina.



Principales características

- Alto punto de fusión
- Densidad elevada
- Buenos conductores del calor y de la electricidad
- Al aplicar una fuerza, se deforman

Enlace Covalente

No metal + No metal

Ambos átomos se unen compartiendo pares de electrones. Para simbolizarlo se utilizan los diagramas de Lewis.

Ejemplos:

- Molécula de Fluor

Z = 9

Configuración Electrónica = 1s² 2s² 2p⁵

^{Enlace Covalente simple}

Comparten un electrón.

Enlaces químicos: enlace iónico

Los enlaces iónicos se producen entre un metal (parte izquierda de la tabla periódica) y un no metal (parte derecha de la tabla periódica).

Los metales tienen tendencia a perder electrones.

Sodio Na Z=11 1s²2s²2p⁶3s¹

Na -> pierde un electrón -1e^- -> Na⁺ -> CATIÓN

Cloro Cl Z=17 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵

Cl -> gana un electrón +1e^- -> Cl^- -> ANIÓN

CATIÓN + ANIÓN = Compuesto iónico reticular

Configuración Electrónica: Grupo 1

ALCALINOS

₁H = 1s¹

₃Li = 1s² 2s¹

₁₁Na = 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹

₁₉K = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹

₃₇Rb = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s¹

₅₅Cs = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶<>2 4d¹⁰ 5p⁶ 6s¹

₈₇Fr = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s²<>10 5p⁶ 6s² 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6p⁶ 7s¹

Sistema Periódico: Grupos y Periodos

El sistema periódico nos permite ordenar y agrupar los componentes químicos según sus propiedades.
El sistema actual se debe en gran parte a los estudios del químico ruso Mendeleiev.

El sistema periódico consta de:

- Filas, llamadas periodos: porque las propiedades fisico-químicas varían a lo largo de la fila y se vuelven a repetir en la fila siguiente. Tiene siete periodos.

- Columnas o grupos: todos los elementos que están en la misma columna tienen el mismo número de electrones en la última capa, por eso suelen tener las mismas valencias y propiedades químicas semejantes.

Configuración Electrónica

C.E. Distribución de los electrones en los orbitales atómicos, es decir cómo y en que orden los electrones van ocupandolos orbitales atómicos.


Para hacer la configuración electrónica se utiliza el diagrama de Moller:

Elementos y compuestos

Modelo atómico actual:

Es un modelo nueclar, el átomo está formado por:

- Núcleo: están los neutrones y protones, su carga es positiva. La masa atómica practicamente se concentra en esta parte ya que la masa de los protones es similar a la de los neutrones y mucho mayor (1840 veces) que la masa de los electrones. Para informar del numero de protones y de neutrones que tiene un núcleo se utiliza el número másico A.

A = Z+N

A = nº protones + neutrones
Z = nº atómico
N = nº de neutrones

- Corteza: está formada por los electrones, que tienen carga negativa y se encuentran distribuidos por niveles de energía, hasta ahora sabemos que hay siete niveles de energía. A su vez los electrones en cada nivel son se distribuyen en ORBITALES ATÓMICOS.

Orbital atómico: zona del átomo donde hay mucha probabilidad de encontrar un electrón. Los orbitales pueden ser de cuatro tipos:

S - 2 e
P - 6 e
D - 10 e
F - 14 e

Según los niveles de nergía podemos encontrara los siguientes orbitales:

n = 1 nivel 1 -> 1 orbital S -> 2e
n = 2 nivel 2 -> 1 orbital S , 1 orbital P -> 8e
n = 3 nivel 3 -> 1 orbital S , 1 orbital P , 1 orbital D -> 18e
n = 4 nivel 4 -> 1 orbital S , 1 orbital P , 1 orbital D , 1 orbital F -> 32e


El nº de electrones que hay en la corteza coincide con el nº de protones que hay en el núcleo.

nºe = n . p = Z = nº atómico

Esto es debido a que el átomo es electricamente neutro.

El átomo está practicamente hueco; el radio nuclear es muchísimo más pequeño que el radio atómico.

Sabemos que un átomo de un elemento se le representa mediante un símbolo, acompañados de unos números.

Fenómenos de la luz

- Reflexión: Un rayo de luz incide sobre otro medio, cambia de d irección sin abandonar el medio.

Principios de reflexión:
1ª ley: el rayo incidente, el rayo reflejado y la normal están en el mismo plano.
2ª ley: ángulo de incidencia = grado de reflexión

Refracción: el rayo de luz incide en otro medio, cambia de dirección pero atravesando el segundo medio.





