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QUIMICA
BIBLIOGRAFÍA
Biasoli G.;Weitz C.;Chandías D.; “ Química General e
Inorgánica”
Brescia F; Arents C; Meislich H “Fundamentos de Química”
Santillana Polimodal “Química I” (Sistemas materiales.
Estructura de laMateria Transformaciones Químicas) 1998
ATKINS P. - Química General .Omega 1992
BROWN, T y otros. - Química: la Ciencia central ,1998 Ed.
Prentice Hall
CHANG, R. - Química, 1992 Mc Graw Hill España
LONGO, F. - Química General. Ed Mc Graw Hill. México
MAHAN, B y otro. - Química Curso Universitario 4ta 1990 A.
Wesley
MASTERTON, W.- SLOWINSKI,E. - STANITSKI. - Qca.
General Superior. Ed. Interamericana S.A.- México.1986.
PETRUCCI, HARWOOG y HERING. - Química General
(Enlace Qco. y Estructura molecular) Volumen I. 8va
edición. Prentice Hall. Pearson Educación. 2003
PETRUCCI, HARWOOG y HERING. - Química General
Obra Completa en un tomo. 8va edición. Prentice Hall.
Pearson Educación. 2003
SIENKO, M.J. - PLANE, R.A. – Qca. Teórica y descriptiva.
Ed Aguilar. 1970
WHITTEN, K. - GAILEY, K. – Qca. General. Mc Graw
Hill.3ra Edición.
WHITTEN, K.-DAVIS, R.-PECK, M. – Qca. General. 5ta Ed
1998 Mac Graw Hill
ZUMBDHAL. - Química General. Ed. Mc Graw Hill
REBOIRAS M. D. –QUÍMICA La Ciencia básica. Thomson
2006
CAPÍTULO 1
MATERIA – ENERGÍA – SISTEMAS MATERIALES
1. Concepto de Ciencia – Método Científico
La Química se ocupa fundamentalmente de la constitución,
propiedades y transformación de la materia. Por ello, todo lo que
nos rodea resulta ser objeto de su estudio y no existe ninguna
ciencia que sea tan amplia y extensa. Además está íntimamente
involucrada en otras ciencias, como la biología, geología y
astronomía, pues estudia la estructura y constitución de los
astros.
El objeto de la Química es tan amplio, que no es posible que
nadie pueda conocer todo lo que se ha descubierto. Por ello se
ha determinado que la química se subdivida en distintas ramas:
Química General: trata los principios fundamentales relativos
a la constitución y propiedades de los cuerpos.
Química inorgánica: estudia los elementos y sus compuestos
con excepción de la casi totalidad de los compuestos del
carbono.
Química orgánica: considera los compuestos del carbono tanto
los naturales como los obtenidos por síntesis.
Química Analítica: estudia los métodos de reconocimiento y
determinación de la composición de la sustancias. Se subdivide
en Cualitativa (qué elementos la componen) y Cuantitativa (en
qué cantidad lo hacen).
Química Biológica o Bioquímica: estudia los procesos químicos
que tienen lugar en los seres vivos.
Existen otras clasificaciones como también subdivisiones en
áreas más restringidas, como termoquímica, cinética química,
electroquímica, etc.
2. Materia y Energía.
LA MATERIA
Es todo aquello que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio.
La masa es la medida de la cantidad de materia contenida
en una muestra de cualquier material.
Mientras más masa tenga un objeto, más fuerza se requerirá para
ponerlo en movimiento.
Debido a que todos los cuerpos en el universo cumplen con la
definición de materia, todos están formados por materia.
LA ENERGÍA
Se define como la capacidad de realizar trabajo o transferir calor.
Se conocen diversas formas de energía, incluyendo energía
mecánica, eléctrica, calórica y térmica.
Los vegetales utilizan la energía lumínica del sol para su
crecimiento. La energía eléctrica permite iluminar un cuarto con
sólo cerrar un interruptor. La energía calórica permite cocinar los
alimentos y calentar los hogares. La energía se puede clasificar
en dos tipos principales: cinética y potencial.
Un cuerpo en movimiento, posee energía debido a su
movimiento, esta energía se denomina energía cinética, y
representa la capacidad de realizar trabajo en forma directa y se
transfiere fácilmente de un objeto a otro.
La energía potencial, es la energía que posee un cuerpo debido
a su posición o su composición.
