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Elementos y compuestos. El enlace químico
- 1. FÍSICA Y QUÍMICAFÍSICA Y QUÍMICA 4º ESO4º ESO TEMA 1: ELEMENTOS YTEMA 1: ELEMENTOS Y COMPUESTOS. EL ENLACECOMPUESTOS. EL ENLACE QUÍMICOQUÍMICO
- 2. MODELOS ATÓMICOSMODELOS ATÓMICOS La idea de que la materia está constituida por partículas microscópicas indivisibles es muy antigua, ya en la antigua Grecia Demócrito (460 al 370 a. C.), (discípulo de Leucipo) propuso esta idea.
- 3. MODELO ATÓMICO DE DALTONMODELO ATÓMICO DE DALTON En 1808: 1. La materia está formada por minúsculas partículas indivisibles llamadas átomos. 2. Hay distintas clases de átomos que se distinguen por su masa y sus propiedades. Todos los átomos de un elemento poseen las mismas propiedades químicas. Los átomos de elementos distintos tienen propiedades diferentes. 3. Los compuestos se forman al combinarse los átomos de dos o más elementos en proporciones fijas y sencillas. De modo que en un compuesto los átomos de cada tipo están en una relación de números enteros o fracciones sencillas. 4. En las reacciones químicas, los átomos se intercambian de una a otra sustancia, pero ningún átomo de un elemento desaparece ni se transforma en un átomo de otro elemento.
- 4. ESTUDIOS SOBRE LA ELECTRICIDADESTUDIOS SOBRE LA ELECTRICIDAD ● La primera evidencia de que los átomos no eran indivisibles la proporcionaron los estudios de Faraday. ● Una corriente eléctrica podía descomponer las sustancias en partículas cargadas (aniones y cationes). ● Debe existir una partícula común a la química y la electricidad.
- 5. MODELO ATÓMICO DE THOMSONMODELO ATÓMICO DE THOMSON dedujo que el átomo debía de ser una esfera de materia cargada positivamente, en cuyo interior estaban incrustados los electrones. Tras el descubrimiento del electrón, usando tubos de descarga
- 6. MODELO ATÓMICO DE RUTHERFORDMODELO ATÓMICO DE RUTHERFORD Basándose en los resultados del bombardeo de láminas metálicas delgadas estableció su modelo: El átomo estaría formado por una parte central pequeñísima, con casi toda la masa y toda la carga positiva, el núcleo; y una parte externa, la corteza, prácticamente vacía y enorme en relación al núcleo, en la que estarían girando los electrones + - -
- 7. MODELO ATÓMICO DE BOHRMODELO ATÓMICO DE BOHR El modelo de Rutherford no era capaz de explicar los espectros de emisión de los elementos Espectro de la luz visible Espectro del hidrógeno ●Bohr establece que los electrones sólo pueden girar en unas órbitas estacionarias determinadas en las que el electrón no emite energía. ●La energía de la órbita es mayor cuanto más alejada del núcleo esté. ●Los electrones pueden pasar a órbitas de energía mayor absorbiendo energía e inmediatamente la emiten en forma de radiación electromagnética (luz) volviendo a la órbita inferior. + - - - E - luz -
- 8. MODELO ATÓMICO DE SOMMERFELDMODELO ATÓMICO DE SOMMERFELD Sommerfeld propuso que las órbitas podían ser elípticas y, dentro de un mismo nivel, habría varias con diferentes formas y distintas inclinaciones.
