Estructura de la
materia Tema 4
1.- Los elementos químicos
1.1.- Los elementos en la
naturaleza
Se conocen más de 100 elementos químicos, pero en la naturaleza solo
se pueden encontrar 90, los llamados elementos
naturales, el resto han sido creados en laboratorios y se llaman elementos artificiales.
Los elementos naturales, en su mayoría, se encuentran combinados con
otros, formando compuestos.
Los elementos en la Tierra
El elemento químico más abundante en la Tierra es el hierro (Fe),
aunque la mayor parte se encuentra en el núcleo terrestre. En la corteza terrestre,
los elementos más abundantes son el oxígeno (O) y el silicio (Si)
Los elementos en los seres vivos
El 99% de la materia en los seres vivos está constituida por: oxígeno
(O), carbono (C), hidrógeno (H), nitrógeno (N), calcio (Ca) y fósforo (P)
El 15 restante se denominan oligoelementos (cobalto (Co), cobre (Cu),
cinc (Zn), selenio (Se) o flúor ((F).
Los elementos en el universo
Los más abundantes son los más ligeros: hidrógeno (H) 90% y helio (He)
9%
1.2.- Tabla periódica de los
elementos
Los científicos clasificaron los elementos químicos en el S XIX para
facilitar su estudio.
Mendeleiev y Meyer sugirieron ordenar los elementos en orden creciente
de masa atómica.
La tabla de los elementos se denomina tabla periódica o sistema
periódico y en la actualidad se ordenan según el número atómico (ya no se
ordenan por su masa atómica)
2.- Los elementos en la tabla periódica
2.1.- Grupos y períodos
Los elementos están colocados en orden creciente de número atómico.
Hay 18 grupos (columnas en la tabla) y 7 períodos (filas en la tabla)
Algunos grupos tienen nombres que los distinguen:
-
Alcalinos: son los elementos del grupo 1
(excepto el H). Son metales de baja densidad, blandos y que reaccionan
enérgicamente con muchas sustancias (incluso con el agua)
-
Halógenos: elementos del grupo 17. Muy
corrosivos y reaccionan con los metales formando sales
-
Gases nobles: elementos del grupo 18. Se llaman
así porque son muy estables y raramente se combinan con otros elementos.
2.2.- Propiedades periódicas
Las propiedades de los elementos varían dentro de un grupo o un
período.
Carácter metálico
El carácter metálico está relacionado con las propiedades físicas y
químicas de los elementos. Según se avanza hacia la derecha en un período
(fila), disminuye el carácter metálico.
Metales, no metales y
semimetales
• Metales: son de aspecto brillante y fríos al tacto al ser
buenos conductores de calor. Son buenos conductores de la electricidad (la Ag
el que más), son dúctiles (se les puede dar forma de hilo) y maleables (se les
puede dar forma de láminas)
• No metales: muchos son gases (O ó N). También los hay con
elevados puntos de fusión (C)
• Semimetales: poseen características intermedias entre metales
y no metales. Algunos como el Si o el Ge se usan en la fabricación electrónica.
3.- Enlace químico
3.1.- Enlace químico
Los enlaces químicos son las fuerzas de atracción que permiten que los
átomos de la mayoría de los elementos químicos se unan a otros átomos, ya sea a
otros átomos del mismo o de otros elementos, formando millones de sustancias y
compuestos químicos.
Moléculas y redes cristalinas
Molécula: es una discreta agrupación de átomos producida por
enlaces químicos.
