BLOQUE 4. QUÍMICA: Estructura y propiedades de las sustancias.

Transcripción

1 BLOQUE 4. QUÍMICA: Estructura y propiedades de las sustancias. 1. La estructura del átomo. 2. El Sistema Periódico de los elementos. 3. El enlace químico. 4. Interpretación de las propiedades de las sustancias. 5. Las reacciones químicas y sus tipos. CRITERIOS DE EVALUACIÓN 1. Describir las interrelaciones existentes en la actualidad entre sociedad, ciencia y tecnología. 2. Discernir entre cambio físico y químico. Comprobar que la conservación de la masa se cumple en toda reacción química. Escribir y ajustar correctamente ecuaciones químicas sencillas. Resolver ejercicios numéricos en los que intervengan moles. 3. Utilizar la teoría atómica para explicar la formación de nuevas sustancias a partir de otras preexistentes. Expresar mediante ecuaciones la representación de dichas transformaciones 4. Describir algunas de las principales sustancias químicas que se aplican en diversos ámbitos de la sociedad: agrícola, alimentario, construcción e industrial. TEMA 1. LA ESTRUCTURA DEL ÁTOMO INDICE 1. INTRODUCCIÓN A LA QUÍMICA 2. MODELOS ATÓMICOS A. Un átomo muy antiguo B. El átomo es divisible C. Modelos atómicos 3. IDENTIFICACIÓN DE LOS ÁTOMOS 4. MASA ATÓMICA RELATIVA 5. CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA 6. RADIACTIVIDAD Y ENERGÍA NUCLEAR 7. ACTIVIDADES CRITERIOS DE EVALUACIÓN 1. Describir las interrelaciones existentes en la actualidad entre sociedad, ciencia y tecnología. 2. Utilizar la teoría atómica para explicar la formación de nuevas sustancias a partir de otras preexistentes. Eva Palacios Muñoz 1

2 1. INTRODUCCIÓN A LA QUÍMICA: RESUMEN DE LA MATERIA (2º ESO).: Ciencia que analiza cualquier cambio que experimenta la materia en el que no se altera su naturaleza íntima. QUÍMICA: Ciencia que estudia cómo está constituida la., sus propiedades y los cambios que experimenta y que. su propia naturaleza. LA MATERIA: Es todo aquello que tiene y (ocupa un lugar en el espacio). Una.. es una clase de materia que presenta unas propiedades características que la diferencian de otras sustancias. Los sistemas materiales son porciones de. que se aíslan para su estudio. La materia está constituida por.. (partículas muy pequeñas). Los átomos se pueden unir entre sí dando lugar a.. o cristales. Los átomos están formados por un, donde se encuentran los protones y los neutrones, y alrededor del cual giran los Los protones y los electrones se caracterizan, además de por su, por poseer. eléctrica. Los protones tienen carga., y los electrones, carga... Los. no tienen carga eléctrica. Un. químico representa a todos los átomos de una misma clase. Los elementos primordiales del universo son el. y el helio. Las sustancias están compuestas por átomos de la misma clase, que pueden encontrarse aislados, formando grandes agrupaciones de átomos o.. Los compuestos están constituidos por átomos de..clases, que pueden encontrarse formando moléculas o agregados iónicos. Los compuestos se representan mediante. Cuando los átomos pierden electrones se convierten en. positivos o cationes. Cuando ganan electrones se convierten en iones negativos o. La.. eléctrica es la responsable de los fenómenos eléctricos en la materia. Las cargas eléctricas del mismo tipo se. y las de distinto tipo se.. PARTÍCULAS QUE COMPONEN EL ÁTOMO DEFINICIÓN PARTES DEL ÁTOMO Corteza electrónica Zona central del átomo en donde se concentra toda su.. Zona que rodea al núcleo PARTÍCULAS SUBATÓMICAS DEFINICIÓN CARGA ELECTRICA MASA (n) Partículas que constituyen el núcleo (constituyentes neutros del núcleo).. (es neutro). (casi igual a la del protón).. (p+) Partículas que constituyen el núcleo (constituyentes positivos del núcleo).., positiva Quarks Partículas más pequeñas que forman los protones y neutrones Electrones (... Partículas que constituyen la corteza, donde giran continuamente alrededor del núcleo (constituyentes negativos del átomo) Sí, Sí.. (despreciable) Eva Palacios Muñoz 2

