Saludos estudiantes, bienvenidos a la segunda parte del capítulo 2, la naturaleza de las moléculas y las propiedades del agua. En el día de hoy vamos a estar hablando del arreglo de los electrones, dónde estos se encuentran y la importancia que tienen para las características y propiedades físicas de los átomos. Así que, para nosotros poder entender el comportamiento químico de un átomo, debemos saber dónde están los electrones.
en cuáles orbitales y cuántos hay. Una forma para describir la localización de los electrones con respecto a los orbitales es utilizar el modelo de Bohr. Prácticamente los describe en unos orbitales discretos.
Sin embargo, la física moderna ha descrito de que esos orbitales son un área en donde los electrones están la mayor parte del tiempo. Lo habíamos mencionado en la lección anterior. no siempre van a estar allí, hay algunos electrones que salen y otros que llegan, pero ese área física alrededor del núcleo, donde los electrones están la mayor parte del tiempo, pues entonces le vamos a llamar los orbitales electrónicos. Ningún orbital puede contener más de dos electrones, así que vamos a ver cómo los diferentes orbitales electrones son utilizados y cómo distribuyen esa cantidad de dos electrones.
En este caso, pues vemos ese... esa dramatización del modelo de Bohr, y en este caso pues vemos un núcleo y unos electrones en su orbital más sencillo, ese primer orbital se llama el orbital 1s, es el primer nivel de energía, vamos a discutir eso con detalle ya mismo, por eso el 1 es esférico, spherical en inglés, así que ese orbital se llama el orbital 1s. Y en el orbital 1s, como está representado aquí, caben hasta dos electrones.
Así que puede haber uno, o pueden haber dos, pero no pueden haber tres, ni cuatro, ni cinco. Caben hasta dos electrones. Así que el primer nivel de energía, el primer nivel que vamos a hablar... de orbitales electrónicos, es un orbital esférico, como si fuera una esfera, y se llama el orbital 1s.
1 por el nivel, s por la forma esférico. El segundo nivel de energía, ya vemos aquí que en este diagrama representaban el primer nivel de energía en sólido con dos electrones. En el siguiente nivel de energía hay varios tipos de orbitales electrónicos.
En este caso, hay uno que es esférico, pero si se fijan, el volumen que ocupa es mucho mayor que el 1s. Está en el segundo nivel de energía, es esférico, por lo tanto se llama el orbital 2s. Y en el orbital 2s caben hasta dos electrones. Puede haber cero, puede haber uno, puede haber dos.
Aparte del orbital 2s, en ese segundo nivel de energía, vamos a ver que también encontramos tres tipos de orbitales que son como elípticos. Yo los comparo con estos globos de cumpleaños que son como en forma cónica y redonda en los extremos, y como si tuviéramos dos, uno en el eje de x, dos en el eje de y, y dos en el eje g. de zeta y pues los electores van a estar en este lugar, en el orbital que está en el segundo nivel de energía 2p.
Así que estos que son en esta forma se llaman los orbitales 2p y existen tres orbitales 2p, uno en el eje de x, uno en el eje de y y uno en el eje Z. En cada uno de estos orbitales 2P caben hasta dos electrones, por lo tanto, en el 2px caben 0, 1 o 2, en el 2py 0, 1 o 2, y en el 2pz 0, 1 o 2. Así que puede que si todos los espacios en el segundo nivel de energía estén llenos, caben 2, 4, 6. y 2 son 8 electrones. Así que, diferente al primer nivel de energía que cabían hasta 2 electrones, que podía haber 1 o 2, en el segundo nivel de energía caben hasta 8 electrones.
Así que puede haber 0 si no hay 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 u 8. No puede haber 9. Si hubiese no puede haber nueve si hubiese un electrón adicional estaría en el tercer nivel de energía y ya en el tercer nivel de energía pues lo que vamos a hacer es utilizar lo que se conoce como la regla del octeto y vamos a estar en el tercer nivel 8 electrones, en el cuarto nivel 8 electrones, en el quinto nivel y siguen por ahí hasta 8, hasta 8, lo que se conoce la regla del octeto. Así que veamos otra representación gráfica de todos estos orbitales uno sobre el otro Y aquí vemos el orbital 1s en el centro, hasta dos electrones, el orbital 2s, que es este que está acá, el 2p que se ve aquí en z, ¿verdad? Y vemos los diferentes niveles aquí. Y entonces en el s hay hasta dos electrones, en el 1s, en el 2s, dos electrones, y en este caso hay un electrón en el 2. 2PX, 2PY y 2PZ también, 1, 1 y 1. Así que aquí hay un total de 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 electrones. Así que en este caso el orbital 1S está lleno, el orbital 2S está lleno, pero hay un espacio disponible en cada uno de los 2B.
