La clasificación básica de la materia muestra a los elementos y compuestos. Mezclas Heterogénea heterogéneas Mezclas. Soluciones

Transcripción

1 La clasificación básica de la materia muestra a los elementos y compuestos. Materia Mezclas Heterogénea heterogéneas Mezclas Homogénea Soluciones Sustancias Compuestos Elementos Hemos visto que las soluciones son mezclas homogéneas y en general podemos definir a las mezclas, ya sean homogéneas o heterogéneas, como la materia que resulta de la unión aparente (no química) de dos o más sustancias, las cuales reciben el nombre de componentes. Como características de las mezclas podríamos mencionar las siguientes: Las partes que las forman no pierden sus propiedades originales. Durante su formación no hay manifestaciones de energía. La proporción de los componentes es variable. Sus componentes se pueden separar por medios físicos. L a sal, el agua, el alcohol son compuestos y el azufre, sodio, cloro, son elementos, como se mostró en el cuadro. Por elemento entendemos una sustancia simple, elemental, que no puede descomponerse en otras más sencillas mediante procedimientos químicos ordinarios. Son elementos: el hierro, el aluminio, la plata, el cobre, el carbono, el oxígeno, etc. Un compuesto es una sustancia homogénea que resulta de la unión química de dos o más elementos y por lo tanto puede experimentar descomposición ulterior. Son compuestos: el agua, la sal, el ácido sulfúrico, el dióxido de carbono, el alcohol etílico, el azúcar, el benceno, el butano y cientos de miles más. A las partes que forman un compuesto se les llama constituyentes; asó por ejemplo: los constituyentes del agua son el hidrógeno y el oxígeno, de la sal común (el cloruro de sodio) son el sodio y el cloro; del ácido sulfúrico son el hidrógeno, el azufre y el oxígeno. Como características de los compuestos podríamos mencionar las siguientes: Las partes que los forman pierden sus propiedades originales. Durante su formación hay manifestaciones de energía Recopiló Mtra. Macaria Hernández Chávez Página 1

2 La proporción de los constituyentes que forman un compuesto es fija. Únicamente, se pueden separar los constituyentes por medios químicos. Con respecto a la característica de que los compuestos únicamente se pueden separar por medios químicos, podemos indicar que, por ejemplo, al separar los constituyentes del agua se obtienen dos sustancias completamente diferentes. Las dos son gaseosas; una de ellas es combustible (e hidrógeno) la otra comburente (el oxígeno). Esto indica que el agua se ha transformado en otras sustancias cuya estructura íntima es distinta: ha ocurrido un cambio químico. Hasta ahora hemos establecido algunos conceptos generales, partiendo de la clasificación de la materia y de que ésta tiene la misma estructura química: está formada por átomos y moléculas, pero qué es una molécula?, qué es un átomo? Para dar respuesta a estas preguntas, consideremos las siguientes sustancias: agua, sal (cloruro de sodio) y oxígeno. Las tres están constituidas por moléculas, es decir, si las dividimos hasta obtener la última partícula de agua, sal y oxígeno, lo que tendríamos sería una molécula de cada una de las sustancias. Una molécula de agua es la partícula más pequeña que sigue siendo agua, una molécula de oxígeno es la partícula más pequeña de esta sustancia que sigue siendo oxígeno. En resumen, una molécula es la menor porción en que la materia puede dividirse por medios físicos y que conserva las características de las sustancias. Ahora bien, considerando las moléculas de las sustancias que hemos mencionado como ejemplo (agua, sal y oxígeno), las del agua están formadas por tres partículas más pequeñas, las de sal, por dos y las del oxígeno por dos partículas. Estas partículas que forman las moléculas son los átomos. La molécula del agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, la de sal por uno de sodio y otro de cloro, y la del oxígeno por dos átomos de oxígeno. Como se deduce, las moléculas de agua están formadas por átomos de distinta clase, lo mismo las de sal, ya que estas sustancias son compuestos. Las de oxígeno, que es un elemento, están formadas por átomos de la misma clase. En general, los compuestos son sustancias cuyas moléculas están formadas por dos o más clases de átomos, Los elementos son sustancias cuyas estructura está formada por uno o más átomos de la misma clase. El átomo es la partícula más pequeña en que se puede dividir la materia, mediante procedimientos químicos, que intervienen en los cambios o reacciones químicas. Recopiló Mtra. Macaria Hernández Chávez Página 2