3 2. MODELOS ATÓMICOS. A. UN ÁTOMO MUY ANTIGUO A lo largo de la historia se han propuesto diversos modelos atómicos para explicar la constitución y la estructura de los átomos Modelo del atomismo griego Modelos atómicos Demócrito y Leucipo Teoría atómica de Dalton Thomson Rutherford Bohr B. MATERIA DIVISIBLE O INDIVISIBLE FILÓSOFOS O CIENTÍFICOS GRIEGOS TEORÍAS SOBRE LA MATERIA CREÍAN EN LA EXISTENCIA DEL ÁTOMO?.. y Leucipo (s. IV a. C.) Atomistas Creían que si se dividía la materia, finalmente se obtendría una porción. Sí, denominaron.. a la última partícula indivisible de la materia Aristóteles Continuistas Postuló que la materia estaba formada por cuatro elementos: tierra, agua, aire y fuego. No, rechazó la existencia de los átomos y su teoría prevaleció durante más de años C. MODELOS ATÓMICOS TEORÍA ATÓMICA DE DALTON Para Dalton, la materia no es continua, sino.., y las partículas son los o agregados de átomos (..) TEORÍA ATÓMICO-MOLECULAR DE DALTON: POSTULADOS ( ) 1. La materia está formada por.. indivisibles e indestructibles* 2. Los átomos son invariables. 3. Los elementos están formados por átomos.: tienen la misma masa y las mismas propiedades químicas. (Todos los átomos de un mismo elemento químico son iguales en masa y propiedades). 4. Los átomos de diferentes elementos tienen masa y propiedades químicas. 5. Los. químicos están formados por la combinación de átomos de diferentes elementos. 6. Cuando dos o más átomos de distintos elementos se combinan para formar un mismo compuesto, lo hacen en una relación de. sencillos. 7. En las reacciones químicas los átomos ni se crean, ni se destruyen, sólo cambian su distribución en las sustancias *TEORÍA ATÓMICA ACTUAL El átomo es.., porque contiene partículas materiales subatómicas Eva Palacios Muñoz 3

4 MODELOS ATÓMICOS Demostraron que el átomo no era indivisible, como suponía Dalton y diseñaron modelos atómicos con partículas subatómicas (protones, neutrones y electrones) MODELOS ENUNCIADO EXPLICACIÓN THOMSON ( ) (modelo pudin de pasas) RUTHERFORD El átomo era como una esfera o gran masa de carga.., y entre esta carga, debían estar incrustados los electrones. La carga negativa de los.. compensaba la carga positiva, para que el átomo fuera.. El átomo está formado por un.. muy pequeño y una. La carga positiva de los protones se compensa con la carga negativa de los electrones, que estaban. del núcleo. Los electrones giran a mucha en torno al núcleo y están separados de éste por una gran. Todos los átomos tenían una o más partículas cargadas negativamente a las que llamó En el núcleo está concentrada la carga. y casi toda la Todos los átomos tenían una o más partículas con masa a las que llamó En la corteza se sitúan los.., girando alrededor del núcleo, en.. circulares (pueden estar a cualquier distancia del núcleo) como. alrededor del Sol.. ( ) MODELO DE.. DE ENERGÍA. EL ÁTOMO CUANTIZADO MODELO ATÓMICO MECANICO- SCHRÖDINGER ( ) Los electrones sólo se pueden encontrar girando en determinados. de energía (capas en que giran los electrones). Los.. de la corteza atómica giran, alrededor del núcleo, describiendo sólo determinadas órbitas circulares a distancias.. del núcleo, es decir, en determinados niveles de energía. Los electrones se organizan en capas y, en cada capa tendrán una cierta...a esta característica se le llama estar. Los electrones se encuentran alrededor del núcleo, ocupando posiciones más o menos..., pero su posición no se puede predecir exactamente. 1. Existe cierto número de. circulares estables, a lo largo de las cuales, el electrón se desplaza a gran velocidad sin.. energía. 2. El electrón tiene, en cada órbita, determinada energía.cuanto más alejada esté aquella del núcleo. Una órbita se caracteriza por el nivel energético que posee. 3. El electrón no radia energía mientras permanece en una órbita estable. Cuando el electrón cae de un nivel de energía a otro de energía inferior, se emite una cantidad de energía definida en forma de. es la región del espacio en la que hay una alta probabilidad (superior al 90%) de encontrar al electrón. Tipos de.atómicos: s, p,d y f Eva Palacios Muñoz 4