- Princios de la refracción:

1º Ley: rayo incidente, el rayo refractado y la normal están en el mismo plano.

2º Ley o ley de Snell:

sen î . n₁ = sen ř . n₂

LA LUZ

Óptica: parte de la física que estudia la naturaleza de la luz y sus fenómenos.

Naturaleza y propagación de la luz

- Naturaleza: Es una onda electromagnética que se propaga si hay un foco emisor (fuente luminosa) y si hay un receptor (órgano sensible). Es una onda electromagnética transversal.

- Propagación. Se propaga en línea recta, la velocidad de rpopagación depende del medio. No necesita un medio para propagarse.

c = velocidad de la luz en el vacío = 300.000 Km/s

Índice de Refracción

n = c/v = velocidad de la luz en el vacío/velocidad de la luz en el medio

ejercicios página 121

5.
No lo oye, porque el sonido necesita un medio para trasmitirse y en la campana solo hay vacío.

6.
f= 500 Hz
v= 340 m/s
λ= ?

v= λ . f
340= λ . 500
λ= 0.68 m

7.
v= 5500 m/s
λ= 11 m
f= ?
T= ?

v= λ . f
5500 = 11 . f
f= 500 Hz

f= 1/T
T= 1/500
T= 0.002 s

Paula (&) Marta

Cualidades del sonido

Un sonido se distigue de otro por estas cualidades:

- Intensidad: es el volumen acústico, tiene que ver con la amplitud de la onda. Pueden ser fuertes o débiles y se miden en decibelios (dB)


- Tono: es la frecuencia de un sonido. Pueden ser graves o agudos.

- Timbre: depende de la forma de la onda sonora. Cada sonido tiene su forma d onda específica. Gracias a esta cualidad distinguimos dos sonidos de igual intensidad y tono, y tambien distinguimos la voz de las personas y de los distintos instrumentos.
Esto es debido a que sobre la onda principal se superpone otras secundarias llamadas armónicos que hacen que cada onda sea única.

El sonido

Acústica: parte de la física que estudia el sonido, su propagación y cualidades.

Naturaleza y propagación del sonido

El sonido se produce por una vibración, se trasmite mediante una onda mecánica y es capaz de estimular el sentido del oído.

Las ondas sonoras son ondas mecánicas, necesitan de un medio material para propagarse.

Las ondas sonoras son ondas longitudinales, provocadas por las diferencias de presión que se originan en el aire al producirse la vibración.

V.sonido en el aire = 340m_/s

La velocidad del sonido es mayor en los sólidos que en los líquidos y en los líquidos en mayor que en los gases.

Ejercicios pág 119

1.-Pon dos ejemplos de movimientos ondulatorios en los que pueda apreciarse que existe un transporte de energía, pero no de materia.

- Una cuerda que vibra

- Las ondas sonoras en el aire

2.-Dibuja tres ondas que cumplan estas condiciones:

a)La segunda onda tiene la misma longitud de onda que la primera y amplitud doble.

b)La tercera onda tiene frecuencia doble que la primera y la misma amplitud

3.-Un movimiento ondulatorio se propaga con una frecuencia de 25Hz. ¿Cuál es su período?

f = 25Hz

T = ?

f = 1/T ; T = 1/f

T = 1/25

T = 0,04s

4.-Al dejar caer una piedra en un lago se forman ondas. Si la distancia entre dos crestas consecutivas es de 35cm y las ondas se desplazan con una velocidad de 2,8m/s :

a)¿Cuál es la frecuencia de las ondas?

b)¿Cuál es el tiempo empleado en cada vibración?

v = 2,8m/s

λ = 35cm = 0,35m

v= λ.f ; f = λ.v

f = 0,35 . 2,8

f = 8 Hz

b)

f = 1/T ; T = 1/f

T = 1/8

T = 0,125s

Ondas: Luz y Sonido

Ondas

- Definición de Onda: transmisión de energía sin transporte de materia, mediante la propagación de una perturbación.

Clases de Ondas

Según su naturaleza, las ondas pueden ser:

a) Mecánicas. Requieren un medio material para propagarse. Ejemplo: sonido, onda producida por el choque de una piedra sobre el agua, una cuerda que vibra, etc.

b) Electromagnéticas. Se producen debido a campos eléctricos y magnéticos variables. No necesitan un medio material para su propagación. Ejemplo: una onda de radio, la luz, los rayos ultravioletas, los infrarrojos...

