Ámbito Científico - TecnolóxicoESA – MÓDULO 3

Unidade Didáctica 2 TEORÍA CINÉTICA E ATÓMICA DA MATERIA

Índice da Unidade:1 - A materia....................................................................................................................................................3

1.1.Estados de agregación da materia........................................................................................................31.2.Propiedades da materia ........................................................................................................................31.3.Cambios de estado de agregación........................................................................................................5

2 - Os gases.....................................................................................................................................................7

3 - Comportamento dos gases: leis dos gases............................................................................................7

3.1.Variación da presión dun gas co seu volume............................................................................................................73.2.Variación da presión coa temperatura dun gas.........................................................................................................83.3.Variación do volume do gas coa temperatura...........................................................................................................93.4.Lei xeral dos gases...................................................................................................................................9

4 - O modelo cinético dos gases.................................................................................................................10

4.1.Presión, volume e temperatura...............................................................................................................................104.2.Relacións entre a presión, o volume e a temperatura...................................................................................11

5 - Extensión do modelo cinético aos líquidos e os sólidos: Teoría cinética da materia.......................11

5.1.Como explica esta teoría as propiedades dos diferentes estados de agregación?.............................12

6 - Cambios de estado de agregación e modelo cinético da materia.......................................................13

6.1.Fusión..................................................................................................................................................136.2.Vaporización ou ebulición....................................................................................................................13

7 - Estrutura da materia: a teoría atómica..................................................................................................14

7.1.A estrutura do átomo: Modelos atómicos.............................................................................................157.1.1. Modelo atómico de John Dalton (1808).........................................................................................................167.1.2. Modelo atómico de Thomson (1897).............................................................................................................167.1.3. Modelo atómico de Rutherford (1909)...........................................................................................................167.1.4. Modelo atómico de Bohr (1913)....................................................................................................................17

7.1.4.a.Estrutura ou configuración electrónica...................................................................................................177.1.5. O modelo atómico actual.................................................................................................................19

8 - Características dos átomos....................................................................................................................19

8.1.Número atómico (Z) e Número másico (A)..............................................................................................................198.2.Símbolo dos átomos:...............................................................................................................................................208.3.Isótopos...................................................................................................................................................................208.4.Ións.......................................................................................................................................................21

9 - Sistema periódico dos elementos químicos.........................................................................................21

9.1.Propiedades periódicas:..........................................................................................................................................229.2.Os elementos químicos da táboa periódica................................................................................................22

10 - Enlace químico......................................................................................................................................24

10.1.Modelo de enlace iónico........................................................................................................................................2510.1.1. Propiedades dos compostos iónicos...........................................................................................................26

10.2.Modelo de enlace covalente..................................................................................................................................2710.2.1. Diagramas de Lewis do enlace covalente...................................................................................................2810.2.2. Propiedades das substancias covalentes moleculares...............................................................................2910.2.3. Propiedades das redes cristalinas covalentes.............................................................................................2910.2.4. Macromoléculas ..........................................................................................................................................30

10.3.Modelo de enlace metálico....................................................................................................................................3010.3.1. Propiedades dos metais................................................................................................................31

O eminente profesor de Física Richard P. Feynman (1918-1988) escribiu, no seu coñecido curso de física, o seguinte: "se nalgún cataclismo fose destruído todo o coñecemento científico e só puidese pasar unha frase a xeración seguinte de criaturas, que enunciado tería a máxima información na mínima cantidade de palabras? Probablemente sería: todas as cousas están formadas por pequenas partículas que se moven perpetuamente..."

Practicamente toda a química e grande parte da física moderna teñen a súa base no coñecemento do comportamento destas partículas microscópicas, invisibles mesmo cos máis potentes microscopios. A fin de contas, nós mesmos somos unha inmensa morea desas partículas....

1 - A materiaTodos os corpos que nos rodean están formados por materia. Recibe o nome de materia todo aquilo que ten masa e ocupa un lugar no espazo (volume).

1.1. Estados de agregación da materiaSe observamos arredor de nos atopamos que a materia pode estar en tres estados: sólido, líquido e gasoso. Estas tres formas de presentarse a materia chamámolas estados de agregación da materia.

En cada un destes estados a materia posúe propiedades diferentes; revisamos deseguido algunhas delas:

Sólido. A maioría dos obxectos que utilizamos son sólidos: ferramentas, moblaxe, libros, roupa, electrodomésticos, etc. Teñen forma fixa, aínda que facendo forza neles poidan deformarse; se os comprimimos case non diminúen de volume (agás que teñan ocos ou poros con aire no seu interior). Non se difunden e non poden fluír.

Líquido. Non teñen forma fixa, adáptanse a forma do recipiente onde estean metidos (vaso, botella, etc.). Non son compresibles: se os comprimimos case non diminúen de volume. Son fluídos, é dicir, poden esvarar sobre unha superficie ou moverse facilmente polo interior de tubos. Tampouco se difunden.

Gasoso. Non teñen forma fixa nin volume constante. Os gases espállanse por todo o volume do recipiente que os contén: difúndense. Tamén son fluídos como os líquidos.

No cadro seguinte recollemos as propiedades dos gases, sólidos e líquidos.