5 THOMSON (modelo pudin de pasas) El átomo era como una gran masa de carga positiva, y entre esta carga, debían los electrones. RUTHERFORD Modelo del átomo nuclear El átomo está formado por un núcleo muy pequeño y una corteza. BOHR Modelo de niveles de energía Los electrones de la corteza atómica, giran alrededor del núcleo describiendo sólo determinadas órbitas circulares o niveles de energía. Los electrones se organizan en capas y, en cada capa tendrán una cierta energía. Eva Palacios Muñoz 5

6 IDENTIFICACIÓN DE LOS ÁTOMOS: ÁTOMOS, ISÓTOPOS E IONES CONCEPTO DEFINICIÓN, CÓMO SE REPRESENTAN O IDENTIFICAN LOS ÁTOMOS? EJEMPLO ÁTOMOS Todos los pertenecen a algún elemento químico Mediante un. (X = inicial en latín) y dos. enteros: A (superíndice) y Z (subíndice) A Z X Nº (Z) = Nº de protones (= nº de..) Nº (A) = Nº de + nº de... El nº de neutrones (N) = A - Z Ej. El Cl contiene 17 p+, 17 e- y 18 neutrones Nº de protones = Z = 17, Nº de neutrones = A Z = = 18 ISÓTOPOS Son los átomos (de un mismo elemento) que tienen el mismo nº de (Z) y distinto nº de (distinto A) Ej. El hidrógeno, cuyo nº atómico es 1 (posee un en el núcleo) tiene tres isótopos, con 1, 2 y 3..en sus núcleos. Ej. El Cl y el Cl son dos isótopos del cloro MASA ATÓMICA o masa atómica relativa (Ar) Es la.de un.. medida por comparación con la del átomo de carbono-12 IONES Átomos.. eléctricamente Átomos que. o ganan. y adquiere carga neta (átomo cargado positiva o negativamente) T I P O S.. Catión Átomo que gana electrones y adquiere carga neta... (átomo cargado negativamente) Átomo que.. y adquiere carga neta (átomo cargado positivamente) Mediante un.. y su carga (superíndice a la derecha del símbolo) X n- O 2- Ión del átomo de.. que tiene carga -2 X n+ F - Li 1+ o Li + Ca 2+. fluoruro Ión del átomo de. que tiene carga +1 calcio FENÓMENOS ELÉCTRICOS Atracción Fenómeno que se produce entre dos cargas eléctricas de.. signo. Fenómeno que se produce entre dos cargas eléctricas del mismo signo Eva Palacios Muñoz 6