El carbón, por ejemplo, posee energía química, una forma de
energía potencial debido a su composición. Una roca que se
encuentra en la cima de una montaña, posee energía potencial
debido a su altura, cuando se despeña, convierte esa energía
potencial en energía cinética.
Aquellos procesos químicos que están acompañados de cambios
de energía hacia el medio circundante, generalmente en forma de
energía calórica, se denominan exotérmicos. Sin embargo, otras
reacciones son endotérmicas, es decir, absorben energía del
medio circundante.
3. Ley de conservación de la materia.
Cuando se lleva a cabo una reacción química en un
recipiente cerrado, los compuestos que se forman son diferentes
a los que había, pero la masa de los compuestos nuevos no
varían con la de los reactivos originales, lo que se determina
porque la masa del reactor no ha variado.
Si la reacción se realiza en un recipiente abierto, como lo es el
caso de la combustión de magnesio metálico en el aire, este se
combina con el oxigeno para formar oxido de magnesio, un polvo
blanco.
En esta reacción química se liberan grandes cantidades de
energía calórica y lumínica. Cuando se pesa el producto de la
reacción, el oxido de magnesio, se encuentra que es más pesado
que la muestra original de magnesio, este incremento en la masa
del sólido se debe a la combinación del oxigeno con el magnesio
para formar el oxido de magnesio.
Muchos experimentos han demostrado que la masa del oxido de
magnesio es igual a la suma de las masas del oxigeno mas la
del magnesio, que se
combinan para formarlo. Lo mismo
ocurre en todas las reacciones químicas. Estas observaciones
se resumen en la ley de conservación de la materia.
No hay un cambio observable en la cantidad de materia
durante una reacción química ordinaria.
Ley de la conservación de la energía.
En las reacciones químicas exotérmicas, la energía química casi
siempre se convierte en energía calórica, aunque en algunos
procesos exotérmicos también se producen otros
tipos
de
cambios de energía. En las reacciones endotérmicas, la
energía calórica, lumínica o eléctrica, se convierten en energía
química. Los experimentos han demostrado que toda la energía
que interviene en algún cambio químico o físico aparece en
alguna otra forma después del cambio, estas observaciones se
resumen en la ley de conservación de la energía:
La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma.
5. Ley de conservación de la materia y la energía.
En las reacciones nucleares, la materia se transforma en energía.
La relación entre la materia y la energía fue establecida por Albert
Einstein mediante su famosa ecuación:
Esta ecuación establece que la cantidad de energía que se
libera, cuando la materia se transforma en energía, es el
producto entre la masa que se transforma y el cuadrado de la
velocidad de la luz.
La energía interna es la energía total asociada a los componentes
microscópicos (átomos y moléculas) de un sistema, vista desde un
referencial solidario al centro de masas del mismo.
El calor es definido como la transferencia de energía a través de la
frontera de un sistema, debida a la diferencia de temperatura del
mismo con sus alrededores.
La cantidad combinada de la materia y energía en el universo
es fija.
6. Materia - Masa y peso
La química trata sobre
la
naturaleza,
composición
y
transformación de la materia. Pero ¿Qué es la materia?
Podemos decir que materia es todo lo que ocupa un lugar en el
espacio y que en las condiciones de presión y temperatura que
imperan en el planeta, se manifiestan en forma de sustancias.
Las propiedades esenciales de la materia son la extensión,
impenetrabilidad e inercia.
La extensión es natural para los sólidos y los líquidos, pero no
en los gases, por lo que es mejor hablar de inercia. Esta se
define como la resistencia de los cuerpos para cambiar su estado
de reposo o de movimiento sin la intervención de alguna fuerza.
Los cuerpos quietos, permanecen así, a menos que se le aplique una
fuerza para que comiencen a moverse. De la misma manera los que
están en movimiento continúan en movimiento a menos que se le
aplique una fuerza para detenerlos.
Mediante observaciones experimentales se ha comprobado que esa
fuerza, en cualquiera de los casos anteriores es proporcional a la
masa y la aceleración del cuerpo en cuestión.
De aquí surge la expresión matemática que relaciona la fuerza, la
masa y la aceleración: F = m x a entonces la masa queda definida
como m = F / a según la cual la masa de un cuerpo es igual a la
relación constante entre la fuerza F, aplicada al mismo y la
aceleración a, del movimiento uniformemente acelerado que se
produce.