¿Cuál es el orbital que se va a llenar? En realidad... se llenan en secuencia.
Se tiene que llenar primero el primer nivel de energía y no es hasta que el primer nivel de energía está lleno que entonces comienza a llenarse el segundo nivel de energía. Cuando se llena el segundo nivel de energía que se llena con hasta ocho electrones entonces puede llenarse el siguiente nivel de energía etcétera etcétera. Veamos esta figura. En este caso, vamos a ver que los electrones, según van subiendo en el nivel de energía, y van subiendo desde su nivel de energía más bajo al siguiente, van ganando energía, y esa energía la almacenan como energía potencial. Mientras más lejos estén del núcleo, más energía potencial van a tener.
Sin embargo, el autor le hace... claro de que no confundan los niveles de energía con los orbitales electrónicos. Esto que está aquí son los orbitales electrónicos, el 1s, el 2s, los 2px, 2py, 2pz. Este diagrama, que lo vemos aquí mejor, pues este representa los diferentes niveles de energía. Los electrones que están en ese primer nivel de energía, que están bien cerca del núcleo, tienen energía pero tienen el menor nivel de energía posible.
Tienen un nivel basal, un nivel base de energía. Sin embargo, los que están en el segundo nivel de energía, tienen más energía que los electrones que están en el primero, sin embargo tienen menos energía que los que están en el tercer nivel. Lo mismo con los que están en el tercer nivel de energía, tienen más energía que el primer y segundo nivel, pero menos energía que los que están en el... nivel de energía superior. Aquí abajo tenemos una representación de cómo se llama cada uno de esos niveles de energía.
El primer nivel de energía se llama el K, lo vemos aquí, el L, el M, el N. Pues la pregunta es, y aquí vemos unos dibujitos con unas flechitas, ¿un electrón que está en el nivel de energía K puede subir al nivel de energía L? Sí.
¿Cómo? Ganando energía. Solamente ganando energía puede estar en un nivel superior.
¿Uno que está en el L puede pasar al M? Sí. ¿Cómo? Ganando energía. ¿Puede pasar al N?
Sí. ¿Cómo? Ganando energía.
Para que un electrón pase a un nivel de energía superior, tiene que ganar energía. Sin embargo, si hacemos la pregunta en la otra dirección, ¿un electrón que está en el nivel de energía N podría bajar al M? Sí.
¿Y qué sucedería? Pues como está en un nivel de energía menor, pues va a liberar energía, va a perder energía. Y esa energía que se libera no se desaparece.
Vamos a ver en el capítulo de termodinámica que la energía ni se crea ni se destruye, solamente puede ser transferida o transformada. Pues vamos a ver que cuando ese electrón baja de un nivel energético superior a uno inferior, se libera energía y esa energía va a estar disponible para realizar trabajo. Así que vamos a ver cómo los electrones pueden bajar de niveles de energía liberando energía.
cómo pueden subir de nivel de energía, ganando energía, y eso nos lleva a un sistema mercantil en donde los procesos dentro de la célula hay que pagarlos. Allí no hay ATH móvil, allí no hay CACH, allí hay que pagar por procesos a base de energía. Y vamos a ver un tema que va a ser recurrente a través de todo el semestre, que son las reacciones REDOX, que viene de reducción.
y oxidación. Y durante las reacciones químicas puede que los átomos donen electrones o ganen electrones. Hay reacciones que prácticamente el reactivo y los productos tienen la misma cantidad de energía y pues se rearregló la energía pero tienen el mismo nivel de energía.
Pueden retener esa cantidad de energía dentro de sus moléculas, de sus átomos. Sin embargo, si un átomo libera un electrón, si dona un electrón, lo que está ocurriendo es que se oxida. Si un átomo gana, o molécula gana, un electrón, lo que está ocurriendo es que se está reduciendo. Oxidación, reducción.
Los estudiantes a través de los años yo he visto que tienen mucho conflicto. con los términos de oxidación, particularmente con el de reducción. En este caso, la oxidación, pues si pensamos en un pedazo de hierro viejo que está a la orilla del mar, con mucha oxidación, ese pedazo de hierro no se está poniendo más grande, se está poniendo más pequeño, está perdiendo materia.
Y si te digo que la oxidación es cuando los átomos donan electrones, Tenía todo el sentido del mundo. Ese pedazo de acero, de hierro, se está haciendo más pequeño porque sus átomos se están donando electrones, donando electrones y rompiéndose y haciéndose más pequeño cada vez. Y ese normalmente no da problemas con los estudiantes de entender que oxidación es cuando un átomo o molécula donan electrones.