7 4. MASA ATÓMICA O MASA ATÓMICA RELATIVA (Ar) Es la masa de un.. medida por comparación con la del átomo de..-12 Los átomos de distintas sustancias tienen masas y tamaños. El átomo de hidrógeno es el más y el de menor masa de todos. La escala de masas atómicas asigna a los átomos, por comparación con el átomo de carbono, al que se asigna el valor.. = unidad de masa atómica (unidad de masa a escala atómica) = 1, kg Usando esta escala podemos asignar valores aproximados de masas atómicas a algunos elementos... SIMBOLO MASA ATÓMICA Hidrógeno..... C.. Nitrógeno.. 14 u O.. Calcio.. 40 u Fe 56 u Azufre.. 32 u.. Cu 63,5 u ISÓTOPOS Y MASA ATÓMICA RELATIVA. DETERMINACIÓN DE LA MASA DE UN ELEMENTO QUÍMICO La mayoría de los elementos químicos presentan diferentes... Cuando hablamos de la masa atómica de un elemento químico nos referimos a la masa atómica...de los isótopos en una muestra. Para calcularla tendremos que tener en cuenta la masa de cada. y su en la naturaleza. Ej. El elemento cloro tiene dos..: el 35 17Cl, que tiene una masa de 35 u y se presenta con una abundancia del 76%, y el 37 Cl, que tiene una masa de... y se presenta con una abundancia del.%, Cuál es la masa atómica del elemento cloro? Masa atómica media = masa 1 (1 er isótopo) x % (porcentaje 1 ) + masa 2 (2º isótopo) x % (porcentaje 2 ) = m 1. % + m 2. % Masa atómica media del Cl = 35 x x 24 = 35,38 u 100 Eva Palacios Muñoz 7

8 5.CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA. DISTRIBUCIÓN DE LOS ELECTRONES EN UN ÁTOMO Alrededor del núcleo hay capas o de energía que se representan mediante las letras K, L, M y N. En cada capa hay un número máximo de. La configuración electrónica o de un átomo es el modo en que están distribuidos los alrededor del núcleo de dicho átomo. Ej. Si un átomo tiene 2 electrones en la capa K, 8 electrones en la L y 2 en la M, su configuración electrónica es Hay ciertas restricciones: Ej. Si la tercera capa tiene 8 electrones, comienza a llenarse la, a pesar de que la tercera admite hasta 18 electrones. El orden de energía de los orbitales no coincide exactamente con el orden de los.. ORDEN DE LLENADO DE LOS ORBITALES La configuración electrónica de un átomo se obtiene siguiendo unas reglas: 1º) En cada orbital sólo puede haber. electrones 2º) Los electrones van ocupando el orbital de.. energía, que esté vacante. 3º) Cuando se llenan orbitales de la misma energía (p o d), primero se coloca.. en cada uno de los orbitales y, luego se va completando... O NIVELES DE ENERGÍA Capa más interna o cercana al núcleo o primer nivel de energía (K) NÚMERO MÁXIMO DE ELECTRONES TIPOS DE ATÓMICOS (s, p, d y f) 2 1s En el primer nivel de energía puede haber hasta 2 electrones 8 2s, 2p (3 orbitales p) Segunda capa (segundo nivel de energía) (.) Tercera (.) 18 3s, 3p y 3d (5 orbitales d) Cuarta (.) 32 4s, 4p, 4d y 4f (7 orbitales f) 5ª 5s, 5p, 5d y 5f 6ª 6s, 6p, 6d y 6f 7ª 7s, 7p, 7d y 7f EJEMPLOS DE. ELECTRÓNICA La configuración electrónica del 23 11Na es Helio: 2 Carbono: 2 4 Magnesio: Ej. Si un átomo (Al) tiene: 2 electrones en la capa K, 8 electrones en la L y 3 en la M, su. electrónica es. ORDEN DE LLENADO DE LOS ORBITALES DIAGRAMA DE MOELLER Ej. 13 Al: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p1 14 Si: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p2 15 P: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p3 DISTRIBUCIÓN DE LOS ELECTRONES EN UN ÁTOMO CONCEPTO DEFINICIÓN EJEMPLO Electrones de valencia - Son los electrones situados en el nivel - Electrones responsables del.. químico de los átomos La capa de valencia del átomo de aluminio, Al, es la 3. En ella hay 3 electrones de valencia. Valencia de un elemento - Nº de. que necesita o que le sobra para completar su último nivel. Depende del nº de electrones que tenga en su nivel de valencia - Capacidad que posee para con otro La valencia del aluminio es 3. La valencia de los gases nobles es cero, pues tienen completo su último nivel. Eva Palacios Muñoz 8