- 9. MODELO ATÓMICO ACTUALMODELO ATÓMICO ACTUAL Considera que los electrones no pueden localizarse con exactitud en órbitas, sino en orbitales: determinadas regiones del espacio en las que podemos encontrar al electrón con una elevada probabilidad. Hay 4 tipos de orbitales: s: uno en cada nivel de energía, caben 2e- p: tres en cada nivel a partir del 2, caben 6e- d: cinco en cada nivel a partir del 3, caben 10e- f: siete en cada nivel a partir del 4, caben 14e-
- 10. NÚCLEO partícula símbolo Carga (C) Masa (kg) protón p+ 1.602·10-9 1.673·10-27 neutrón n 0 1.675·10-27 CORTEZA electrón e- 1.602·10-9 9.110·10-31
- 11. quarks carga u c t +2/3 d s b -1/3 p+ → 2 u + 1 d n → 2 d + 1u
- 13. CARACTERIZACIÓN DE LOS ÁTOMOSCARACTERIZACIÓN DE LOS ÁTOMOS Al13 27 13 +3 Número másico Número atómico Carga
- 14. isótoposisótopos Átomos de un mismo elemento (igual número atómico) con distinto número másico (distinto número de neutrones). C6 12 C6 13 C6 14 U92 235 U92 235 U92 238
- 15. CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICACONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA Distribución de los electrones en un átomo en sus niveles de energía ● K 1s ● L 2s 2p ● M 3s 3p 3d ● N 4s 4p 4d 4f ● O 5s 5p 5d 5f ● P 6s 6p 6d ● Q 7s 7p Ejemplo: 17 Cl: 1s2 , 2s2 2p6 , 3s2 3p5
- 16. Sustancias puras formadas por un solo tipo de átomos a partir de las cuales no pueden obtenerse otras diferentes por procesos químicos. ELEMENTOSELEMENTOS
- 17. LA TABLA PERIÓDICALA TABLA PERIÓDICA
- 18. LEY PERIÓDICALEY PERIÓDICA:: Las propiedades de los elementos químicos varían periódicamente al disponerlos en orden creciente de sus números atómicos. Justificación: La configuración electrónica más externa se repite para los elementos de cada grupo y esta configuración es la responsable del comportamiento químico de un elemento. grupo 1 2 13 14 15 16 17 Configuración ns1 ns2 ns2 np1 ns2 np2 ns2 np3 ns2 np4 ns2 np5
- 19. Sustancias puras formadas por varios tipos de átomos (dos o más elementos) a partir de las cuales pueden obtenerse otras diferentes por procesos químicos. COMPUESTOSCOMPUESTOS FÓRMULAS Símbolos y subíndices que representan al compuesto NH3 Los símbolos indican los elementos que forman el compuesto Los subíndices indican el número de átomos de cada clase en el compuesto
- 20. EL ENLACE QUÍMICOEL ENLACE QUÍMICO No es normal encontrar átomos aislados en la naturaleza, salvo los elementos del grupo 18, los gases nobles, todos aparecen formando agrupaciones. Las uniones entre átomos se llaman enlaces. Las agrupaciones de átomos unidos por enlaces son más estables (tienen menos energía) que el conjunto de átomos por separado.
- 21. EL ENLACE QUÍMICOEL ENLACE QUÍMICO LOS GASES NOBLES 2 He: 1s2 → capa K completa 10 Ne: 1s2 , 2s2 2p6 → capa L completa 18 Ar: 1s2 , 2s2 2p6 , 3s2 3p6 → 8 e- en la última capa 36 Kr: 1s2 , 2s2 2p6 , 3s2 3p6 3d10 , 4s2 4p6 → 8 e- última capa REGLA DEL OCTETO
- 22. EL ENLACE QUÍMICO:EL ENLACE QUÍMICO: ENLACE IÓNICOENLACE IÓNICO 3 Li: 1s2 , 2s1 9 F: 1s2 , 2s2 2p5 +1 -1 +
- 23. PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS IÓNICASPROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS IÓNICAS SÓLIDOS CRISTALINOS: Por la disposición de los iones. ELEVADOS PUNTOS DE FUSIÓN Y EBULLICIÓN
- 24. DUROS PERO FRÁGILES: PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS IÓNICASPROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS IÓNICAS - + - + -+ - + - + - + - + - + -+ - + - + - + - + - + -+ - + - + - + - + - + -+ - + - + - +
- 25. PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS IÓNICASPROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS IÓNICAS SOLUBLES EN AGUA: + ¯
- 26. PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS IÓNICASPROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS IÓNICAS CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA DISUELTOS EN AGUA O FUNDIDOS:
- 27. EL ENLACE QUÍMICO:EL ENLACE QUÍMICO: ENLACE COVALENTEENLACE COVALENTE + 9 F: 1s2 , 2s2 2p5 9 F: 1s2 , 2s2 2p5 F2 Se comparten uno o más pares de electrones para formar una agrupación más estable, la molécula.
- 28. MOLÉCULAS
- 29. REPRESENTACIÓN DEREPRESENTACIÓN DE MOLÉCULAS:MOLÉCULAS:DIAGRAMAS DE LEWISDIAGRAMAS DE LEWIS Cl + Cl Cl Cl O + O O OO O O OO O= Cl Cl_
- 30. ENLACE COVALENTE: CAPAS O REDESENLACE COVALENTE: CAPAS O REDES
- 31. PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIASPROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS COVALENTESCOVALENTES ● Se pueden presentar en los tres estados de agregación. Los sólidos suelen ser blandos y con puntos de fusión y ebullición bajos.