Ejemplo: la fuerza que hay que hacer para detener una pelota de
ping pong es menor que la que hay que hacer para parar una pelota
de fútbol si ambas se desplazan a la misma velocidad. Ello es porque
la pelota de fútbol tiene mayor masa que la de ping pong.
La cantidad de materia de un cuerpo viene dada por su masa.
Los cuerpos que nos rodean, se encuentran en el campo de atracción
de la tierra, que ejerce sobre ellos una fuerza que es su Peso.
P=mxg
donde P es el peso del cuerpo, m su masa y g la atracción de la
gravedad. (g = 9,8066 m/s2)
Puesto que la aceleración de la gravedad en cualquier punto de la
superficie es prácticamente constante, (varía de 9,83 m/s2 en los
polos a 9,78 m/s2 en el ecuador y según la altura que se encuentre el
cuerpo con respecto al nivel del mar) también lo es el peso de un
cuerpo, que se expresa con el mismo número que representa su
masa.
Es decir, a la unidad de masa (1 gramo masa) le corresponde la
unidad de peso (1 gramo fuerza). Esto hace que los términos masa y
peso se utilicen indistintamente al referirse a un cuerpo, por lo que,
con frecuencia se confunden.
Se aclara el concepto si pensamos que una persona de 100
kilogramos de peso en la tierra, pesa una sexta parte en la luna
(aproximadamente 16 kg) porque la atracción de la luna es una
sexta parte de la que existe en la tierra y que en
el espacio
interestelar, su peso es cero, porque no hay atracción de ningún tipo.
Pero la masa, es la misma tanto en la tierra, como en el espacio o en
la luna.
La masa por unidad de volumen de un cuerpo es la densidad
absoluta, que se expresa en gr/cm3. Si fuera un gas se expresa en
gr/l.
La densidad relativa, es la relación entre la masa de un volumen
dado de una sustancia, a una dada temperatura y la masa de un
volumen igual de agua a la misma temperatura.
Si en lugar de la relación de masa sobre volumen, utilizamos la
relación entre el peso de un cuerpo y el volumen ocupado, tenemos el
peso específico o el peso específico relativo si lo comparamos con el
peso de un volumen igual de agua a la misma temperatura.
7. Propiedades físicas y químicas.
Una propiedad física es una característica que se puede observar en
un objeto sin que cambie básicamente su identidad. Características
tales como el color, dureza, densidad, punto de fusión o de ebullición
son propiedades físicas.
Un proceso en el cual un objeto cambia su apariencia física pero no
su composición se denomina cambio físico.
Por ejemplo los cambios de estado. Así cuando un cubo de hielo se
convierte en agua, como ésta se diferencia del hielo tan solo en su
apariencia y no en su composición, la transformación que ha tenido
lugar es un cambio físico.
Si estas propiedades no dependen de la cantidad de sustancia
considerada
se
denominan
propiedades
específicas,
o
propiedades intensivas, tal como: color, olor, sabor, solubilidad,
densidad, conductividad del calor y de la electricidad, brillo,
transparencia, dureza, maleabilidad, ductilidad, estructura cristalina,
punto de fusión o de ebullición, etc.
Si las propiedades dependen de la cantidad de muestra investigada,
se denominan
propiedades extensivas, como ser el peso, volumen, el
tamaño, etc.
Las propiedades químicas de los cuerpos, se ponen de manifiesto,
cuando se transforman en otro distinto, es decir cuando reaccionan
químicamente. Por ejemplo: si reacciona o no con el oxígeno, con el
agua, o con el hidrógeno, que pasa si se le agrega un ácido, etc.
8. Estado de la materia: Cambio de estado
La materia se presenta en tres estados distintos que son: estado
sólido, estado líquido y estado gaseoso.
En el estado sólido, los cuerpos tienen forma definida y volumen
propio, son prácticamente incompresibles, son rígidos y no pueden
fluir.
En el estado líquido, los cuerpos tienen volumen propio pero no
tienen forma propia, sino que adoptan la forma del recipiente que los
contiene. Son poco compresibles y pueden fluir.
En el estado gaseoso, los cuerpos no tienen ni forma ni volumen
propio, pues ocupan totalmente el recipiente que los contiene, se
expanden fácilmente y son muy compresibles.
Los cuerpos pueden cambiar de estado cuando se modifican las
condiciones de presión y temperatura a las cuales están sometidos.