El que no me lo aceptan de primera intención y es importante, por eso hago el detalle, es el proceso de reducción. Cuando un átomo gana electrones, se reduce. Cuando un átomo o molécula ganan electrones, ocurre un proceso de reducción.
Y siempre está el que busca las cinco patas del gato y dice, pero profesor, ¿cómo es posible que se esté reduciendo si está ganando un electrón? La realidad es que el término correcto de decir un átomo o molécula que ganan electrones, reduce su cantidad relativa de cargas positivas. Repito, un átomo o molécula que gana electrones reduce su cantidad relativa de cargas positivas. Me explico.
Digamos que es un átomo como hidrógeno que tiene una carga positiva y una carga negativa. ¿Sí o no? Si hidrógeno ganase un electrón, Ahora tiene una carga positiva, un protón, y dos electrones, dos cargas negativas.
Antes había una positiva y una negativa. Estaban igual, igual, uno y uno. Pero ahora que ganó un electrón, hay más cargas negativas que positivas.
Así que ya no está en empate, ya no está igual. Ahora la proporción de cargas positivas es menor. Hubo una reducción en la proporción de cargas positivas. Así que cuando hablamos de reducción, estamos hablando de un átomo o molécula que gana electrones. Cuando hablamos de oxidación, estamos hablando de un átomo o molécula que donan electrones.
Y para los efectos, aquí vemos un diagrama en donde vemos un átomo oxidándose, donando electrones, y otro átomo reduciéndose, ganando ese electrón, reduciendo la cantidad o la proporción relativa. de cargas positivas. Y vamos a ver que muchos de los procesos importantes en los organismos vivos se van a llevar a cabo.
pagados por reacciones de reducción y oxidación, donde átomos o moléculas se oxidan donando electrones que cargan energía, que son electrones que están en los niveles de energía superiores, que son, si regresamos a la figura anterior, que están en la capa externa, que le vamos a conocer como capa valente. Así que esos electrones, al donarse, a lo mejor pasan a un nivel más bajo. y en la nueva molécula, en el nuevo átomo donde están.
Por lo tanto, esa energía que se libera sirve para pagar por procesos. Así que vamos a tratar de entender ese proceso detallando dónde están esos electrones. Si recordamos, yo les decía que si descomponemos la materia química o físicamente, llegamos a lo más chiquito o lo más sencillo que podamos. ya sin descomponer, es a los elementos. Y si buscamos cuál es la cantidad menor de un elemento que yo tengo que todavía posee sus propiedades físicas y químicas, pues estamos hablando de los átomos.
Y los elementos son diferentes, los átomos de esos elementos son iguales dentro de ese elemento, pero los átomos del elemento, por ejemplo hidrógeno, son diferentes de los átomos o la composición de los átomos de oxígeno. Así que tiene los mismos componentes, que si tiene neutrones, electrones, protones, pero la proporción, la cantidad y dónde están colocados va a ser diferente. Por lo tanto, si recordamos otra vez la figura que hablábamos de los niveles de energía, prácticamente este es el primer nivel de energía, el segundo, el tercero, el cuarto, y mientras más lejos del núcleo, más energía hay. Para subir de nivel de energía, hay que ganar energía. Para bajar de nivel de energía hay que liberar energía, ¿verdad?
Y entonces, cuando dos átomos se acercan, y recuerden que esto es bien, bien, bien pequeño, que no lo podemos ver a simple vista, los electrones están alrededor del núcleo, en ese orbital electrónico que les dije, que era una nube alrededor de ese núcleo donde iban a estar los electrones la mayor parte del tiempo. Así que si nosotros nos pudiéramos reducir en tamaño y visitar un átomo, Los electrones están dando vueltas alrededor del núcleo, así que lo más probable es que nosotros encontremos, al visitar ese átomo primero, es al electrón o a los electrones. Y después sí que llegamos al núcleo, llegamos al núcleo y están los neutrones, si posee neutrones y los protones.
Por lo tanto, cuando dos átomos interactúan entre sí, ¿quién va a ser el responsable, el componente principal que identifica ese átomo? los electrones que están en su nivel de energía más externo. Ese nivel de energía más externo se conoce como la capa valente y los electrones que están en ese nivel de energía mayor se llaman los electrones valentes o de valencia.
Si esa capa valente está llena, los átomos están inertes o no reactivos. Pero si esa capa valente... no está llena, ese átomo no está estable, excepto por el primer nivel de energía que se completa con dos electrones, todos los demás niveles de energía se llenan con ocho electrones, lo que se llama la regla del octeto.
