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viernes, 21 de junio de 2013

Física y Química 3ºESO - Estructura de la materia


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)

(estudiar tabla periódica de los elementos) 

  

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.)

 
Actividades:

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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