Así un sólido que se calienta, se transforma en líquido y el proceso
se llama fusión. Inversamente si se enfría un líquido se transforma
en sólido, llamándose solidificación.
Un líquido que pasa a gas se dice que se vaporiza o evapora y la
forma gaseosa se denomina vapor.
Si un gas (vapor) pasa a líquido decimos que se condensa. Algunos
sólidos pueden pasar al estado gaseoso y de éste al estado sólido, sin
pasar por el estado líquido.
Ambos fenómenos se llaman sublimación.
9. Temperatura y calor. Unidades
La sensación de caliente o frío que tenemos al tocar un cuerpo, nos
permite conocer aproximadamente, el grado o nivel térmico que posee
y que se denomina temperatura.
Al poner en contacto dos cuerpos a distintas temperaturas, se nota
que al cabo de un cierto tiempo las temperaturas se igualan,
alcanzando ahora un valor intermedio entre ellas.
El más caliente se enfría y el de menor temperatura se calienta.
En éste proceso, algo ha pasado de un cuerpo al otro y es lo que se
designa como calor.
El calor es una forma de energía.
La temperatura se mide en la escala Celsius (ºC) originariamente
conocida como escala centígrada y que se toma como límite inferior
0ºC a la temperatura de solidificación del agua en contacto con el aire
a la presión atmosférica normal y como límite superior de la escala
100ºC a la temperatura de ebullición del agua en las mismas
condiciones.
La unidad en ºC resulta de dividir por 100 la distancia que separa
ambos extremos de la escala, a lo largo de un tubo capilar.
Existen otras escalas para medir temperatura.
Una de ellas, es la escala Kelvin de temperatura. Se conoce como
escala de temperatura absoluta y donde el 0ºC corresponde a –
273,15ºK, siendo el valor de la unidad de grado, idéntica a la escala
Celsius.
Por ello la relación entre ambas es:
Cuando un cuerpo absorbe calor su temperatura aumenta, a no ser
que ocurra una transformación (cambio de fase). El aumento de
temperatura, depende de la cantidad de calor absorbido, de la
naturaleza del cuerpo y de su masa. Esto permite definir la unidad de
calor que en el sistema métrico es la caloría (cal).
La caloría es la cantidad de calor necesaria para elevar en 1ºC la
temperatura de un gramo de agua que está a 14,5ºC.
10. Sistema Material
Definimos un sistema material, como una porción del espacio que
puede ser real o imaginario y que será sometida a examen u
observación. Así un sistema puede ser el aula, delimitada por las
cuatro paredes, ó un tubo de ensayo. Podemos ver lo que ocurre
dentro de nuestro sistema. También pueden ser mi sistema, por
ejemplo los límites imaginarios de mí Ciudad y analizar qué es lo
que ocurre dentro de dichos límites con la contaminación gaseosa
que se produce en su interior por el uso de automóviles, por ejemplo.
11. Sistemas materiales homogéneos y heterogéneos
Cuando un sistema material posee las mismas propiedades intensivas
en cualquier punto de su masa se dice que es un sistema material
homogéneo.
En otros casos nos encontramos con sistemas materiales que no
poseen esta característica y presentan cambios en sus propiedades
intensivas,
se
trata
de
sistemas
denominados
heterogéneos
conformados por dos o más fases que poseen superficies que las
delimitan. Dentro de cada fase se cumple que las propiedades
intensivas son iguales en cualquier punto de su masa o sea que una
fase se puede definir como un sistema material homogéneo. Al
atravesar la superficie que delimita dos fases las propiedades
intensivas del sistema cambian bruscamente.
12. Sistemas materiales inhomogéneos
Estos son sistemas materiales muy particulares ya que sus
propiedades intensivas varían como en los sistemas heterogéneos
pero no bruscamente sino gradualmente y no existe superficie que
delimite diferentes fases. El ejemplo más típico es la atmósfera
terrestre que posee diferente composición según la distancia de
la superficie de la tierra por lo cual también cambian sus propiedades
intensivas sin embargo es un sistema que se presenta como de una
sola fase o sea homogéneo.
Estructura de la materia
 ÁTOMO.- Partícula más pequeña característica de un elemento.
 MOLECULA.-Partícula más pequeña de una sustancias dada
(neutra) capaz de existir independientemente y que conserva
sus propiedades Químicas, se componen de átomos unidos
químicamente de acuerdo con su valencia, pueden ser
diatómicas (O3) o poliatómicas (Na2SO4), se representa con
formulas químicas.
