Transcripción

1 0. INTRODUCCIÓN Vamos a comenzar esta historia repasando algo que ya vimos el curso pasado: el átomo y los modelos atómicos. Como muchos no tendréis el libro, vamos a hacer dicho repaso de forma interactiva. Acude al siguiente enlace: Te recomiendo que visites, en el marco de la izquierda de la web, los apartados ÁTOMOS, TABLA PERIÓDICA, MOLÉCULAS E IONES y ENLACES. 1. TABLA PERIÓDICA 1.1.TABLA PERIÓDICA La tabla periódica ordena todos los elementos conocidos según sus propiedades. Los últimos elementos, todavía no han recibido nombre oficial. El orden de los elementos en la tabla viene dado por su número atómico, Z, que es su número de protones o electrones. Así que, en última instancia, es la configuración electrónica de los elementos la que ordena la tabla periódica PERIODOS En la tabla periódica los elementos están ordenados de forma que aquellos con propiedades químicas semejantes, se encuentren situados cerca uno de otro. 1

2 El primer periodo tiene dos elementos. El segundo periodo y el tercer periodo tienen ocho elementos. El cuarto periodo y el quinto periodo tienen dieciocho elementos. El sexto periodo y el séptimo periodo tienen treinta y dos elementos. Los elementos se distribuyen en filas horizontales, llamadas periodos. Pero los periodos no son todos iguales, sino que el número de elementos que contienen va cambiando, aumentando al bajar en la tabla periódica. El primer periodo tiene sólo dos elementos, el segundo y tercer periodo tienen ocho elementos, el cuarto y quinto periodos tienen dieciocho, el sexto periodo tiene treinta y dos elementos, y el séptimo no tiene los treinta y dos elementos porque está incompleto. Estos dos últimos periodos tienen catorce elementos separados, para no alargar demasiado la tabla y facilitar su trabajo con ella. El periodo que ocupa un elemento coincide con su última capa electrónica. Es decir, un elemento con cinco capas electrónicas, estará en el quinto periodo. El hierro, por ejemplo, pertenece al cuarto periodo, ya que tiene cuatro capas electrónicas. Veámoslo: El número atómico del hierro es 26, por lo que tiene 26 electrones su configuración electrónica, y, ésta queda así : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6 Si se ordenan por capas, la configuración electrónica queda: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 Y como la última capa electrónica es la cuarta, el hierro estará en el cuarto periodo, la cuarta fila de la tabla periódica. 1.3.GRUPOS Las columnas de la tabla reciben el nombre de grupos. Existen dieciocho grupos, numerados desde el número 1 al 1. Los elementos situados en dos filas fuera de la tabla pertenecen al grupo 3. En un grupo, las propiedades químicas son muy similares, porque todos los elementos del grupo tienen el mismo número de electrones en su última o últimas capas. 2

3 En la tabla periódica existen dieciocho grupos (columnas) siete periodos (filas). El lugar de un elemento en la tabla periódica indica el orbital en el que se colocó su último electrón. Los elementos de transición interna pertenecen al grupo 3. Así, si nos fijamos en la configuración electrónica de los elementos del primer grupo, el grupo 1 o alcalinos: Elemento Símbolo Última capa Hidrógeno H 1s 1 Litio Li 2s 1 Sodio Na 3s 1 Potasio K 4s 1 Rubidio Rb 5s 1 Cesio Cs 6s 1 Francio Fr 7s 1 3

4 La configuración electrónica de su última capa es igual, variando únicamente el periodo del elemento PROPIEDADES PERIÓDICAS Las propiedades de los átomos dependen de su configuración electrónica y, por tanto, de su situación en la tabla periódica. Y es que los electrones, con carga negativa, se ven atraídos por el núcleo atómico, con carga positiva, pero repelidos por los restantes electrones del átomo. Cuando un átomo interactúa con otro, lo hace a través de su última capa electrónica, la llamada capa de valencia, en la que sólo puede haber hasta ocho electrones. A lo largo de un periodo, la capa de valencia se va completando, y bajando en un grupo, la capa de valencia se aleja del núcleo. Las propiedades periódicas, por tanto, dependen de la configuración electrónica del elemento. Habrá dos efectos contrapuestos, por un lado, la atracción entre los electrones y el núcleo aumentará cuando crezca la carga del núcleo. Por otro lado, la atracción entre los electrones y el núcleo disminuirá al alejarse unos del otro. 4