9 DIBUJANDO ÁTOMOS A) REGLAS PARA DIBUJAR ÁTOMOS. Ej Na 1. Los protones y neutrones forman el núcleo atómico y se sitúan en el : se dibuja un círculo central que representa el.. atómico y dentro se escribe el nº de protones (Z = 11) y neutrones (A Z = = 12). 2. Los electrones se colocan en las capas electrónicas alrededor del núcleo: se dibujan.. concéntricas alrededor del círculo y se colocan los electrones en las distintas capas. En un átomo eléctricamente neutro, el nº de cargas positivas es al nº de cargas negativas, es decir: nº de electrones = nº de protones (nº de electrones = 11) 3. La 1ª capa electrónica contiene, como máximo,. electrones 4. La 2ª capa electrónica contiene, como máximo,. electrones 5. La 3ª capa electrónica contiene, como máximo,.. electrones, etc. Cuando la capa tercera tiene 8 electrones, empieza a llenarse la cuarta. La configuración electrónica del 23 11Na es ATOMO CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA Helio 2 Carbono 2 4 Magnesio B) REGLAS PARA DIBUJAR IONES. Ej. Na+ Para dibujar iones hay que tener en cuenta que sólo cambia el nº de, permaneciendo igual el nº de y neutrones. Cationes: nº de electrones = Z - nº de electrones.. Ej. nº de electrones = Z 1 = 11 1 = 10: le quitamos un electrón de la última capa Aniones: nº de electrones = Z + Eva Palacios Muñoz 9

10 6. RADIACTIVIDAD Y ENERGÍA NUCLEAR Los núcleos de algunos isótopos, de ciertos elementos químicos, pueden sufrir cambios y originar ciertos fenómenos: FENÓMENOS DEFINICIÓN APLICACIONES, PRODUCTO PODER DE PENETRACIÓN Fuente de energía FISIÓN NUCLEAR NUCLEAR Fenómeno por el cual algunas sustancias (núcleos atómicos) emiten radiaciones. Pérdida o ganancia de algunas.. (que les hace transformarse en otros..). de un núcleo pesado (U-235) para dar otros núcleos más pequeños La unión de varios núcleos (ligeros) de dos átomos pequeños (H), para dar un núcleo mayor (más pesado y estable)(he) Se usa en centrales.. Da lugar al... del Sol y demás estrellas Se usa en centrales.., para producir una gran cantidad de energía gastando muy poca cantidad de combustible RADIACIONES EMITIDAS POR.. RADIACTIVOS Radiación o partículas Núcleos de He (2p+ y 2n). Carga Partículas. Formada por e-. Carga... γ Radiación electromagnética (como la ). Carga Se liberan neutrones y. Se desprende gran cantidad de.. ENERGÍA NUCLEAR Es la que se origina en los procesos de.. y.. nucleares. El 21% (la mayoría) de la energía consumida en España, procede de energía.. Las personas estamos expuestas continuamente a las. Algunas proceden de la naturaleza y otras son debidas a la acción del hombre. APLICACIONES VENTAJAS DESVENTAJAS FISIÓN.. NUCLEAR La energía nuclear, que se produce en un reactor nuclear (instalación en la que se inicia, se mantiene y se controla la fisión en cadena) se usa para generar Aún no se ha conseguido aprovechar la energía que se desprende en la fusión. No emite Suministro seguro Generación continua y predecible Barata Poca superficie de terreno, residuos concentrados Parece ser una fuente de energía muy prometedora Combustibles baratos y casi inagotables Genera pocos.. radiactivos Medio Residuos muy : La combustión o las sustancias que sufren la reacción de fisión (como el Pu-239) suelen ser tóxicos Muchos productos de fisión son isótopos radiactivos peligrosos de larga vida En caso de (muy baja probabilidad) en una central nuclear pueden emitir al medio ambiente material radiactivo Los cementerios subterráneos o almacenes de radiactivos situados en el suelo marino, no son absolutamente..., a largo plazo. Proliferación de armas nucleares. térmica Eva Palacios Muñoz 10