 ELEMENTO.-Sustancia básica que no se descompone en
sustancias más simples por métodos químicos ordinarios. Son
115 elementos, 92 naturales y el resto artificiales. La mayoría
son sólidos, cinco son líquidos en condiciones ambientales y
doce son gaseosos. Son abundantes otros no, algunos son
raros, radiactivos y algunos se sintetizan en el laboratorio.
 ION.-Átomo con carga eléctrica que se forma por la ganancia ó
pérdida de electrones. Se clasifica en dos tipos: cation y
anion.
 CATION.- ion con carga positiva. Se forma por la perdida de
electrones en átomos metálicos.
 ANION.- ion con carga negativa. Se forma por la ganancia de
electrones en átomos no metálicos.
 COMPUESTO.-Es una sustancia formada por átomos de dos o
más elementos unidos químicamente en proporciones
definidas. Los compuestos sólo se pueden separar en sus
componentes puros (elementos) por medios químicos.
 ISÓTOPO.-Son átomos que tienen el mismo número de
protones pero difieren en su número de neutrones, por lo
tanto estos elementos difieren en su número de masa.
Los diferentes elementos de los isótopos no son estables y
se presentan en la naturaleza en la misma proporción.
Estructura atómica de la materia y teoría cuántica
El átomo está conformado por tres partículas. Neutrones, protones y
electrones, el protón deriva de la palabra griega protos que significa
primera que, el protón es la primera aparecida ó electrón positivo.
El protón pesa aproximadamente una uma (unidad de masa atómica)
1836 veces más pesada que el electrón. Sufre pequeños
desplazamientos con relación al centro del átomo y puede ser
expulsado del sistema al que pertenece en forma violenta para ya
libre convertirse en partícula alfa. El protón tiene una energía
potencial alta; cuando el núcleo es grande y es poco estable se da
lugar las fisiones espontáneas, pero puede ser separada del átomo al
bombardear el núcleo con neutrones.
El neutrón pesa poco menos que el neutrón, carece de carga. La
desintegración depende del número de protones y número de
neutrones que hay a en el núcleo. La relación de protones y
neutrones en los elementos oxígeno, helio, nitrógeno, hasta el
calcio es igual a 1.
El electrón. Es una partícula ligera a comparación del protón, tiene
una carga negativa y gira alrededor del núcleo presentando un
movimiento de rotación llamado spin.
Cuando un fotón choca con un electrón, le cede su energía, la absorbe
alejándolo del núcleo o fuera del sistema, si queda dentro del sistema
se deshace de su sobrecarga en forma de fotón irradiando energía,
volviéndose a un nivel anterior. A este fenómeno se llama activación
del átomo.
CARACTERÍSTICAS DE LAS PARTÍCULAS SUBATÓMICAS
NÚMERO ATÓMICO (Z).- Es el número de protones que hay en el
núcleo atómico. Determina la identidad del átomo.
Z=p
Donde: Z = número atómico p = número de protones
NÚMERO DE MASA (A).-Es el número de protones y neutrones que
hay en el núcleo atómico. Se calcula a partir del peso atómico del
elemento.
A=p+n
Donde: A = número de masa
número de neutrones
p = número de protones
n=
MASA ATÓMICA.-Es la suma porcentual de la masa de los isótopos
de una muestra de átomos del mismo elemento, su unidad es la
u.m.a. (unidad de masa atómica) La masa del isótopo de carbono 12
es de 12 u.m.a y las masas se expresan con relación a ésta y se
miden en u.m.a.
EL ENLACE QUÍMICO
Casi todos los átomos tienen tendencia a formar enlaces. En la
naturaleza encontramos solo a los gases nobles como átomos libres,
sin estar unidos a otros. Todos los demás elementos están enlazados
entre sí o con otros, algo similar a lo que hacemos la mayoría de las
personas, que nos encontramos mejor en compañía que
solos.
OBJETIVOS
1. Comprender por qué se dan los enlaces químicos.
2. Conocer los distintos tipos de enlace entre átomos: iónico,
covalente y metálico.
3. Deducir la estequiometría de los compuestos que se forman al
unirse los átomos.
4. Relacionar las propiedades de una sustancia con el tipo de enlace
que posee.