5 2. CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA La forma en la que los electrones se disponen en la corteza del átomo se llama configuración electrónica. Para determinar la configuración electrónica hay que indicar la capa, el tipo de orbital y los electrones que contiene, número éste que se pone como superíndice. Así, para indicar que los orbitales d de la capa 4 tienen 5 electrones, se escribirá 4d 5. Hay 3 orbitales p y podrán admitir 6 electrones. Hay 7 orbitales f y podrán admitir 14 electrones: Orbitales s p d f g Electrones Si un átomo tiene 32 electrones, siguiendo el principio de Aüfbau, se distribuirán en los orbitales: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d... será: Recordando los electrones que caben en cada orbital y contando hasta 32, la configuración electrónica 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 2 El diagrama de Möeller es necesario para determinar la configuración electrónica. En los orbitales 4p sólo se han colocado 2 electrones (recuerda que el número de electrones es el superíndice), para no superar 32, que es el número total de electrones. De igual forma se puede determinar la configuración electrónica del oxígeno, con electrones, que quedará: O del hierro, con 26, que resultará: 1s 2 2s 2 2p 4 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6 5

6 3. ENLACE QUÍMICO 3.1. ENLACE QUÍMICO Salvo en el caso de los gases nobles, cuyos átomos permanecen normalmente aislados, los átomos de los elementos se unen entre sí para formar moléculas. En las moléculas, los átomos se unen entre sí fuertemente, de forma que es difícil separar los átomos y romper las moléculas. Sin embargo, las moléculas sí pueden separarse con facilidad. Los átomos están unidos por enlace químico. Para separar los átomos que forman una molécula, se necesita llevar a cabo una transformación química, una reacción química, mientras que las moléculas se separan unas de otras mediante transformaciones físicas. No todos los enlaces químicos son iguales, hay varias clases de enlace químico dependiendo de la clase de átomos que se unen para formar la molécula ENLACE IÓNICO Los metales tienen tendencia a perder electrones, porque su última capa tiene muy pocos electrones y los no metales tienen tendencia a capturarlos. Cuando un átomo de un metal y el de un no metal se acercan, el átomo del no metal le quitará al átomo metálico uno o varios electrones. El no metal quedará con carga negativa, se ha convertido en un anión, mientras que el átomo de metal, como ha perdido electrones, quedará con carga positiva, ahora es un catión. Como las cargas de distinto signo se atraen, los cationes y aniones formados se unirán atraídos por sus cargas: se ha formado un enlace iónico, ya que lo que se mantiene unido son iones de distinta carga. La fuerza eléctrica es fuerte y de gran alcance, por eso las sustancias que se forman mediante enlace iónico serán duras y con un punto de fusión alto, serán sólidos. Pero si se golpean, se romperán con facilidad, ya que al moverse un poco los iones, se enfrentarán iones de igual carga, que se repelen, rompiendo el cristal, son sustancias frágiles ENLACE COVALENTE Si dos átomos de no metal se aproximan, ambos intentarán arrebatar al otro electrones para completar su capa de valencia con ocho electrones. Como ninguno tiene tendencia a soltar electrones, los compartirán. Se ha formado un enlace covalente. En el enlace covalente los átomos se unen dos a dos, compartiendo dos, cuatro o seis electrones y recibiendo el nombre de enlace simple, enlace doble o enlace triple. Cuanto mayor sea el número de electrones compartidos, mayor será la fortaleza del enlace. 6

7 En el enlace covalente, aunque los átomos se unen unos a otros con fuerza, no ocurre lo mismo con las moléculas, que apenas si se unen entre sí; por lo que se pueden separar con facilidad. Así que los compuestos formados por enlace covalente serán blandos y su punto de fusión y ebullición será bajo. La mayoría serán gases a temperatura ambiente. En el agua o el etano, los átomos se unen mediante enlaces simples. El doble enlace forma un ángulo de 120º, pero dos dobles enlaces son lineales. Los enlaces triples, como en el cianuro de hidrógeno o en el acetileno, siempre son lineales ENLACE METÁLICO Los metales, con pocos electrones en su última capa, tienen tendencia a liberar esos electrones. Si se encuentran con un átomo de no metal le cederán los electrones sobrantes y formarán un enlace iónico. Una nube de electrones mantiene unidos los restos positivos. Si no hay átomos no metálicos, los metales liberan sus electrones y forman una estructura de cationes, rodeados por una nube de electrones que mantienen unidos los cationes. Cuantos más electrones haya en la nube, es decir, cuanto más a la derecha de la tabla se encuentre el metal, más fuerza tendrá el enlace metálico. Los metales serán duros, más cuanto más a la derecha de la tabla se sitúe el metal. Como no hay aniones, no se romperán con facilidad, son tenaces. La existencia de la nube de electrones hace que puedan conducir la electricidad, que es la propiedad más característica de los metales y de los compuestos con enlace metálico: son buenos conductores eléctricos y del calor. 7

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