3 Ejemplo de moléculas (constituidas por átomos): Átomo de hidrógeno Átomo de azufre Enlace Átomos de oxígeno Átomo de hidrógeno Estructura atómica El átomo es la partícula más pequeña de un elemento químico que mantiene su identidad a través de cambios físicos y químicos. Los átomos están constituidos por un núcleo y una corteza electrónica. En el primero se encuentran partículas cargadas positivamente, llamadas protones y partículas neutras llamadas neutrones. En la segunda, se encuentran partículas cargadas negativamente, llamados electrones. Debido a la extrema pequeñez de los átomos, su masa no puede ser determinada mediante el uso de instrumento alguno, y para poder mensurarlas, se ideó una unidad acorde: la unidad de masa atómica o uma, que se define como 1/12 de la masa del átomo de 12C (carbono 12), y equivale a 1,67 x g. Las propiedades y ubicación de las partículas subatómicas fundamentales se encuentran resumidas en el siguiente cuadro: Recopiló Mtra. Macaria Hernández Chávez Página 3

4 Partícula (símbolo) Ubicación Masa aproximada (uma) Carga (escala relativa) protón (p o p + ) Núcleo 1 +1 neutrón (n o n o ) Núcleo 1 0 electrón (e - ) Corteza 1/ Tabla. Partículas fundamentales de la materia El átomo consiste en núcleos positivamente cargados, muy pequeños y densos, rodeados por nubes de electrones a distancias del núcleo relativamente grandes. A lo largo dela historia, han surgido diversos modelos que tratan de explicar la configuración del átomo así como sus componentes (neutrones y protones en el núcleo; electrones alrededor del núcleo). Estructura del átomo En el átomo distinguimos dos partes: el núcleo y la corteza. - El núcleo es la parte central del átomo y contiene partículas con carga positiva, los protones, y partículas que no poseen carga eléctrica, es decir son neutras, los neutrones. La masa de un protón es aproximadamente igual a la de un neutrón. Todos los átomos de un elemento químico tienen en el núcleo el mismo número de protones. Este número, que caracteriza a cada elemento y lo distingue de los demás, es el número atómico y se representa con la letra Z. - La corteza es la parte exterior del átomo. En ella se encuentran los electrones, con carga negativa. Éstos, ordenados en distintos niveles, giran alrededor del núcleo. La masa de un electrón es unas 2000 veces menor que la de un protón. Los átomos son eléctricamente neutros, debido a que tienen igual número de protones que de electrones. Así, el número atómico también coincide con el número de electrones. Recopiló Mtra. Macaria Hernández Chávez Página 4

5 Historia: modelos atómicos Desde la Antigüedad, el ser humano se ha cuestionado de qué estaba hecha la materia. Unos 400 años antes de Cristo, el filósofo griego Demócrito consideró que la materia estaba constituida por pequeñísimas partículas que no podían ser divididas en otras más pequeñas. Por ello, llamó a estas partículas átomos, que en griego quiere decir "indivisible". Demócrito atribuyó a los átomos las cualidades de ser eternos, inmutables e indivisibles. Sin embargo las ideas de Demócrito sobre la materia no fueron aceptadas por los filósofos de su época y hubieron de transcurrir cerca de 2200 años para que la idea de los átomos fuera tomada de nuevo en consideración. Año Científico Descubrimientos experimentales Modelo atómico 1808 John Dalton 1897 J.J. Thomson Durante el s.xviii y principios del XIX algunos científicos habían investigado distintos aspectos de las reacciones químicas, obteniendo las llamadas leyes clásicas de la Química. Demostró que dentro de los átomos hay unas partículas diminutas, con carga eléctrica negativa, a las que se llamó electrones. La imagen del átomo expuesta por Dalton en su teoría atómica, para explicar estas leyes, es la de minúsculas partículas esféricas, indivisibles e inmutables, iguales entre sí en cada elemento químico. De este descubrimiento dedujo que el átomo debía de ser una esfera de materia cargada positivamente, en cuyo interior estaban incrustados los electrones. (Modelo atómico de Thomson.) 1911 E. Rutherford Demostró que los átomos no eran macizos, como se creía, sino que están vacíos en su mayor parte y en su centro hay un diminuto núcleo. Dedujo que el átomo debía estar formado por una corteza con los electrones girando alrededor de un núcleo central cargado positivamente. (Modelo atómico de Rutherford.) Recopiló Mtra. Macaria Hernández Chávez Página 5

