1

PARTE EXPERIMENTAL

Introduccin Terica

El agua es probablemente la sustancia ms extraordinaria que hay en la naturaleza. Se presenta en los tres estados fsicos -todo el mundo conoce el hielo y el vapor de agua, adems del agua lquida, y es el medio en el que se desarrolla la vida de los organismos. La razn se debe a las propiedades que tiene: es el mejor disolvente conocido, necesita que se le comunique mucho calor para calentarse, es menos densa en estado slido que en el lquido, etc.

Qu diferencia al hielo del agua lquida y del vapor de agua? Por qu el agua produce hidrgeno y oxgeno al descomponerse por accin de la corriente elctrica? Qu estructura tiene el agua para "contener" esas otras sustancias? Cmo se explica su accin disolvente?

La observacin de las sustancias que existen en la naturaleza y de las propiedades que presentan permite proponer un modelo que explica de una forma global y sencilla tanto la forma de unirse los tomos para originar sustancias simples o compuestas como la frmula de las sustancias formadas y la explicacin de sus propiedades. Los modelos de enlace interatmico explican no slo cmo y por qu se unen los tomos, sino tambin cuntos tomos de cada tipo quedan unidos y qu estructuras forman.

La necesidad de nuevos materiales que tengan unas propiedades determinadas parte de esos estudios experimentales y de los modelos de enlace para disear mtodos de sntesis de esos materiales (muy resistentes a la rotura, que no se oxiden, poco densos, flexibles, impermeables, etc.). As se han obtenido materiales como la fibra de carbono, los plsticos, etc. 1

Clasificacin de las sustancias

El estudio experimental de sus propiedades permite establecer la existencia de cuatro tipos de sustancias, de forma que cualquier sustancia conocida se puede asignar a uno de los cuatro grupos:

1http://educativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/1000/1164/html/1_tipos_de_sustancias.html

IFD N6 Asignatura: Qumica Cursos: Quinto A y B Profesora: Silvina Moyano

PROPIEDADES DE LAS SUSTNACIAS Y UNIONES QUIMICAS

2

Las sustancias metlicas tienen puntos de fusin variables, desde bajos hasta altos, pero son todas slidas a temperatura ambiente, con la excepcin del mercurio. Su dureza tambin es variable. Forman estructuras cristalinas regulares. Son sustancias que conducen bien la corriente elctrica y no son solubles en ningn lquido.

Las sustancias covalentes atmicas tienen puntos de fusin muy altos, por lo que en todos los casos son slidas a temperatura ambiente, formando estructuras cristalinas regulares. Son muy duras, insolubles en cualquier lquido y no conductoras de la corriente elctrica.

Las sustancias moleculares tienen puntos de fusin bajos, pudiendo ser slidas, lquidas o gaseosas a temperatura ambiente. En estado slido pueden forman estructuras cristalinas, o masas slidas sin formas regulares. Son sustancias blandas, que no conducen la corriente elctrica y cuya solubilidad es variable: las sustancias moleculares POLARES son solubles en agua, mientras que las sustancias NO POLARES son insolubles en agua.

Las sustancias inicas tienen puntos de fusin medios o altos, siendo siempre slidas a temperatura ambiente, formando tambin estructuras cristalinas regulares. Tienen una dureza media, y son solubles en mayor o menor medida en agua. En estado slido no conducen la corriente elctrica, pero s lo hacen al fundirlas o al disolverlas en agua.

Utilizando estos criterios experimentales es sencillo clasificar una sustancia concreta dentro de un grupo. Por ejemplo, si una sustancia es gaseosa a temperatura ambiente, es seguro que se trata de una sustancia molecular. Y si conduce bien la corriente elctrica, casi puedes asegurar que se trata de un metal.