Según la dirección de la vibración las ondas se pueden clasificar en:

a) Longitudinales. cuando la dirección de la vibración que perturba coincide con la dirección de la propagación.

b) Transversales. Cuando la dirección de la vibración que perturba es perpendicular a la dirección de la propagación.

Características de una Onda

Si hacemos vibrar una cuerda, la onda se visualiza de esta manera y vibra en torno a unas posiciones de equilibrio. Se puede distinguir:

a) Amplitud de la Onda (A). Máximo desplazamiento que experimenta un punto del cuerpo de su posición de equilibrio.

b) Longitud de Onda (λ). Distancia entre dos puntos que se encuentran en el mismo estado de vibración.

Resolución del examen

1.-Un motor de una apisonadora desarrolla una potencia de 8.10⁴ w. Calcula el trabajo que realiza si está funcionando media hora.

P = 8.10⁴ w
t = 30min = 1800s

P = W/t ; W = P . t
W = 8.10⁴ w . 1800s
W = 144 . 10⁶

¿Qué fuerza desarrollará el motor si la apisonadora va a 5m/s ?

P = F . V ; F = P/V
F = 8.10⁴ w / 5m_/s
F = 16000 N

2.- Enuncia el principio de conservación de la energía mecánica.

" Si sobre un cuerpo la única fuerza actuante es el peso, entonces se mantiene constante su energía mecánica".

EmA = EmB

EcA + EpA = EcB + EpB

Siendo A y B dos puntos del espacio situados a distintas alturas.

3.-Se deja caer una pelota de 500g desde un 4º piso sin velocidad inicial.

a)¿Con qué velocidad llega al suelo?

m = 500g = 0,5Kg
V₀ = 0m/s

Em_A = Em_B
Ec_A + Ep_A = Ec_B + Ep_B
0 + m.g.h_A = (m.v²B)/2 + 0

V²B = 2.g.h_A
V²B = 2 . 9,8 . 12
V_B = 15,34m/s

b)Calcula la energía potencial en el piso 3

h_C = 9m

Ep_C = m.g.h_C
Ep_C = 0,5 . 9,8 . 9
Ep_C = 44,1 J

c)Calcula la energía cinética cuando pasa por el piso 1

Em_D = Em_A
Ec_D + Ep_D = Ec_A + Ep_A
Ec_D + m.g.h_D = 0 + m.g.h_A

Ec_D = m.g.h_A - m.g.h_D
Ec_D = m.g (h_A - h_D)
Ec_D = 0,5 . 9,8 (12 - 3)
Ec_D = 44,1 J

4.-Direfencia entre calor y temperatura

El calor es la forma de transmisión de la energía debido a una diferencia de temperatura debida a dos cuerpos en contacto o al propio cuerpo. Se mide en Julios o en calorías mientras que la temperatura es una magnitud física que tiene que ver con el estado de agitación de las moléculas.


5.- Nombra los efectos del calor:

- Varicación de la temperatura
- Cambios de estado
- Dilatación

6.-Razona si es verdadero o falso

"Si empujo un caballito de juguete por el suelo la fuera peso realiza trabajo."

Es falso, porque la fuerza peso y el desplazamiento forman un ángulo de 90º, es decir, son perpendiculares.

"Un saltador de pértiga cuando está en el aire no tiene energía potencial y gana cinética"

Falsa, porque cuando el saltador está en el aire adquiere energía potencial y pierde energía cinética hasta que llega al punto de mas altura y la energía potencial se transforma en energía cinética.

7.-Una pieza de metal de 400g está a 180ºC y se enfría sumergiendola en 1Kg de agua. Si la temepratura inicial del agua son 10ºC y la temperatura de equilibrio son 12ºC, ¿ cuál es el calor específico del metal?

m₁ = 0,4Kg
tm_o = 180ºC
ta_o = 10ºC
m₂ = 1Kg

Q₁ + Q₂ = 0
m₁ . Ce (t - tm_o) + m₂ . Ce (t - ta_o)= 0
0,4 . C₁ (-168) + 1Kg . 4180 . 2 = 0
-67,24C₁ + 8360 = 0
C₁ = 124,4 J/Kg.K

8.-Calcula la cantidad de calor que se perderá al pasar 0,4Kg de agua a hielo.

Q = m.L_s
Q = 0,4Kg (-333,5KJ/Kg)
Q = -133,4 KJ

Laura&Marta&Paula

Experimento : Nieve carbónica

El hielo seco o nieve carbónica es el estado sólido del dióxido de carbono el cual se sublima a -70º conviertiendose en gas.

