TEMA 8 SISTEMA PERIÓDICO Y ENLACES

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1 TEMA 8 SISTEMA PERIÓDICO Y ENLACES 1. LA TABLA PERIÓDICA Elementos químicos son el conjunto de átomos que tienen en común su número atómico, Z. Hoy conocemos 111 elementos diferentes. Los elementos que hoy conocemos están ordenados en la Tabla Periódica. Hay grupos que tienen propiedades similares, y esto permitió clasificarlos inicialmente en dos grandes categorías: metales y no metales, a los que posteriormente se añadió la de los gases inertes. Algunas características de los metales y los no metales Metales 1. Son los más numerosos. Son blancos o grisáceos con excepción del Cu y el Au. Tienen brillo metálico. 2. Buenos conductores de la electricidad y el calor. PE y PF altos, por lo que son sólidos, salvo algunos, como el Hg, Cs y Fr. Son dúctiles y maleables. 3. Pueden perder electrones y formar iones positivos. No metales 1. Malos conductores de la electricidad y el calor. La mayoría son gases, aunque también hay sólidos (C, Si,) y líquidos (Br). Son de baja densidad. 2. Pueden ganar electrones y formar aniones. En la tabla periódica actual, los elementos se colocan en orden creciente de su número atómico, Z, en filas de 2, 8, 18 y 32 elementos a las que llamamos periodos, y de tal forma que todos los que poseen propiedades químicas semejantes están colocados unos debajo de otros, formando columnas, a las que llamamos grupos o familias. Existen dieciocho grupos y siete periodos. Los elementos de la izquierda de la Tabla Periódica son los metales, y los de la derecha, los no metales. Se encuentran separados por una escalera formada por elementos de propiedades intermedias denominados semimetales. 1

2 Todos los átomos del mismo grupo presentan el mismo número de electrones en su última capa, por eso tienen propiedades químicas parecidas. Los electrones de la última capa se llaman electrones de valencia. Se llaman propiedades periódicas de los elementos químicos a las que podemos estudiar en relación con la posición del elemento en el sistema periódico. Veamos algunas de ellas: El tamaño de los átomos: Aumenta en un grupo al aumentar el número atómico, y disminuye en un periodo al aumentar el número atómico. Metales y no metales: en los gráficos aparecen como aumenta el carácter metálico y no metálico en la Tabla Periódica. Se llaman metales a los elementos que tienden a perder electrones para alcanzar la configuración de gas noble. Se llaman no metales a los elementos que tienden a ganar electrones para tener la configuración de gas noble. La electronegatividad de un elemento mide su tendencia a atraer hacia sí electrones, cuando está químicamente combinado con otro átomo. Cuanto mayor sea, mayor será su capacidad para atraerlos. 2

3 Se denomina energía de ionización (EI) a la energía necesaria para separar un electrón de un átomo gaseoso y formar un ion: 2. POR QUÉ SE UNEN LOS ÁTOMOS? Para que los átomos se unan es necesario que haya fuerzas atractivas entre ellos. Estas fuerzas se llaman enlaces químicos o fuerzas de enlace. Las interacciones entre los átomos son de naturaleza electromagnética y originan los enlaces químicos. Los electrones se distribuyen por capas alrededor del núcleo; la capa más externa (capa de valencia) es la que desempeña un papel primordial en la unión de los átomos. Cuál es la causa de la estabilidad química de los gases inertes? Por qué no interaccionan con los demás átomos? La razón está en los 8 electrones que todos ellos tienen en su última capa, exceptuando el He que solo tiene 2. Cuando lo elementos tienen menos de ocho electrones en su última capa, decimos que la tienen incompleta. Todos tienden a completarla, bien ganando, bien cediendo o compartiendo electrones con otros átomos. Esta es la causa de su reactividad química. Regla del octeto: los átomos tienden a ganar, perder o compartir electrones hasta completar su última capa con ocho electrones (capa de valencia). 3. EL ENLACE QUÍMICO Por las similitudes en algunas características se pueden establecer cuatro grandes grupos de sustancias: gases inertes, sustancias iónicas, covalentes y metálicas. Gases inertes o nobles: se caracterizan porque sus átomos permanecen libres; no reaccionan con ninguna otra sustancia y forman gases difícilmente licuables. No conducen la corriente eléctrica en ningún estado; son incoloros, inodoros, insípidos,.. 3