6 1913 Niels Bohr Espectros atómicos discontinuos originados por la radiación emitida por los átomos excitados de los elementos en estado gaseoso. Propuso un nuevo modelo atómico, según el cual los electrones giran alrededor del núcleo en unos niveles bien definidos. (Modelo de Bohr.) atómico Núcleo atómico Número atómico El número atómico de un elemento corresponde al número de protones que contiene cada uno de sus átomos. Se identifica con la letra Z. En base a este número se ubican los elementos en la tabla periódica. Z define al elemento. A cada átomo con un número atómico determinado se le asigna un símbolo por el cual se lo reconoce. En otras palabras, los átomos del mismo elemento tendrán igual Z, y los de elementos diferentes, diferente Z. Por ejemplo: Z=11 corresponde al elemento Na. Al elemento Fe le corresponde el Z=26 Número másico El número másico de un átomo se define como la suma del número de protones y de neutrones que posee y se representa con la letra A. La vinculación entre A y Z está dada: A = Número de protones + Número de neutrones A = Z + Número de neutrones Debido a que las partículas nucleares son las que poseen masa apreciable, siendo la de cada una de ellas de aproximadamente 1 uma, el número de estas partículas da la masa del átomo expresado en umas. Por ejemplo: Un átomo del elemento K (potasio) posee 19 protones y 20 neutrones, lo que determina que A=39 y la masa atómica será 39 umas. Símbolo nuclear Se representa al átomo con el símbolo del elemento que le corresponde; a la izquierda y arriba del símbolo se escribe el número másico (A) y a la izquierda y abajo se coloca el número atómico (Z). A X Z siendo X el símbolo del elemento Ejemplo: 37 Cl 17 significa que ese átomo de cloro posee en su núcleo 17 protones, y 37-17=20 neutrones. Por ser una estructura neutra, tendrá 17 electrones en la corteza electrónica. Recopiló Mtra. Macaria Hernández Chávez Página 6

7 Isótopos La suma del número de protones y el número de neutrones de un átomo recibe el nombre de número másico y se representa con la letra A. Aunque todos los átomos de un mismo elemento se caracterizan por tener el mismo número atómico, pueden tener distinto número de neutrones. Llamamos isótopos a las formas atómicas de un mismo elemento que se diferencian en su número másico. Es decir, son átomos que poseen igual número de protones y diferente número de neutrones, es decir que son átomos del mismo elemento y de diferente número de neutrones, o en otras palabras, de igual Z y de diferente A. Para representar un isótopo, hay que indicar el número másico (A) propio del isótopo y el número atómico (Z), colocados como índice y subíndice, respectivamente, a la izquierda del símbolo del elemento. Por ejemplo: 14 C 6 12 C 6 Muchos elementos existen en la naturaleza formando varios isótopos aunque normalmente uno de ellos es más abundante que el resto. En la Figura se muestra el ejemplo correspondiente al Ne: Por ejemplo: El elemento H consta de 3 isótopos: 1 1 H 2 1 H 3 1 H Qué particularidad le encuentra al primero de ellos? Iones Las estructuras cargadas positivamente o negativamente se denominan iones: - Con carga positiva: cationes. - Con carga negativa: aniones. Recopiló Mtra. Macaria Hernández Chávez Página 7

8 Cuando dos o más átomos se acerquen serán los electrones los que interaccionan debido a que forman la corteza del átomo; de ese modo, puede ocurrir que los electrones sean transferidos de un átomo a otro (como discutiremos más adelante). Si un átomo neutro capta uno o más electrones, éstos no podrán ser neutralizados por la carga del núcleo, por lo que la estructura adquirirá carga negativa, transformándose en un anión. Si un átomo neutro cede uno o más electrones, prevalecerá la carga nuclear y la estructura adquirirá carga positiva, transformándose en un catión. Números atómicos de los elementos. El número atómico de un elemento es el número de protones en el núcleo de un átomo del elemento. El número atómico determina la identidad de un átomo. Por ejemplo, todos los átomos con número atómico igual a 1 son de hidrógeno, y tienen un protón en su núcleo.- Todo átomo con número atómico igual a 8 es un átomo de oxígeno, y tiene 8 protones en su núcleo. Todo átomo con número atómico 92 es de uranio, y cuenta con 92 protones en el núcleo. El número atómico no sólo indica el número de cargas positivas en el núcleo, sino también el número de electrones del átomo neutro. Número atómico = número de protones en el núcleo Los números atómicos de todos los elementos aparecen en la tabla periódica. Número de masa = (suma de los números de protones y neutrones) Recopiló Mtra. Macaria Hernández Chávez Página 8

9 Actividades: 1. Los átomos de un mismo elemento químico tienen todos en su núcleo el mismo número de. 2. Un átomo tiene 12 protones, 13 neutrones y 12 electrones. Cuál es su número atómico? Los isótopos oxígeno-16, oxígeno-17 y oxígeno-18, se diferencian en: 1. El número de protones 2. El número atómico 3. El número de neutrones 4. El número de electrones 4. Un átomo de volframio (W) tiene 74 protones y 108 neutrones. Cuál es su representación adecuada? 5. Señala las afirmaciones correctas: El número másico de un átomo es la suma del número de protones, neutrones y electrones 2. Todos los átomos de un mismo elemento químico tienen el mismo número de neutrones 3. Los isótopos de un elemento químico tienen el mismo número atómico Recopiló Mtra. Macaria Hernández Chávez Página 9

10 4. Los isótopos de un elemento químico tienen el mismo número másico 5. Los isótopos de un elemento químico tienen distinto número de neutrones Resuelve el siguiente crucigrama: Recopiló Mtra. Macaria Hernández Chávez Página 10