- 32. PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIASPROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS COVALENTESCOVALENTES ● Suelen ser solubles en disolventes orgánicos y poco solubles en agua. ● No suelen ser conductores de la electricidad
- 33. EL ENLACE QUÍMICO:EL ENLACE QUÍMICO: ENLACE METÁLICOENLACE METÁLICO Unión entre átomos de un metal que, convertidos en cationes, comparten los electrones cedidos. + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
- 34. PROPIEDADES DE LOS METALESPROPIEDADES DE LOS METALES ● En la mayoría de los casos son sólidos de altos puntos de fusión. ● Buenos conductores de la electricidad. ● Son dúctiles y maleables. + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - -- - - - - - -- - - - -
- 35. Es la masa de una molécula (expresada en unidades de masa atómica). En el caso de compuestos iónicos se habla de masa fórmula (la masa de la mínima relación de átomos a partir de cuya repetición se puede formar la red iónica). MASA MOLECULARMASA MOLECULAR
- 36. CÁLCULO DE LA MASA MOLECULARCÁLCULO DE LA MASA MOLECULAR Calcula la masa molecular del ácido fosfórico, de fórmula H3 PO4 . Datos de masas atómicas: H =1 u, P = 31 u, O = 16 u. 3 átomos de hidrógeno (H): 3 x 1 = 3 1 átomo de fósforo (P): 1 x 31 = 31 4 átomos de oxígeno (O): 4 x 16 = 64 + 98 Solución: Masa molecular del H3 PO4 : 98 u
- 37. COMPOSICIÓN CENTESIMAL DE UN COMPUESTOCOMPOSICIÓN CENTESIMAL DE UN COMPUESTO Tanto por ciento en masa de cada uno de los elementos que forman el compuesto Se puede calcular fácilmente a partir de la fórmula del compuesto y las masas atómicas.
- 38. COMPOSICIÓN CENTESIMAL DE UN COMPUESTOCOMPOSICIÓN CENTESIMAL DE UN COMPUESTO CÁLCULO Calcula la composición centesimal del nitrato de potasio, cuya fórmula es KNO3 . 1 átomo de K = 1 x 39,1 = 39,1 1 átomo de nitrógeno = 1 x 14 = 14 3 átomos de oxígeno = 3 x 16 = 48 + 101,1 % de K = x 100 = 38,68 % 39,1 101,1 % de N = x 100 = 13,84 % 14 101,1 % de O = x 100 = 47,48 % 48 101,1
- 39. DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA NATURALEZA IES RICARDO DELGADO VIZCAÍNO POZOBLANCO www.fqrdv.blogspot.com
Editor's Notes
- En 1879 Wilhem Crookes empleando tubos de descarga en los que se hacía pasar una descarga eléctrica a través de un gas a muy baja presión explicó el fenómeno suponiendo que se producían unos rayos (los rayos catódicos) desde el polo negativo al polo positivo. Estos rayos viajaban en línea recta, producían sombras al interponer objetos, producen la fluorescencia en ciertas sustancias y sufren desviaciones si se someten a campos eléctricos y magnéticos. Esto indica que se trata de partículas pequeñas, con carga eléctrica negativa.
- Con espectrógrafos de mejor poder de resolución se encontró que muchas de las rayas espectrales eran en realidad dos, tres o más rayas muy próximas entre sí.
- Indicar que el número atómico refleja el número de protones del núcleo. El número másico es llamado así porque es la suma de protones y neutrones, las partículas que aportan casi toda la masa del átomo. El número de neutrones se obtiene restando el atómico al másico. Los átomos con carga positiva (cationes) han perdido electrones, tantos como indique su carga. Los átomos con carga negativa (aniones) han ganado electrones, tantos como indique su carga.
- El orden de llenado de los orbitales es, aproximadamente, el que indican las flechas diagonales
- En 1661 Robert Boyle publicó el libro The Sceptical Chymist, en el que se superaba la antigua idea de los cuatro elementos (agua, aire, tierra y fuego) y enuncia la idea de elemento químico tal como hoy se entiende (sustancia pura que no puede descomponerse en otras más simples). Las imágenes representan azufre, sodio metálico, oro, una cinta de magnesio y dos formas de carbono: el diamante (natural cristalizado como octaedro, sin tallar) y el grafito.
- Filas: periodos: hay 7 Columnas: grupos: hay 18. Todos los elementos de un grupo tienen propiedades químicas similares ya que su configuración electrónica en la capa más externa es la misma. Metales (la mayoría de los elementos de la tabla), situados en la parte izquierda e inferior. No metales en la parte superior derecha. Semimetales entre metales y no metales. La ubicación de los lantánidos y actínidos es por una cuestión práctica.
- La regla del octeto indica la tendencia de los elementos a completar 8 electrones en su capa más externa (o bien su última capa completa). Los gases nobles tienen esta última capa completa o con 8 electrones. Los demás elementos de la tabla pueden perder, ganar o compartir electrones para conseguir esa configuración electrónica.