5. Saber por qué se dan los enlaces intermoleculares.
EL ENLACE
Hablaremos de enlace cuando encontremos varios elementos unidos
de alguna manera. Conocemos elementos que aparecen en la
naturaleza de dos en dos como el nitrógeno (N 2) o formando
moléculas con otros elementos, por ejemplo, el agua. También
encontramos casos en los que se forman redes cristalinas como
el cinc o el hidróxido de calcio.
En estos casos hay diferencias en el estado físico en condiciones
estándar (1 atm de presión y 25ºC ): unos son sólidos, otros líquidos y
otros gaseosos.
Para poder explicar estas diferencias vamos a distinguir enlaces entre
átomos (para formar moléculas o cristales) y enlaces entre moléculas
(intermoleculares).
Los estudiaremos en este mismo orden aunque comenzaremos con los
aspectos energéticos, que nos explican por qué se unen los átomos.
LA ENERGÍA EN LOS ENLACES
Decimos que se ha formado un enlace cuando dos o más átomos se
encuentren atraídos por una serie de fuerzas electrostáticas que los
estabilizan formando una molécula o una red cristalina.
Esto se explica teniendo en cuenta que los núcleos con carga positiva
atraen los electrones con carga negativa de los átomos cercanos.
El enlace se da cuando esta unión hace que los átomos se
encuentren más cómodos que estando solos, en términos científicos
con una menor energía.
Las fuerzas de atracción hacen que los átomos se vayan acercando
pero
las repulsiones entre
los núcleos impedirán que
el
acercamiento sea excesivo llegando a
una
situación de
equilibrio. En la escena tomamos la energía de ambos átomos
aislados como cero y la suma de ambos radios como distancia nula
para estudiar el acercamiento.
LA REGLA DEL OCTETO
La estabilidad de los enlaces la podemos explicar de forma sencilla con
la regla del octeto. Los átomos, al enlazarse, tienden a conseguir un
estado más estable.
Éste coincide con la configuración electrónica de capa de valencia
completa, la de los gases nobles. Lo cual explica que ese grupo
no dé enlaces con facilidad.
En cada átomo encontraremos cierta tendencia a ganar o ceder
electrones formando iones o, incluso, a compartirlos para lograr esa
configuración.
CLASIFICACIÓN DE LOS ELEMENTOS
Clasificamos los enlaces en tres tipos atendiendo a las
propiedades de las sustancias formadas. Podemos predecir el tipo de
enlace que se dará entre dos átomos fijándonos en el carácter
metálico o no de los elementos que lo forman.
Consideramos como metales (color verde) los que tienen tendencia a
perder electrones de la capa de valencia y no metales (color
azul) los que tienden a ganarlos. La ganancia o pérdida de
electrones será la forma de conseguir la estabilidad de una capa
completa.
Nos quedarían los
semimetales
(color rojo) con ambos
posibles
comportamientos. Finalmente encontramos los gases
nobles (color amarillo), que no presentan tendencia a ganar ni a
perder electrones.
Ten en cuenta que:
Los elementos de transición tienen dos electrones en su capa más
externa.
Los átomos pequeños tienen los electrones muy cerca del núcleo de
forma que están muy atraídos por lo que encontramos
Comportamientos de no metales en elementos que no esperábamos.
En la naturaleza no encontramos moléculas iónicas. Esto se debe a que
es más estable un ión cuando se rodea por varias cargas que cuando
está junto a solo una. En el siguiente ejemplo vemos las fuerzas de
atracción entre cargas de signo contrario aumentando el número que
rodea a una de ellas.
PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS IÓNICAS
Las propiedades de los compuestos iónicos se explican porque la
atracción entre las cargas de distinto signo son bastante fuertes,. Por
ello encontramos las siguientes propiedades:
- Altos puntos de fusión y ebullición. Son sólidos a temperatura
ambiente.
- Solubles en disolventes polares, al estar formados por iones.
- No conducen la electricidad en estado sólido, ya que sus cargas están
fijas en la red cristalina, pero sí lo hacen en disolución o fundidos debido
a que en estos casos los iones sí se pueden mover.
- Son duros, al ser fuerte la atracción entre iones, y frágiles, debido a las
repulsiones que aparecen al desplazarse una capa sobre otra.
EL ENLACE METALICO
Este es el enlace que encontramos entre átomos metálicos. Es
complicado de explicar, por lo que nos conformaremos con una teoría
sencilla, el “mar de electrones”.