Red cristalina o cristales covalentes: es una estructura de
millones de átomos ordenados regularmente en el espacio
SUSTANCIAS
QUÍMICAS PURAS
↓ PUEDEN SER ↓
|
||||
Sustancias
químicas elementales
(átomos unidos del mismo elemento)
|
Compuestos
químicos
(átomos unidos de distintos elementos)
|
|||
Ejemplos: Cl, Ar, He, Fe, S, O,
Ozono, Carbono (diamante)
|
Ejemplos: Amoniaco, Metano,
Dióxido de Carbono, Agua,
Dióxido de Silicio, Cloruro de Sodio
|
|||
↓ Pueden formar ↓
|
↓ Pueden formar ↓
|
|||
Átomos
aislados
|
Moléculas
|
Red
cristalina o cristales
|
Moléculas
|
Red
cristalina o cristales
|
Ar, He
|
Ozono, Cl,
O, S
|
Fe, Carbono (diamante)
|
Amoniaco, Metano, Dióxido de Carbono,
Agua
|
Dióxido de Silicio, Cloruro de Sodio
|
3.2.- Fórmulas químicas
Una fórmula química es la representación de una sustancia química, que
informa de las clases de elementos que la componen y de la proporción en la que
se encuentran.
Fórmula molecular: es la
que representa una sustancia formada por moléculas. Indica el número exacto de
átomos de cada elemento que hay en una molécula (ej.- Cl₂ cloro, S₈ azufre, NH₃
amoniaco, CH₄ metano, H₂O agua)
Fórmula empírica: es la que
representa una sustancia formada por una red cristalina. Indica solo la
proporción relativa entre los átomos de cada elemento que hay en la red
cristalina Ejemplos:
- a) red cristalina formada por dos tipos de átomos: SiO₂ dióxido de silicio → la proporción en la red cristalina es de un átomo de
silicio por cada dos átomos de oxígeno.
- b) red cristalina formada por un solo tipo de átomos: FE hierro → su fórmula es el símbolo del
elemento
Reglas de escritura de las fórmulas
químicas
1ª nunca se escribe el subíndice 1 (si KCl no K₁Cl₁)
2ª si un grupo de átomos se repite + de una vez, se escribe el grupo
entre paréntesis y con el subíndice que indica cuantas veces está repetido
dicho grupo de átomos ( si Ca(NO₃)₂ indica que por cada átomo de de Ca hay dos
grupos de átomos de NO₃ , en total un átomo de Ca dos de N y 6 de O)
3ª en la fórmula se escribe generalmente a la izquierda el símbolo del
elemento de carácter más metálico ( si MgCl₂
no Cl₂Mg )
4ª en la fórmula de elementos no metálicos, se escribe a la izquierda
el elemento situado más a la izquierda de la escala ( si SO₃ no O₃S )
4.- Sustancias moleculares y atómicas
4.1.- Sustancias moleculares
Son las sustancias que están formadas por moléculas que pueden, a su
vez, estar formadas por átomos de un mismo elemento (O₂, N₂, O₃, …) o de
diferentes elementos (H₂O, CO₂, SO₂ …)
A temperatura ambiente son gases, líquidos o sólidos de punto de
fusión bajo.
Cambian de estado fácilmente.
Su solubilidad en agua es variable, pero suelen ser solubles en etanol
y disolventes semejantes.
No conducen la electricidad en estado puro o en disolución acuosa
Enlace covalente: se
produce cuando los átomos de no metales que forman una molécula comparten
electrones de forma que todos ellos ganan estabilidad..
Las fuerzas que mantienen unidos los átomos de la molécula son muy
fuertes.
Las fuerzas de atracción entre las moléculas son generalmente débiles.
La masa molecular es la suma de las masas de todos los átomos
de una molécula.
4.2.-Sustancias atómicas
Son las que producen en forma de red cristalina (no de moléculas) en la unión de átomos mediante enlace
covalente (Ej. Cdiamante un
átomo de C se enlaza a cuatro átomos de C y estos, a su vez, con otros cuatro
átomos, y así sucesivamente)
Son sólidos, densos, duros, insolubles y con elevados puntos de fusión
(por encima de 1.400⁰C
No conducen la electricidad
5.- Sustancias iónicas y metálicas
5.1.- Sustancias iónicas
Son sólidos con puntos de fusión elevados
Son duros pero frágiles
Son insolubles, excepto en el agua
No conducen la electricidad en estado sólido, pero sí fundidos o en
disolución.
Los enlaces iónicos se
producen cuando los iones formados, que tienen cargas opuestas, se atraen y
quedan unidos. Mediante la unión de un elemento metálico y un elemento no
metálico (NaCl, CaS, MgF₂, …) y están formados por redes cristalinas de iones, átomos o grupos
de átomos cargados eléctricamente.