Objetivos:

Conocer las propiedades ms importantes de las sustancias Relacionar las propiedades analizadas con la estructura qumica de las mismas Clasificar las sustancias de acuerdo al enlace qumico que las caracteriza Integrar los conocimientos adquiridos en la interpretacin de resultados

3

Sustancias necesarias:

Cloruro de sodio. Bicarbonato de sodio Agua Benceno

Cobre, cinc, hierro u otro metal Yodo Naftalina

Materiales:

Vaso de precipitado (para benceno) Piseta con agua destilada 2 pipetas de 5 ml 1 varilla de vidrio y una esptula 10 tubos de ensayo y una gradilla

Pinza de madera 3 vidrios de reloj Mechero Circuito electrco (aportado por los

alumnos)

Procedimiento

1) Conociendo las sustancias a travs de los sentidos y por el efecto del calor sobre las mismas.

a) Observe las sustancias de la mesada de trabajo detenidamente, describa sus propiedades y registre todo en la TABLA N1

b) Coloque una pequea porcin de cada una de las sustancias en distintos tubos de ensayo y calintelo a la llama del mechero, como se indica en la figura.

Cuidado! El Benceno es inflamableObserve su pictograma antes de comenzar!

TABLA N1

Sustancia Propiedades Organolpticas

Estado de agregacin

Efectos del calor sobre la sustancia

Agua

Cloruro de sodio.

Bicarbonato de sodio

Cobre

Naftalina

Benceno

Yodo

2) Disolviendo sustancias. a) Averigua y contesta: Qu es la solubilidad de una sustancia? De qu depende?

4

b) Coloca en un tubo de ensayo un ml de benceno y un ml de agua. Observa y contesta: Qu clase de sistema material se forma? Cuntas fases? Cuntos componentes? El agua y el benceno se disuelven entre s?

c) Ahora comprueba cules de las sustancias forman un sistema homogneo con agua y cules lo hacen con benceno. Para ello coloca 2 ml de agua en cinco tubos de ensayo y 2 ml de benceno en otros cinco. Luego a cada tubo agrgale una pequea cantidad de cada una de las sustancias con las que estamos trabajando: cloruro de sodio, bicarbonato de sodio, cobre, naftalina y yodo. Nuevamente con los resultados obtenidos, completa la TABLA N2: TABLA N2

Sustancia Agregada Se disuelve en agua?

Se disuelve en benceno?

Sistema material formado

Cloruro de sodio

Bicarbonato de sodio

Cobre

Naftalina

Yodo

3) Todas las sustancias conducen la corriente elctrica?

La conduccin de la corriente elctrica de una sustancia es una propiedad muy importante de las mismas ya que nos da mucha informacin acerca de su estructura interna, es decir de la forma en que se ordenan y se unen sus tomos. Para responder a esta pregunta necesitars armar un circuito elctrico como el que se muestra en la siguiente figura, y con el comprobar cul/es

de las sustancias conducen la corriente elctrica, ya sea en su estado de agregacin natural o bien disueltas en el solvente especfico. Con los resultados obtenidos completa la TABLA N3

Sustancia Conduccin

En su estado de agregacin

Disueltas

Agua destilada

Benceno

Cloruro de sodio

Bicarbonato de sodio

Yodo

Cobre

Naftalina

5

Resultados Generales

Con los datos de todas las experiencias complete est ltima tabla a modo de resumen.

Sustancia Estado de agregacin

Solubilidad en agua

Solubilidad en benceno

Conductividad elctrica

En su estado Disuelta

Conclusiones:

En base a la lectura de la introduccin terica de esta experiencia:

a) Qu puedes concluir respecto del comportamiento de las sustancias?

b) Qu deberamos estudiar si quisiramos comprender las similitudes y diferencias de las

propiedades estudiadas?

c) Clasifica las sustancias de este trabajo prctico segn el criterio presentado en la

introduccin terica.

Presentacin del informe:

Debern presentar un informe con cartula y en carpeta o folio con:

a) Objetivos b) Procedimientos c) Resultados: preguntas 2a, 2b) Tablas N1,2,3 y Tabla de resultados

generales d) Conclusiones: preguntas a), b, y c)

6

COMO PODEMOS EXPLICAR ESTOS COMPORTAMIENTOS?

Las distintas propiedades de las sustancias estn relacionadas con la forma en que los tomos de dicha sustancias se unen para formar estructuras ms estables.

Qu es el enlace o unin qumica?

Por qu se enlazan los tomos?

Cmo es el estado ms estable de los tomos?