Aquí vemos una tabla periódica en donde vemos los diferentes elementos, aquí no están todos, fíjense que se separan estas columnas y después de aquí de 103 regresa aquí 104 y sigue por acá. Pero les decía que de todos estos ciento y pico de elementos, los más importantes son estos que están aquí, particularmente los primeros cuatro. Y en ese sentido vemos que están colocados por familias y es importante entender qué ocurre en cada una.
de esas columnas. Veamos esta versión resumida de una tabla periódica y aquí veamos que todos los que están en este periodo, el grupo 1, el 2, el 3, el 4, el 5, el 6, el 7, el 8, en este periodo todos tienen en su nivel más externo un electrón, un electrón, un electrón. En su capa valente hay un electrón valente, un electrón. un electrón valente.
Fíjense que la capa valente aquí es el primer nivel de energía, aquí es el segundo nivel de energía. Aquí es el tercer nivel de energía. Y por ahí para abajo, pues continuamos. Todos los de esta línea tienen un solo electrón valente.
Todos estos tienen dos, todos estos tienen tres, todos estos tienen cuatro, todos estos tienen cinco electrones valentes, seis, siete, ocho electrones valentes, excepto helio, ¿verdad? Que se llena su primera capa, tiene dos electrones nada más, pero está lleno. ¿Ok? Y excepto este, pues de aquí en adelante es que aplica la regla de los tetos. Así que...
Todos los de esta familia, Helio, Neón, Argón, Cristón, Zenón, Radón, se conocen como los gases nobles o inertes porque tienen su capa valente llena. Están estables. Y yo siempre le digo a mis estudiantes, si tú estás acostado en el piso y el piso está estable, del piso, ¿tu tema es caerte? No. Pero si estás trepado de una escalera o una chorrera bien alta, pues ten mucho cuidado que no te caigas porque estás en un sitio inestable.
Pues estos átomos de estos elementos tienen su capa valente llena en todos los electrones valentes que le caben. Por lo tanto, donar o ganar electrones los inestabiliza. Por lo tanto, no va a ser imposible, pero va a ser más difícil que reaccionen. Sin embargo, vean todos los que están en esta columna.
Y te vemos nada más aquí, pero recuerden que esto es una versión resumida de la tabla periódica. Hay muchos más elementos. Fluor, cloro, bromo, yodo, todos ellos tienen 7 electrones valentes y su capa se llena con 8. La pregunta es, ¿qué es más fácil, conseguir un electrón o donar 7?
¿Conseguir un electrón y llenar la capa valente o donar 7? y la contestación claramente es conseguir un electrón. Así que los de esta familia son muy dados a recibir un electrón y llenar su capa valente.
Por el contrario, veamos esta primera familia que está aquí. En este periodo, el grupo 1, hidrógeno, tiene un solo electrón en su capa valente y falta uno para llenarlo. Recuerden que este es el 1S y se llena con hasta 2. En litio tiene un solo electrón y ya aquí aplica la regla de los tetos.
Este es el nivel 2s2p que se llena con hasta 8 electrones. Así que aquí faltan 7 electrones para poder llenar esa capa valiente. Así que, ¿qué será más fácil?
¿Donar un electrón o conseguir los 7 electrones que faltan? Lo mismo en el sodio. Sodio es 11. Tiene 11 electrones, 2 en su nivel de energía 1s, 8 para llegar a 10 en el 2s2p, así que 2 más 8 son 10. Y el 11 está solito en el tercer nivel de energía que se llena con 8 electrones. Y la pregunta vuelve a ser, ¿qué es más fácil, donar este electrón o conseguir 7? Y la contestación sigue siendo donar ese electrón.
Así que vamos a ver que muchos de estos átomos lo que van a hacer es donar ese electrón. Y se queda la capa anterior llena y por lo tanto están más estables. En el caso de hidrógeno, hidrógeno dona ese electrón.
¿Y qué me queda? Un núcleo compuesto por un protón. No hay neutrones. Así que... Muchas veces vamos a ir a hablar de protones y protones y protones, y a veces de lo que estamos hablando son de átomos de hidrógeno que donaron su electrón.
¿Qué sucede? En este caso, vemos que a los que están aquí, les es más fácil donar un electrón, a los que están aquí, les es más fácil recibir un electrón, por eso es que vamos a ver muchos... fluoruro, cloruro, bromuro, de sodio, de litio, etc.