Ion: es un átomo o molécula
que ha perdido su neutralidad eléctrica porque ha ganado o perdido electrones
-
Ion con carga positiva o catión, se produce cuando un átomo pierde electrones
-
Ion con carga negativa o anión, se produce cuando un átomo gana electrones
Los iones se representan por el símbolo del elemento y un superíndice
que indica la carga eléctrica neta (Na⁺, K⁺, Mg²⁺, O²ˉ, S²ˉ, Fˉ, …)
5.2.- Sustancias metálicas
La mayoría son sólidos densos de elevados puntos de fusión
Son insolubles en cualquier disolvente
Son maleables y dúctiles
Conducen el calor y la electricidad en estado sólido o fundido.
Los enlaces metálicos son los
formados solo por átomos de elementos metálicos (Na, Fe, Al, AU, …) iguales o
distintos. Se pueden formar metales puros o aleaciones (mezcla de metales).
La nube electrónica: es una nube de electrones más externos
débilmente unidos al núcleo que permanece alrededor de los átomos del metal.
6.- El lenguaje químico
6.1.- El lenguaje químico
El primer sistema de formulación lo propuso Dalton. Posteriormente
Berzelius lo modificó. En 1919 se fundó la IUPAC que se propuso unificar la
nomenclatura química. En la actualidad todavía coexisten diversos sistemas.
6.2.- Nomenclatura sistemática
de compuestos binarios
.- La Química orgánica o Química del carbono estudia la mayoría
de los compuestos del carbono.
.- La Química inorgánica estudia los elementos de la tabla
periódica y los compuestos que forman.
Los compuestos inorgánicos más simples son los binarios (formados por dos elementos diferentes).
Los principales compuestos binarios son:
-
Óxidos:
intervienen el O y cualquier otro elemento (CO₂, Fe₂O₃, P₂O₅, etc.)
-
Hidruros:
intervienen el H y cualquier otro elemento (CaH₂, HCl, CoH₃, etc.)
-
Sales:
interviene un elemento metálico y otro no metálico (NaCl, CaS, AlCl₃, etc.)
-
Combinación
de no metales: intervienen dos elementos no metálicos (CS₂, CCl₄, NBr₃,)
Nomenclatura sistemática
.- El número de átomos de cada elemento se indica mediante prefijo
(1-mono, 2-di, 3-tri. 4-tetra, 5-penta, 6-hexa, 7-hepta). Generalmente se omite
el prefijo mono
.- El elemento situado a la derecha en la fórmula se nombra primero
con la terminación –uro (dihidruro, cloruro, sulfuro, tetracloruro, etc.),
excepto si es oxígeno, en cuyo caso se denomina óxido (dióxido, trióxido,
tetraóxido, pentaóxido, etc.) (ver tablas pag.89)
.- algunos compuestos binarios más comunes y cotidianos conservan nombres
propios, su nombre tradicional (agua H₂O, amoniaco NH₃, metano CH₄, etc.)
1.- indica las características de las partículas constituyentes de los
átomos
2.- conocer y explicar los modelos atómicos: Dalton, Thomson,
Rutherford, modelo actual
3.- describe el experimento de Rutherford y el descubrimiento del
núcleo
4.- deduce el número de protones, neutrones y electrones, a partir de
los números atómico y másico
5.- concepto de isótopo
6.- enumera las propiedades de elementos, compuestos y mezclas (color,
brillo, estado físico, conductividad, etc.)
7.- distingue entre metales y no metales según sus propiedades
8.- identifica el nombre de cualquier elemento a partir de su símbolo
o viceversa
9.- di los elementos de los grupos principales
10.- dados los números atómico y másico de un elemento representativo,
deduce:
-
Situación en el S.P.: grupo y periodo
-
Símbolo y nombre
-
Valencia iónica
-
Si es metal o no metal
11.- di las aplicaciones de los isótopos radiactivos
12.- di algún ejemplo de la utilización de modelos en el estudio de
conceptos abstractos de la ciencia moderna.
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