4 ENLACE IÓNICO Las sustancias iónicas a presión y temperatura ambiente son sólidos cristalinos, duros y frágiles. No conducen la corriente eléctrica en estado sólido, pero sí en estado líquido o disueltos. Teoría del enlace iónico: cuando un átomo de un metal interacciona con un no metal se produce una transferencia electrónica del metal al no metal. Los iones formados, positivo y negativo se atraen con intensas fuerzas electrostáticas, formando un cristal. Interpretación de las propiedades de los compuestos iónicos T de fusión y ebullición elevadas Duros y frágiles Solubles en agua No conducen la electricidad en estado sólido pero si fundidos o disueltos Forman una red cristalina unida por fuerzas electrostáticas muy intensas La dureza se debe a la fortaleza del enlace. La fragilidad se debe a la repulsión de iones del mismo signo cuando se desplazan las capas El agua es capaz de envolver los iones, lo que les permite separarse Para conducir la electricidad es necesario que haya cargas libres, por lo que se requiere romper la red y separar los iones ENLACE COVALENTE Las sustancias covalentes se caracterizan por estar formadas por moléculas independientes. No conducen la corriente eléctrica. La mayoría son líquidos o gases en las condiciones ambientales. También pueden formar cristales covalentes (elevadísimos puntos de fusión y ebullición, algunos de ellos presentan elevada dureza, son insolubles 4

5 salvo excepciones, no conducen la corriente eléctrica salvo excepciones) Teoría del enlace covalente: Lewis propuso la hipótesis de que cuando dos átomos no metálicos se unen para formar una molécula, lo hacen compartiendo pares de electrones dando lugar al enlace covalente, de esa forma completan la capa de valencia con 8 electrones, adquiriendo estabilidad. Diagramas de Lewis Para simplificar la representación de los átomos, utilizamos los diagramas de puntos de Lewis, en los que alrededor del símbolo del elemento se colocan tantos puntos como electrones tiene el átomo en su última capa. Interpretación de las propiedades de los compuestos covalentes moleculares. Temperaturas de fusión y ebullición bajas Baja densidad y dureza Solubles en disolventes como etanol y similares. La solubilidad en agua es variable El enlace en la molécula es fuerte, pero las fuerzas que unen las moléculas, fuerzas intermoleculares, son débiles Débiles fuerzas intermoleculares La solubilidad se dará en disolventes de características similares 5

6 No son conductores No existen electrones libres, ya que todos están compartidos en la zona de enlace Interpretación de las propiedades de los compuestos covalentes cristalinos Temperaturas de fusión y ebullición elevadísimas Algunos de ellos presentan elevada dureza Son insolubles, salvo excepciones No conducen la corriente eléctrica salvo excepciones El enlace, en toda la red, es covalente, por lo que están unidos fuertemente El diamante es la sustancia que presenta la dureza más alta debido a la compacta red que forma La compacidad del enlace dificulta la rotura en la mayoría de los casos. No existen electrones libres, sino que todos están siendo compartidos. En el caso del grafito, existe libertad de movimiento de electrones entre las capas ENLACE METÁLICO Los metales son sustancias generalmente sólidas, cristalinas, duras y, pese a ello, dúctiles y maleables. La mayoría son muy densas. Son muy buenos conductores en cualquier estado. Tienen brillo metálico. Teoría del enlace metálico: se forma entre átomos de elementos metálicos, ya sean iguales o diferentes. Los átomos metálicos poseen pocos electrones de valencia, 1 o 2, y no pueden formar moléculas. Forman estructuras cristalinas donde sus átomos comparten electrones 6

7 colectivamente, de forma que pueden moverse por todo el cristal (gas electrónico). Los átomos al perder parcialmente algunos de sus electrones, se transforman en algo parecido a cationes, llamados restos positivos, que quedan inmersos en el gas electrónico que los mantiene unidos. Los electrones se encuentran deslocalizados en la red cristalina. Interpretación de las propiedades de las sustancias metálicas. Temperaturas de fusión y ebullición altas. Excepción : Hg Forman una red tridimensional de gran compacidad Son dúctiles y maleables La nube electrónica proporciona fluidez que permite que se desplacen las capas Insolubles Buenos conductores eléctricos y térmicos Los átomos están unidos por un enlace muy fuerte Presentan electrones libres de movimiento en la nube electrónica 7

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