Porque no es la única forma en que pueden reaccionar, pero es una forma en que reaccionan. Carbono, que es un átomo bien importante para nosotros, vamos a ver que tiene cuatro electrones valentes. Le hacen falta cuatro electrones más para llenar su capa. Así que va a poder formar enlaces con uno, dos, tres, cuatro átomos distintos. ¿Verdad?
Hasta 4 átomos distintos para poder llenar esa capa valente. Si hablamos entonces de la tabla periódica, les decía que dependiendo de qué libro usted busque, 85, 90 en esa área de los elementos son importantes, son 90 que ocurren naturalmente, pero algunos son importantes. En este libro habla de 12 que son los más importantes para la vida, hay otros libros de texto que te van a decir. 25, pero dentro de esos 25, pues estos 12. Así que, en realidad, vamos a ver una figura ya mismo en cuáles son los átomos, elementos que más necesitamos. Pero fíjate que de más de 100 elementos, de los que ocurren naturalmente, que son unos 90, unos 12 son encontrados en los organismos vivos, en grandes cantidades, pero 4 en particular, y te lo había dicho en la lección pasada, van a ser...
La mayoría, el 96.3% de nuestro cuerpo, de nuestro peso, se debe a cuatro elementos. Carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Y las moléculas orgánicas, que son moléculas de carbono, el término orgánico venía, ya cambió, pero venía del concepto. de que son moléculas que solamente pueden ser producidas por organismos vivos.
Y la química orgánica era la química que estudiaba las células de los organismos vivos. Pero la tecnología ha mejorado y se pueden crear sintéticamente moléculas orgánicas. Así que la química orgánica, en realidad ahora es el estudio de las moléculas de carbono.
Así que si pensamos en las moléculas orgánicas, Los componentes principales van a ser carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Estaban aquí el famoso CHON, carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno. Sin embargo, eso no quiere decir que esto es lo único importante, porque fíjate que aquí 96.3%, todavía falta un 3.7.
Hace falta otros elementos, que ahí estamos hablando de 4, podemos llegar hasta 12. Sin embargo, hay otros elementos que son importantísimos, como son los elementos en trazas. Y los elementos en trazas es como si fueran las trazas pinceladas de un cuadro. En este caso están el zinc y el iodo, son unos importantes, pero vemos otros elementos en trazas aquí, como son el poro, cromio, cobalto, cobre, fluoro, iodo, hierro, manganeso, molibdeno. Selenio, silicio, estaño, vanadio y zinc.
Y fíjense, aquí están los símbolos de esos elementos y el porciento en el cuerpo que ellos ocupan. Fíjense que el porciento de nuestro peso, 65% es oxígeno, 18.5% es carbono, y vamos bajando el 1% es fósforo, 0.4% es potasio. .1 es magnesio, pero fíjense que menos del 1% son todos estos que están aquí. Y usted dirá, ah, si yo necesito menos del 1%, pues no son importantes.
Y la contestación es que sí, son importantes. ¿Por qué? Porque la deficiencia de algunos de estos elementos en trazas puede desembocar en alguna enfermedad. De hecho, les puse un anejo en... para que vean un artículo científico en donde tiene una tabla, en donde dice los elementos en traza y cuáles son las consecuencias si no lo tenemos adecuadamente en nuestra dieta.
Y qué puede ocurrir si los añadimos una vez están ausentes. Así que los invito a leerlo, está en la parte de documentos complementarios. Particularmente el yodo. que lo obtenemos en la sal de mesa cuando le echamos a nuestra comida.
Si nosotros no tenemos suficiente yodo en nuestra dieta, nuestra tiroides que está en el cuello puede empezar a crecer y darnos una condición que se llama bocio y podemos entonces tener una condición... seria en cuanto a la función de esta glándula en nuestro cuerpo. Además, aquí podemos ver una imagen de una paciente de Goiter o Bocio, en donde por la deficiencia de yodo en su dieta, pues la tiroides está recrecida y pues tiene unos desajustes hormonales particulares. particularmente por la deficiencia de yodo en su dieta.
Otra vez les dije, ¿dónde nosotros conseguimos el yodo en nuestra dieta? Pues en la sal de mesa. Eso no es razón para echarle más sal ahora a la comida.
En realidad eso nos puede subir la presión. Si usted no tiene el cuello así, usted no tiene que preocuparse, usted tranquilo. Pero es para entender de qué elementos se entrasan, que los necesitamos en pequeñas cantidades.
tienen una importancia en nuestra salud bien grande. Con esto llegamos al final de esta lección del capítulo 2. Continuamos en la siguiente lección. Espero que hayan entendido.
Por favor visiten a la plataforma de Moodle y si tienen alguna pregunta, háganla en el foro o escríbanme en el correo electrónico. Excelente día.