Existen tres tipos de enlaces o uniones qumicas que caracterizan a las sustancias que analizamos

en el trabajo experimental:

Clases de uniones qumicas:

Los distintos tipos de uniones o enlaces qumicos que analizaremos a continuacin permiten explicar por qu y cmo se unen los tomos para originar sustancias con diferentes propiedades:

Existen tres tipos fundamentales de uniones qumicas: a) Unin inica: se forma cuando se unen un metal con un no metal, es decir cuando los tomos

pertenecen a elementos con bastante diferencia en sus electronegatividades (en general decimos que la diferencia de electronegatividad entre ellos es superior a 1,7). Se produce por transferencia de electrones: el metal pierde electrones y queda con carga positiva, el no metal gana electrones y queda con carga negativa y as dichas partculas llamadas iones quedan unidas por cargas de distinto signos.

b) Unin covalente: se produce cuando se unen dos tomos de un mismo o de distintos elementos no metlicos, es decir elementos con electronegatividades elevadas. En este caso no hay transferencia de electrones sino que el par de electrones es atrado por ambos ncleos, es decir que los tomos comparten los electrones. Si la diferencia de electronegatividad es

Son las fuerzas de tipo elctricas que mantienen unidos a los tomos

entre s para formar molculas o iones

Los tomos se enlazan para buscar el estado ms estable posible, y al juntarse desprenden

energa

Cuando se forma un enlace qumico, los tomos reciben, ceden o comparten electrones de tal forma, que el nivel de energa ms externo (ltimo nivel) contenga ocho electrones. De esta forma adquiere la estructura electrnica del gas inerte ms cercano en la tabla peridica. A esto se lo denomina regla del octeto. Esta regla no es general. Existen muchas excepciones, pero se cumple bastante bien en la mayora de los elementos representativos.

7

menor que 1,7 pero mayor que 0,4 se dice que el enlace es covalente polar, pero si es por debajo de 0,4 es covalente polar.

c) Unin metlica: explica cmo estn unidos entre s los tomos de un mismo o distinto metales: es decir elementos de baja electronegatividad.

Actividad n1: Dadas las siguientes sustancias

1:1) Clasifcalas en simples o compuestas 1:2) Indica que tipo de unin o enlace existe entre sus tomos.

a) H2O b) NaCl c) NH3 d) SO2 e) Fe

f) Br2 g) CH4 h) CaO i) K2S

ESTRUCTURAS DE LEWIS

Para representar las uniones qumicas es frecuente representar los tomos de los elementos representativos a travs de su estructura de Lewis. Esta consiste en destacar, utilizando puntos o cruces, los electrones del ltimo nivel de un tomo colocndoselos alrededor del smbolo del elemento.

Actividad N2: Representa usando la estructura de Lewis los dos primeros elementos de cada

grupo de elementos representativos Qu conclusin sacas de esta representacin?

Actividad n3: Dadas las configuraciones electrnicas de los tomos de los elementos A, B, C y D A: 1s2 2s2 2p6

B: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 C. 1s2 2s2 2p6 3s1 D. 1s2 2s2 2p6 3s2

Indiquen si las siguientes oraciones s relativas a dichas configuraciones electrnicas son verdaderas o falsas y justifiquen todas sus respuestas:

a) Los elementos A y B no pueden formar ninguna unin entre ellos. b) El elemento A es un gas inerte. c) Entre C y D se produce un enlace inico: D cede un electrn y C lo recibe. d) El elemento C puede convertirse en anin al adquirir la configuracin electrnica de A. e) Entre B y C puede formarse un compuesto inico de frmula mnima C B. f) El elemento D es ms electronegativo que el elemento B.

8

UNION IONICA Ya se ha dicho que, la unin inica es aquella caracterstica entre metales y no metales. Consideraremos al compuesto constituido por sodio y cloro. Se trata de una de las sustancias ms comunes: la llamada sal de cocina o cloruro de sodio.

Es evidente que ambos tomos pueden adquirir simultneamente la estructura electrnica estable, caracterstica de los gases nobles, si el tomo de sodio cede un electrn al tomo de cloro.

Na: 1s2 2s2 2p6 3s1 Cl: 1s2 2s2 2p6 3s23p5

Por niveles: 2 8 1 2 8 7

Le cede un electrn

Pero el tomo de sodio, al perder un electrn, ya no es un tomo neutro sino que se

transforma en un ion. Este ion est cargado positivamente pues su ncleo sigue teniendo 11

protones, pero en su nube electrnica existen ahora solamente 10 electrones.