Se utiliza como refrigerante porque al sublimarse, no pasa por el estado líquido, con lo que no produce humedad.
Se usa en el aire acondicionado de aviones y hospitales. También se utiliza en conciertos y películas para efectos especiales como niebla artificial ya que al contacto con el agua el gas en el que se convierte la nieve carbónica arrastra partículas de agua que al ser más densas que el aire no ascienden.

A menudo pensamos que el CO₂ es tóxico pero en realidad es sólo un residuo que producimos al respirar.





Laura & Paula

Ejercicio sobre el calor latente

pág 103

12)Sabiendo que la temperatura de ebullición del benceno es 80,2ºC y, su calor de vaporización 396KJ/Kg calcula el calor que tenemos que sumistrar a 150g de benceno líquido a la temperatura de ebullición para trasformarlo totalmente en vapor.


L_V = 396 KJ/Kg
m = 150g = 0,15Kg

Q = m . L_V
Q = 0,15 . 396
Q = 59,4 KJ

Efectos del Calor III

Dilatación

-Dilatación es el incremento de volumen que experimenta un cuerpo al variar su temperatura.

Dilatación lineal de los sólidos

Cuando un sólido se calienta aumentan sus tres dimensiones, pero hay casos donde el aumento se nota en la longitud, entonces diremos que se produce una dilatación lineal.

Ejemplos: aumento de longitud de vigas, railes, alambres, etc.

Se define el coeficiente de dilatación lineal (λ) de un sólido como la variación que esperimenta por unidad de longitud al aumentar un grado su temperatura. La longitud final l vendrá dada por:

l = l_o (1 + λ . Δt)

l = longitud final (m)

l_o = longitud inicial (m)

λ = coeficiente de dilatación lineal (K^-1 = 1/K)

Δt = incremento de temperatura (Kº )

Ejemplo: Una barra de plomo a 15ºC tiene una longitud inicial de 50 cm. ¿Qué longitud tendrá si se calienta hasta 85ºC?

Datos

t_o = 15ºC

l_o = 50.0 cm

t = 85ºC

λ = 2'9 . 10^-5ºC^-1

Δt = t - t_o = 85ºC - 15ºC = 70ºC = 70Kº

l = 0'5 m (1 + 2'9 . 10^-5/ºC . 70ºC =

l= 0'501 m =50'1 cm

Efectos del calor II

El equilibrio térmico

Cuando ponemos en contacto un cuerpo caliente con otro frío, el caliente cede calor que es absorvido por el frío.

Tras un cierto tiempo, los cuerpos llegan a tener la misma temperatura, entonces se dice que ambos cuerpos están en equilibrio. A la temperatura a la que se igualan se llama temperatura de equilibrio.

Q _cedido = Q _absorvido

Q_cedido + Q _absorvido = 0

Calor latente de fusión

El cambio de estado transcurre a temperatura constante.
Se define como la cantidad de calor que es necesaria comunicar a la unidad de masa para que se funda.

L_F.agua = 333,5 KJ/Kg

Para que 1Kg de agua pase de sólido a liquído (fusión) se necesitan 333,5 KJ

Calor latente de vaporización

El cambio de estado transcurre a temperatura constante.
Se define como la cantidad de calor que es necesaria comunicar a la unidad de masa para que se vaporice.

L_v.agua = 2257 KJ/Kg

En general el calor comunicado o cedido en un cambio de estado viene dado por :

Q = m . L

Siendo L el calor latente de fusión o de vaporización del cuerpo

Efectos del Calor

Cuando comunicamos o quitamos calor a un cuerpo, puede ocurrir:

- Variación de la temperatura

- Cambio de estado

- Dilatación

Variaciones de la temperatura

Si comunico calor a un cuerpo, el cuerpo absorbe calor Q>0. Si absorbe calor implica que la temperatura aumenta.

Si extraemos calor a un cuerpo, el cuerpo libera o cede ese calor Q<0.>

El calor depende de:

a) Material del que está hecho un cuerpo.

b) Masa del cuerpo

c) Diferencias de temperatura

Q = m . C_e . Δt = m . C_e (t_F - t_i)

Q= calor (J)

m=masa (kg)

C_e= calor específico (J/kg.k)

Δt= Incremento o variación de la temperatura (kº; ºC)

- Calor específico es la cantidad de calor que absorbe una determinada sustancia, para que aumente la unidad de masa un grado (kelvin) su temperatura.

Para el caso del agua; C_e = 4180 J/kg.k

* C_e depende del tipo de sustancia.