11 RESIDUOS RADIACTIVOS: Son restos de combustible nuclear y materiales empleados en Medicina. Son muy peligrosos y duraderos TIPOS DE RESIDUOS DURACIÓN DE SU PELIGROSIDAD EJEMPLOS RADIACTIVOS PARA LA SALUD Baja y media actividad Hasta unos 300 años. Miles de años Residuos de centrales nucleares o de armamento nuclear APLICACIONES DE LOS ISÓTOPOS RADIACTIVOS APLICACIONES DE LOS EJEMPLOS ISÓTOPOS RADIACTIVOS Fuente de. Centrales térmicas nucleares, que utilizan y ( U y Pu) Pilas de muy larga duración (marcapasos, ). y experimentos Determinación de la. de hallazgos científicos (datación) mediante el isótopo carbono-14 (mayor nº de aplicaciones).. algunas enfermedades mediante radioisótopos Tratamientos oncológicos de., EXPLICACIÓN Cada isótopo se a un ritmo que depende de la cantidad de átomos presentes y de su tipo. Contador.: Aparato que mide la velocidad a la que los isótopos radiactivos emiten radiación. Así podemos saber la antigüedad de un material que contenga el isótopo. Se inyecta o se bebe un líquido que contiene un isótopo radiactivo que emita radiación de baja energía Mediante radioisótopos, que emitan radiación de alta energía, se eliminan más células cancerosas que normales (ya que las células normales se reproducen más.. que las tumorales) Eva Palacios Muñoz 11

12 ACTIVIDADES TEMA 1. EL ÁTOMO 1. Relaciona las frases que se corresponden: Partículas indivisibles Núcleo muy pequeño y corteza Electrones en capas Pudin de pasas Modelo de Dalton Modelo de Thomson Modelo de Bohr Modelo de Rutherford 2. Qué científicos defienden el modelo atómico del pastel de pasas y el modelo atómico planetario? Cuáles son las características principales de ambos modelos? 3. Cómo están distribuidas las partículas positivas y negativas en el átomo, según el modelo de J. J. Thomson? 4. Quién descubrió el electrón? Qué otras partículas subatómicas conoces? Cuáles son sus características? 5. Cuáles son los dos números que identifican a un átomo? Cuál de ellos es fijo para todos los átomos de un mismo elemento? 6. Responde si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas. a) La carga del protón es igual en valor numérico a la carga del neutrón. b) La carga del electrón es igual en valor numérico a la carga del protón c) La masa de un protón es mayor que la masa de un electrón. d) La masa de un neutrón es menor que la masa de un protón e) La masa de un átomo está prácticamente concentrada en su núcleo. 7. Qué son los isótopos? Cuál de los dos modelos justifica la existencia de isótopos? Existen isótopos del hidrógeno con dos protones? Por qué? 8. Completa la siguiente frase: El número atómico del cloro es 17; esto quiere decir todos los átomos de cloro tienen.protones y, si son eléctricamente neutros, también tienen 17 Cualquier átomo que tenga 17 protones debe ser un átomo de Si un átomo de litio pierde un electrón, cómo quedará cargado? Cuál será su carga neta? Eva Palacios Muñoz 12

13 10. Completa la siguiente tabla sobre el átomo y sus partículas: NOMBRE Z A N Nº de protones Nº de electrones Nº de neutrones TIPO DE IÓN 1 1H Hidrógeno o protio 2 Deuterio 1H 3 Tritio 1H Ca 4 2He 16 8 O 16 8 O 2- Li 1+ Ca 2+ Fe Dibuja un átomo de 20 10Ne con su configuración electrónica. Determina cuál sería la configuración electrónica del ión Na Dibuja un átomo de carbono que tiene 6 protones, 6 neutrones y, después, un isótopo de este átomo. 13. Qué diferencia hay entre la fisión y la fusión nuclear? Qué aplicaciones tiene la fisión nuclear? 14. Un elemento imaginario tiene dos isótopos X e Y, cayas masas atómicas relativas son 38 y 40, respectivamente. Cuál será la masa atómica media de ambos isótopos en una muestra en la que entrasen en la misma proporción? Eva Palacios Muñoz 13