Dicha teoría nos dice que los átomos forman una red cristalina pero
aportan electrones que pueden moverse por esta red. Realmente no
hay cationes porque cuando un electrón abandona un átomo otro llega
del átomo contiguo.
Estos electrones móviles explican las propiedades de las sustancias
metálicas y, al no haber iones, no aparecen repulsiones.
PROPIEDADES DE LOS METALES
Las sustancias metálicas presentan las siguientes propiedades:
- Tienen altos puntos de fusión y ebullición siendo sólidos a
temperatura ambiente, a excepción del mercurio.
- Presentan un brillo metálico.
- No se disuelven con facilidad (tienen que ser atacados por ácidos).
- Conducen muy bien la electricidad y el calor, gracias a los electrones
libres.
- Son dúctiles y maleables. A diferencia de los compuestos iónicos el
desplazamiento de una capa sobre otra no provoca repulsiones,
aunque será necesaria una cierta fuerza para desplazar las capas.
Puedes comparar el efecto de una deformación entre el cristal iónico, ya
visto, y el metálico, que te proponemos ahora en el applet:
EL ENLACE COVALENTE
Se da entre átomos no metálicos que comparten electrones:
Cada uno de los átomos aportará un electrón formando un par
compartido. Aparecen dos posibilidades: la formación de
moléculas y la de cristales.
Comenzaremos por las moléculas que son más sencillas de
entender y dejaremos para el siguiente apartado las redes
cristalinas.
Moléculas covalentes
Al enlazarse dos átomos para formar una molécula consideramos
que los electrones compartidos son de ambos átomos, de forma
que ambos puedan llegar a completar su última capa.
Como ya dijimos, el enlace covalente también puede formar
cristales.
No son muchos los casos pero si bastante importantes. Los más
significativos son los mostrados a continuación
Con el carbono encontramos dos tipos de redes:
- Diamante, los carbonos forman 4 enlaces con otros carbonos.
- Grafito, se forman uniones fuertes en un plano y esos planos se
unen más débilmente con otro plano por arriba y por debajo.
Con el silicio y el oxígeno se forma la sílice SiO2 que se une con
otras
moléculas idénticas de forma que el silicio quede rodeado por
cuatro oxígenos dando una estructura tridimensional parecida a
la del diamante.
Otros elementos como el fósforo o el azufre también forman redes
covalentes.
PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS COVALENTES
Debemos diferenciar entre las propiedades de las moléculas y los
cristales. Los compuestos covalentes moleculares:
- Tienen puntos de fusión y ebullición bajos debido a que las
fuerzas entre las moléculas son débiles, siendo mayores cuando
aumenta la polaridad.
- No conducen la electricidad ya que no hay cargas ni electrones
libres.
- Se disuelven en sustancias con su misma polaridad, es decir, si es
apolar en disolventes apolares y en polares cuando sea polar (ver
polaridad en el siguiente apartado)
Los cristales covalentes :
- Tienen altos puntos de fusión y ebullición por estar los átomos
unidos por enlaces covalentes bastante fuertes.
- Son insolubles en casi todos los disolventes.
- No conducen el calor ni la electricidad, a excepción del grafito
que dispone de electrones que pueden moverse entre las capas
planas.
En la imagen vemos barras de grafito utilizadas como electrodos
LA TABLA PERIÓDICA
PRIMERAS CLASIFICACIONES PERIÓDICAS.
Cuando a principios del siglo XIX se midieron las masas
atómicas de una gran canti- dad de elementos, se observó que
ciertas propiedades variaban periódicamente en rela- ción a su
masa. De esa manera, hubo diversos intentos de agrupar los
elementos, todos ellos usando la masa atómica como criterio de
ordenación.
• Triadas de Döbereiner (1829) (Enlace Web): Buscaba tríos
de elementos en los que la masa del elemento intermedio es
la media aritmética de la masa de los otros dos. Así se
encontraron las siguientes triadas:
CLASIFICACION DE MENDELEIEV(1869)
La clasificación de Mendeleiev es la mas conocida y elaborada de
todas las primeras clasificaciones periódicas. Clasificó lo 63
elementos conocidos hasta entonces utilizando el criterio de masa
atómica usado hasta entonces, ya que hasta bastantes años
después no se definió el concepto de número atómico puesto que
no se habían descubierto los protones.
Tabla periódica de Mendeleiev
Su tabla periódica dejaba espacios vacíos, que él consideró
que se trataba de elementos que aún no se habían descubierto.