- Un átomo con pocos electrones en su última capa (metal de la parte izquierda de la tabla) pierde electrones y otro átomo con muchos electrones en su última capa (un no metal) los gana. El litio con un único electrón en su capa 2 lo cede al flúor, al que le falta un único electrón para completar su capa 2. El litio se convierte en un catión con carga +1 y el flúor en un anión con carga -1, atrayéndose electrostáticamente. Los iones Li+ y F- se van disponiendo en una red tridimensional, debido a las fuerzas electrostáticas de atracción, resultando un conjunto de gran estabilidad.
- Son sólidos a temperatura ambiente. Son tan fuertes las fuerzas de atracción que los iones siguen ocupando sus posiciones en la red, incluso a centenares de grados de temperatura. Por tanto, son rígidos y funden a temperaturas elevadas. Tienen altos puntos de fusión y ebullición debido a la fuerte atracción entre los iones.
- Son duros y quebradizos. La dureza, entendida como oposición a ser rayado, es considerable en los compuestos iónicos; al suponer el rayado la ruptura de enlaces por un procedimiento mecánico, este resulta difícil debido a la estabilidad de la estructura cristalina. Al golpear el cristal se desplazan capas de iones pudiendo aparecer repulsiones electrostáticas entre iones de igual signo, produciéndose la fractura.
- El agua es una molécula dipolar, tiene una parte con carga positiva y otra con carga negativa (aunque en conjunto es neutra). Las moléculas de agua rodean los iones por su parte de carga opuesta, debilitando la atracción de la red iónica.
- Al estar disueltos, los iones, adquieren movilidad, cosa que no ocurría dentro de la red cristalina, por lo que la disolución de sales iónicas es conductora de la electricidad. Lo mismo ocurre si el compuesto iónico ha sido fundido y se encuentra en estado líquido.
- Cuando los átomos que se unen tienen ambos similar (o la misma si son el mismo elemento) tendencia a ganar electrones se forma el enlace covalente. Se comparten electrones, estos pasan a moverse en torno a los dos núcleos enlazados. Este tipo de enlace suele darse entre elementos no metálicos.
- La molécula es una agrupación neutra e independiente de átomos, unidos por enlaces covalentes. Las moléculas más simples tendrán solo dos átomos, moléculas biatómicas, como las de oxígeno o nitrógeno (O 2 , N 2 ), pero pueden estar formadas por miles de átomos como ocurre en los polímeros o muchas biomoléculas.
- Se representan con puntos los electrones de la última capa de cada átomo enlazado, situando entre cada átomo la pareja o parejas de electrones compartidos
- Los átomos unidos por enlaces covalentes pueden formar también capas o redes extensas, en este caso las propiedades cambiarán, serán siempre sólidos.
- Dependiendo de la intensidad de las fuerzas de atracción entre las moléculas podemos encontrar compuestos covalentes en los tres estados de agregación. Si las fuerzas intermoleculares son muy débiles el compuesto será gaseoso a temperatura ambiente, si son algo más fuertes será líquido y cuando las fuerzas sean mayores será sólido, pero normalmente son sólidos blandos y de bajo punto de fusión.
- Los átomos de los metales tienen pocos electrones en su última capa, por lo general 1, 2 ó 3. Éstos átomos pierden fácilmente esos electrones (electrones de valencia) y se convierten en iones positivos, por ejemplo Na + , Cu 2+ , Mg 2+ . Los iones positivos resultantes se ordenan en el espacio formando la red metálica. Los electrones de valencia desprendidos de los átomos forman una nube de electrones que puede desplazarse a través de toda la red. De este modo todo el conjunto de los iones positivos del metal queda unido mediante la nube de electrones con carga negativa que los envuelve. Mencionar Teoría de Bandas.
- Sólidos a T ambiente, excepto el mercurio, debido a la red de iones. Conductores debido a la movilidad de los electrones en la red. Dúctiles y maleables debido a la no direccionalidad del enlace metálico y a que los "restos positivos" son todos similares, con lo que cualquier tracción no modifica la estructura de la red metálica, no apareciendo repulsiones internas.
- La masa molecular es la masa de la unidad fundamental del compuesto químico, la molécula. En el caso de compuestos iónicos, en los que no hay moléculas, se calcula la masa fórmula, que es la masa de la mínima relación de átomos que forma la red iónica. La unidad de masa atómica (u) es la doceava parte de la masa del isótopo carbono-12. Los valores de la masa atómica de cada elemento se pueden encontrar en la tabla periódica. Se obtiene sumando lo que pesan todos los átomos que forman la molécula.