11 protones: + + + + + + + + + + +

10 electrones: - - - - - - - - - -

Queda, por lo tanto, una carga positiva no compensada. Por eso decimos que se ha

formado un ion Na+ (ion sodio). Como los iones positivos son llamados cationes, tambin

podemos decir que se ha formado un catin sodio (catin Na+).

El tomo de cloro, al captar un electrn, se transforma en un ion con una carga negativa

(ion Cl -). Efectivamente, el ion formado tiene ahora 18 electrones pero su ncleo no ha sido

afectado y contina con 17 protones. El ion formado (Cl -) se denomina ion cloruro o anin cloruro,

ya que los iones negativos se llaman aniones.

La sustancia resultante, cloruro de sodio, est constituida por aniones cloruro y cationes sodio

dispuestos alternadamente formando una red cristalina.

La atraccin entre iones de carga contraria es la que hace posible la existencia de los cristales de

cloruro de sodio ya que los cuerpos cargados con cargas de igual signo se repelen, los cargados

La unin inica se produce, decimos, por atraccin electrosttica entre aniones y cationes.

9

con cargas de distinto signo se atraen.

Las sustancias inicas se disuelven en solventes

polares porque los dipolos de stas desarman la

estructura cristalina al atraer los iones. La

capacidad para conducir corriente de estos

materiales, fundidos o disueltos, se debe a la

movilidad que tienen los iones en esas

condiciones.

Cmo se representan las sustancias cuyos enlaces son inicos? 1) Frmula de Lewis o frmula electrnica:

2) La frmula emprica llamada tambin frmula global o frmula mnima simboliza la composicin del cloruro de sodio de acuerdo con la proporcin de tomos de cloro y de sodio existentes en ella, con los menores subndices posibles. En este caso existe un tomo de sodio por cada tomo de cloro. Deberamos escribir Na1Cl1, sin embargo cuando el subndice es uno no se lo indica en la frmula y por eso escribimos NaCl.

Actividad N4: Indica la frmula emprica (o global) y la frmula electrnica o de Lewis de los siguientes compuestos inicos:

a) sodio con oxgeno (xido de sodio) b) estroncio con azufre (sulfuro de estroncio) c) litio con oxgeno (xido de litio) d) potasio con oxgeno (xido de potasio) e) bario con cloro (cloruro de bario) f) berilio con bromo (bromuro de berilio) g) potasio con bromo (bromuro de potasio) h) aluminio con fluor (fluoruro de alumnio)

10

Unin Covalente

La unin covalente se produce habitualmente entre dos tomos de un mismo o de distintos no metales. Comencemos analizando la molcula de Cl2. Se trata de una molcula diatmica, o sea, formada por dos tomos. Como el cloro es un no metal, sus tomos no pierden fcilmente electrones. Ambos tomos de

cloro tienden a captarlos. Cada tomo de cloro tiene siete electrones en su ltimo nivel de

energa. Por lo tanto su estructura de Lewis es:

Si dichos tomos se aproximan hasta que sus nubes electrnicas (orbitales) se superpongan, se

tiene una molcula de cloro (o dicloro):

Cl Cl

As se forma la unin covalente. Observa que en este caso no hay transferencia de electrones. Los

dos tomos comparten el par de electrones.

Por lo tanto:

Unin covalente polar y no polar

En los ejemplos citados, el enlace covalente se establece entre tomos iguales, de idntica

electronegatividad. Los electrones compartidos son igualmente atrados por ambos tomos, razn

por la cual se mueven en zonas equidistantes de ambos ncleos. Es decir, los electrones son

atrados con la misma fuerza. La molcula en conjunto, no presenta polos elctricos separados, ya

que los que podramos considerar polos positivo y negativo coinciden en un mismo punto. A ste

tipo de enlace lo llamaremos enlace covalente puro, no polar o apolar. Es decir, los electrones

en este tipo de enlace no estn cerca de ninguno de los dos polos de la molcula. Conclusin:

En un enlace covalente no polar, la densidad electrnica es simtrica con respecto a los dos ncleos