Así, predijo las propiedades de algunos de éstos, tales como el
germanio (Ge), al que Mendeleiev llamó ekasilicio. Cuando
todavía en vida de Mendeleiev se descubrió el Ge que tenía las
propiedades previstas por éste, su clasificación periódica adquirió
gran prestigio.
Otro de los inconvenientes que poseía la tabla de Mendeleiev
era que algunos elementos tenía que colocarlos en desorden de
masa atómica para que coincidieran las propiedades. Él lo
atribuyó a que las masas atómicas estaban mal medidas. Así, por
ejemplo, colocó el teluro (Te) antes que el yodo (I) a pesar de que
la masa atómica de éste era menor que la de aquel. Hoy
sabemos que las masas atómicas estaban bien medidas y que el
problemas era el criterio de clasificación hasta entonces usado.
LA TABLA PERIÓDICA ACTUAL.
En 1913 Moseley ordenó los elementos de la tabla periódica
usando como criterio de clasificación el número atómico. Enunció
la “ley periódica”:
"Si los elementos se colocan según aumenta su número
atómico, se observa una variación periódica de sus
propiedades físicas y químicas".
A partir de entonces la clasificación periódica de los elementos
siguió ese criterio, pues en los átomos neutros el número de
protones es igual al de electrones y existe una relación directa
entre el último orbital ocupado por un e– de un átomo
(configuración electrónica) y su posición en la tabla periódica y,
por tanto, en su reactividad química, fórmula estequiométrica de
compuestos que forma...
Se clasifica en cuatro bloques: hozar
 Bloque “s”: A la izquierda de la tabla, formado por los grupos 1
y 2.
 Bloque “p”: A la derecha de la tabla, formado por los grupos
13 al 18.
 Bloque “d”: En el centro de la tabla, formado por los grupos 3
al 12.
 Bloque “f”: En la parte inferior de la tabla.
El hidrógeno (H) de difícil ubicación en la tabla y el helio (He),
claramente en el grupo 18 de los gases nobles, tienen
configuración “s1” y “s2” respectivamente.
Cada uno de los e– de cada elemento viene determinado por
una combinación de cuatro números cuánticos, de tal manera,
que tal y como se enunció en el principio de exclusión de Pauli:
“No hay dos electrones del mismo átomo que tenga los cuatro
números cuánticos iguales,
Metales, no metales y metaloides: los elementos se pueden
clasificar de acuerdo a su ubicación en la Tabla Periódica, como
metales, no metales y metaloides.
Algunas propiedades físicas de metales y no metales
Metales
No metales
Mala conductividad eléctrica (excepto
La elevada conductividad
carbono en forma de grafito)
eléctrica
Buenos aislantes térmicos (excepto
Alta conductividad térmica
carbono en forma de diamante)
disminuye al aumentar la
temperatura
Gris metálico o brillo plateado
Sin brillo metálico
Casi todos son sólidos
Sólidos, líquidos o gases
el
el
Maleables (pueden laminarse
para formar placas
Quebradizos en estado sólido
Dúctiles (se pueden formar
alambres)
El estado sólido se caracteriza
por enlace metálico
No dúctiles
Moléculas con enlaces
covalentes
Algunas propiedades químicas de metales y no metales
Metales
No metales
Las capas externas contienen
Las capas externas
pocos electrones, por lo general 3 contienen 4 o más
o menos
electrones
Energías de ionización bajas
Energías de ionización altas
Afinidades electrónicas
Afinidades electrónicas muy
ligeramente negativas o positivas negativas
Electronegatividades bajas
Electronegatividades altas
Forman cationes perdiendo
Forman aniones ganando
electrones
electrones
Forman compuestos iónicos con
los no metales
Forman compuestos iónicos
con metales y compuestos
moleculares (covalentes)
Los metaloides muestran algunas con
propiedades
características
otros no metales.
tanto de metales como de no metales.
Muchos de los metaloides como el silicio, germanio y el
antimonio actúan como semiconductores y son muy importantes
para
los
circuitos
electrónicos
en
estado
sólido.
Los
semiconductores son aislantes a temperaturas inferiores, pero
algunos son conductores a temperaturas más altas.
El aluminio es el más metálico de los metaloides y en ocasiones
se clasifica como metal. Tiene apariencia metálica y es un
conductor excelente de la electricidad, pero su conductividad
eléctrica aumenta al elevarse la temperatura.