DATOS

m = 2.5 Kg

t_i = 15ºC = (15 + 273) K = 288K

t_F = 80ºC = (80 + 273) K = 353 K

C_e = 443 J/Kg . K

Q = m . C_e . (t_F - t_i)= 2.5 Kg . 443 J/Kg . K (353K - 288K)= 2.5 Kg . 443 J/Kg.K 65K= 71987.5 J

Energía térmica

Calor y temperatura

- Temperatura: magnitud física que tiene que ver con el estado de agitación de las moléculas.A mayor temperatura, mayor agitación.
Se utilizan distintas escalas termométricas, donde se eligen dos puntos para definirlas: punto de fusión del hielo y punto de ebullición del agua.

Escala Kelvein o absoluta Escala Celsius Escala Fahrenheit
P.e. -> 373k P.e. -> 100ºC P.e. -> 212ºF
P.f. -> 273K P.f. -> 0ºC P.f. -> 32ºF
Se miden en 100 unidades Se mide en 180 unidades

K = Cº + 273 ºC/100 = ºF-32/180


- Calor: forma de transmisión de energía debido a una diferencia de temperatura debida a dos cuerpos en contacto o al propio cuerpo.
Se mide en Julios o en calorías:
1cal = 4.18 J

Principio de conservación de la energía mecánica

"Si sobre un cuerpo la única fuerza actuante es el peso, entonces se mantiene constante su energía mecánica."

E_mA = E_mB E_cA + E_pA = E_cB + E_pB

Ejemplo: Se deja caer una pelota de 1Kg de masa desde una ventana situada a 15m de altura. Calcula:

a)La energía mecánica en el punto inicial.

b)La energía mecánica en el momento del impacto contra el suelo

Datos
HA = 15m
HB = 0m
VA = 0m/s
g = 9,8m/s2
m = 1kg

a) E_cA = 0m/s

E_pA = m . g . h_A = 1kg . 9,8m/s^2 . 15m = 147 J
E_mA = 0 + 147 J = 147 J

b) E_pB = 0 J

v_B = √2 . g (h_A - h_B) = √2 . 9,8 . 15 = 17,15 m/s
E_cB = (m . vB^2) / 2 = (1 . 17,15^2) /2 = 147 J
E_mB = E_cB + E_pB = 147 J

Transformaciones de la Energía

- Variaciones de la Energía Cinética

Cuando variamos la Ec de un cuerpo, esta variación se invierte en producir un trabajo.

W=ΔEc = Ecf -Eci

- Variaciones de la energía potencial

Cuando quiero levantar un objeto debo realizar un trabajo para que aumente la energía potencial, cuando se deja caer el objeto, el trabajo que se realiza en la caida se utiliza en disminuir su energía potencial.

W= -ΔEp

Energía mecánica

La energía mecánica es la suma de la energía cinética y la energía potencial :

• Energía cinética

Es la energía que experimentan los cuerpos por estar en movimiento.

Ec = (m . v^2)/2

Ec = energía cinética (J)

m = masa (Kg)

v = velocidad (m/s)

• Energía potencial gravitatoria

Es la energía que experimentan los cuerpos cuendo se encuentran a una determinada altura del suelo.

Ep = m . g . h

Ep = energía potencial (J)
m = masa (Kg)
h = altura (m)
g = 9,8 m/s^2

La energía mecánica es igual a Ec + Ep , es decir:

Em = (m . v^2)/2 + m . g . h

Trabajo y potencia

1. Trabajo & Potencia

1.1 Trabajo: se define como producto de la fuerza ejercida sobre un cuerpo por la distancia que se desplaza.

W= F . e

w= trabajo (J)

f= fuerza (N)

e= distancia (m)

El trabajo se mide en Julios. 1Julio = 1N . 1m

Esta fórmula es válida cuando la fuerza lleva la misma dirección y sentido que el desplazamiento.

Salvo:

a) Si la fuerza es perpendicular al desplazamiento. W= 0

b)Si el sentido de la fuerza es contrario al del desplazamiento, como en la fuerza de rozamiento, entonces el trabajo es negativo. W= -F . e

El signo menos indica que la energía mecánica se pierde y se transforma en energía térmica. Dicho de otra forma, un trabajo negativo significa que se pierde en forma de calor.

1.2 Potencia: representa el trabajo realizado por unidad de tiempo.

P= W/t

W= trabajo (J)

P= potencia (vatio, w)

t= tiempo (s)

1CV = 735,5 W

La potencia mide la eficacia con la que se realiza un trabajo.

La potencia tambien la podemos expresar:

P= F . V

P= potencia(w)

F=fuerza (N)

V= velocidad (m/s)