Si el enlace se realiza entre dos tomos distintos cuyas electronegatividades no difieren lo

suficiente como para establecer una unin de tipo inico, se produce una unin covalente de caractersticas especiales, ya que los electrones no son igualmente compartidos por los dos tomos. El par electrnico es ms atrado hacia el ncleo del elemento de mayor electronegatividad y eso determina la aparicin de un dipolo. Es decir, los centros de las cargas

La unin covalente se produce cuando dos tomos comparten uno o varios pares de

electrones

11

negativas y positivas no coinciden y habr una regin de la molcula que resultar negativa con respecto a otra. Este tipo de enlace se denomina covalente polar o electrocovalente. Ejemplo:

Las uniones covalentes, constituidas por pares de electrones compartidos, implican una cierta

penetracin de las nubes electrnicas de los tomos correspondientes.

Esta idea est representada por los modelos moleculares que ilustra la siguiente figura.

Frmulas de Lewis, desarrollada y molecular para enlaces covalentes

En el caso que estamos considerando ahora, cada uno de los electrones que constituyen el

par compartido proviene de un tomo distinto, esto es, cada tomo de cloro aporta un electrn al

par de electrones compartido.

La frmula de Lewis es:

Cl Cl

La frmula emprica o global de esta sustancia cloro es: Cl2. En este caso tambin su frmula

molecular, ya que representa a una molcula de dicha sustancia.

Frmula desarrollada: para las sustancias constituidas por uniones covalentes es usual escribir

tambin la frmula desarrollada que consiste en representar cada unin covalente o par de

electrones compartidos por un segmento o guin:

Ejemplo: para Cl2 sera: Cl Cl

12

Enlaces dobles y triples: En el ejemplo anterior el enlaces covalente est constituido por un

solo par de electrones compartidos. A eso le llamamos enlace sencillo o simple. Existen tambin

uniones dobles y triples donde dos tomos pueden compartir dos o tres pares de electrones

respectivamente. La molcula de oxgeno gaseoso O2 es un ejemplo del doble enlaces pues

ambos tomos comparten dos pares de electrones:

La molcula de nitrgeno gaseoso N2 es un tpico ejemplo de enlace triple pues ambos tomos de

nitrgeno comparten tres pares de electrones para completar su octeto

Las sustancias covalentes atmicas y moleculares poseen entre sus tomos ENLACE COVALENTE.

En particular las sustancias covalentes moleculares pueden ser NO POLARES O POLARES:

Las sustancias NO POLARES tiene

partculas o molculas donde la

distribucin de cargas, positivas y

negativas, es homognea. Las fuerzas

de atraccin entre sus molculas son

dbiles. Las sustancias no polares solo

forman soluciones con otras sustancias

del mismo tipo. Sus partculas no

podrn intercalarse entre molculas de un material polar,

pues no ejercen atracciones sobre ellas. Sin embargo no

encuentran obstculos para mezclarse con otras del mismo

tipo.

Por otra parte, las sustancias POLARES tienen cargas

distribuidas heterogneamente; sus partculas o molculas

presentan un polo positivo y un polo negativo, razn por la

cual se llaman dipolos o bipolos. Las fuerzas de atraccin entre ellas son ms fuertes que las de los

no polares.

Sin embargo las sustancias polares no conducen la corriente elctrica. Los dipolos tienen, en la

misma molcula, ambas cargas, que no se dividen por atraccin de los polos de un circuito (razn

de la conduccin), pero si forman soluciones con compuestos del mismo tipo por atraccin entre

cargas opuestas como se ve en el modelo.

Actividad N5: Representa las estructuras electrnicas y desarrolladas para los siguientes compuestos covalentes:

a) Tricloruro de fsforo: PCl3 b) Tetrabromuro de carbono: CBr4 c) Amonaco: NH3 d) Bromo Br2

e) Fluoruro de hidrgeno: HF f) Sulfuro de hidrgeno: H2S g) Metano CH4 h) Ioduro de hidrgeno: HI

13

i) dixido de carbono (CO2) j) trixido de dinitrgeno (N2O3) k) trixido de difsforo (P2O3)

l) oxgeno gaseoso (O2)

Unin covalente dativa o coordinada:

Esta unin se produce por un par de electrones compartido y, en este aspecto, no hay diferencia con una unin covalente comn. Pero los electrones compartidos provienen, en este caso, de uno solo de los tomos. Tomemos como ejemplo el dixido de azufre: dos de los electrones del azufre se unen a un tomo de oxgeno por medio de un enlace covalente doble, con lo cual el azufre alcanza el octeto. Para unirse con el otro tomo de oxgeno, el azufre presta ambos electrones para que el oxgeno pueda alcanzar el octeto tambin. Por eso el tomo de azufre es llamado tomo dador, mientras que el tomo de oxigeno recibe el nombre de aceptor o receptor.

Actividad N6: Teniendo en cuenta la unin covalente coordinada o dativa representa las frmulas de Lewis y desarrolladas para los siguientes compuestos: a) Pentxido de difsforo: (P2O5 ) b) Trixido de diodo: (I2O3) c) Pentxido de dinitrgeno ((N2O5) d) Heptxido de dicloro (Cl2O7) e) Trixido de dibromo (Br2 O3)

Unin Metlica Finalmente los materiales METLICOS (ENLACE METALICO) suponen un agrupamiento de

iones positivos fijos y cargas negativas ms pequeas mviles, que se mueven permanentemente,

es decir, estn deslocalizadas. Los metales son

maleables, se pueden hacer lminas con ellos. Al

golpearlos, sus capas de iones se deslizan unas

sobres otras sin romper sus uniones, ya que la

movilidad de las cargas negativas permite que la

estructura se reacomode durante el proceso. Los

metales son insolubles. Ningn solvente, polar o no

polar puede separar los iones que los forman de las

cargas negativas, por las fuertes atracciones a los que estn sometidos. Son buenos conductores

de la electricidad, porque las cargas negativas son lo suficientemente mviles como para dejar

lugar a otras cargas procedentes de la batera o generador, y as fluir hacia el circuito. Tambin son

buenos conductores del calor, principalmente por tener partculas muy mviles que pueden

ponerse en vibracin al calentar el material mucho ms fcilmente que en otros slidos.

14

Actividad N7: Utilizando algunos de los siguientes elementos qumicos: C, N, Br, H, O, Ca , Fe y Li escriban la frmula emprica, molecular y de Lewis de:

a) Una sustancia binaria slida a temperatura ambiente y de elevado punto de fusin. b) Una sustancia binaria gaseosa a temperatura ambiente. c) Una sustancia que conduzca la corriente elctrica fundida o en disolucin acuosa. d) Dos sustancias cuyas molculas solo presenten fuerzas de London entre ellas. e) Una sustancia soluble en agua por formacin de puente hidrgeno. f) Una sustancia que conduzca la corriente elctrica en estado slido.

Actividad N8: El dixido de carbono (compuesto no polar) lquido se utiliza en la industria como disolvente de algunas sustancias. Cul de las siguientes sustancias esperara que se disolviera en ese solvente? SO2 I2 CH4 AlCl3 Justifique su respuesta Actividad N9: Realiza un cuadro sinptico teniendo en cuenta las propiedades y caractersticas de los distintos enlaces o uniones qumicas, teniendo en cuenta los siguientes ttulos generales y las referencias que estn a continuacin: TITULOS GENERALES: UNIONES QUIMICAS CLASES DE UNIONES CARACTERISTICAS DE LAS UNIONES ESTRUCTURA QUMICA PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS SEGN LA UNION QUIMICA. REFERENCIAS:

a) Electrones compartidos b) Pocos tomos se unen para formar molculas individuales c) Maleables, dctiles, tenaces y con brillo d) Molculas unidas por fuerzas dbiles entre ellas e) Sustancias con puntos de ebullicin y fusin inferiores a 40C f) Todos los tomos se unen para formar un cristal covalente g) Enlace metlico h) Puntos de fusin elevados i) Slidos con redes covalentes j) Red metlica k) Sustancias moleculares l) Malos conductores al estado slido m) Cationes, tomos neutros y electrones n) Enlace ionico o) Atraccin electrosttica fuerte entre iones p) Buenos conductores de la electricidad y el calor q) Puntos de fusin y ebullicin muy elevados r) Red ionica s) Buenos conductores en estado lquido t) Buenos conductores en disolucin u) Insolubles en todos los solventes v) Enlace covalente.