Estados de agregación da materiaSólido Líquido Gasoso

Volume Fixo Fixo Fixo

Forma Teñen forma propia Non teñen forma propia Non teñen forma propia

Compresibilidade Non diminúen de volume Non diminúen de volume Cambian de volume

Difusión Non se difunden Non se difunden Difúndense

1.2. Propiedades da materia As propiedades da materia son as cualidades que serven para describila.

Os corpos que nos rodean son distintos entre si porque teñen distintas propiedades. Entre estas propiedades hai unhas que permiten recoñecer as substancias que forman os corpos e distinguilos entre si: son as propiedades características. Non obstante, outras propiedades son comúns a todos os corpos: son as propiedades xerais.

As propiedades xerais son aquelas que nos informan dos aspectos xerais, por iso son comúns a todos os corpos. Son:

Masa: É unha magnitude física que mide a cantidade de materia que ten un

corpo. Corpos da mesma clase de materia poden ter distinta cantidade de materia.

A unidade principal de masa é o quilogramo (kg), aínda que tamén se poden utilizar os seus múltiplos e divisores. (véxase a táboa)

Para medir a masa dun corpo utilízase a balanza.1

Volume: É outra magnitude que indica o espazo ocupado pola materia do corpo. Corpos de distinta materia poden ter o mesmo volume.

Por exemplo, nunha botella dun litro cabe o mesmo volume de auga que de aceite, aínda que sexan materias distintas.

A unidade de volume é o metro cúbico (m3). Para un corpo pequeno convén utilizar unidades adecuadas ao seu tamaño, é dicir os submúltiplos do metro cúbico, e para corpos grandes utilízanse os múltiplos. (véxase a táboa)

O volume dun corpo está intimamente relacionado coa súa capacidade. Por exemplo, o que cabe nun recipiente dun decímetro cúbico de volume é un litro. Podemos dicir que unha botella de 1 dm3 de volume ten 1 litro de capacidade. (véxase a táboa)

Unidades de masa Unidades de volumeNome Símbolo Equivalencia Nome Símbolo Equivalencia

Quilogramo kg 1000 g Kilómetro cúbico km3 1 000 000 000 m3

Hectogramo hg 100 g Hectómetro cúbico hm3 1 000 000 m3

Decagramo dag 10 g Decámetro cúbico dam3 1 000 m3

Gramo g 1 g Metro cúbico m3 1 m3

Decigramo dg 0,1 g Decímetro cúbico dm3 0,001 m3

Centigramo cg 0,01 g Centímetro cúbico cm3 0,000 001 m3

Miligramo mg 0,001 g Milímetro cúbico mm3 0,000 000 001 m3

Unidades de capacidadeNome Símbolo Equivalencia

Quilolitro kl 1 000 lHectolitro hl 1 00 lDecalitro dal 10 lLitro l 1 lDecilitro dl 0,1 l Centilitro cl 0,01 lMililitro ml 0,001 l

Densidade: é a relación existente entre a masa e o volume dunha substancia, é dicir, a cantidade de materia que ten por unidade de volume.

A densidade é unha propiedade característica da materia. Cada substancia caracterízase por ter sempre a mesma densidade a igual temperatura e presión.

Calcúlase dividindo a masa (m) entre o volume (V): d = mV

1 Na linguaxe cotiá utilizamos a palabra “pesar” para medir a masa, pero non se debe confundir a masa co peso, xa que o peso é a forza coa que a Terra atrae a esa masa.

O metro cúbico é o volume dun cubo que ten de aresta un metro de lonxitude.

Balanza

Se a masa se expresa en gramos e o volume en cm3, a densidade expresarase en g/cm3.

Cando dicimos que a densidade da auga é de 1 g/cm3 , queremos dicir que 1 cm3 de auga ten unha masa de 1 gramo1.

A densidade é unha magnitude que nos permite coñecer se un corpo aboia ou afonde cando está mergullado noutro. Neste caso o corpo que ten maior densidade, afunde e o outro aboia. Por exemplo, o aceite ou a maioría das madeiras aboian na auga porque a súa densidade é menor.

A definición de densidade podemos aplicala para:

Determinar a masa dun corpo sendo coñecidos o seu volume e a súa densidade, por medio da fórmula: m = V ⋅d

Determinar o volume dun corpo coñecendo a súa masa e a súa densidade, por medio da fórmula:

V = md

1.3. Cambios de estado de agregaciónA materia ten a capacidade de cambiar de estado, de xeito que unha mesma substancia pódese atopar na natureza nos tres estados de agregación. É o caso da auga, que pode estar como auga líquida, como vapor de auga ou como xeo dependendo das condicións de presión e temperatura.

Substancia: auga (para unha presión de 1 atm)Xeo Auga líquida Vapor de auga

Temperatura < 0 ºC Temperatura entre 0 – 100 ºC Temperatura > 100 ºC

Xa que logo, temperatura e presión van determinar o estado de agregación da materia:

Temperatura. Todos os materiais, en calquera estado que se atopen, teñen unha propiedade: a temperatura relacionada co estado de axitación das partículas que compoñen a materia. Canto maior é a axitación, máis elevada é a temperatura, independentemente do número de partículas que conteña.

A temperatura mídese co termómetro.Os termómetros que usamos habitualmente, como os clínicos, miden a temperatura en graos celsius ou centígrados (ºC). Pero no sistema internacional, úsase a escala Kelvin.

A relación entre ambas escalas é a seguinte: T(K) = t (ºC) + 273 onde T(K) é a temperatura en kelvins e t(ºC) a temperatura en graos Celsius.A temperatura máis baixa (fría) posible é cero kelvins (0 K).

Presión. É unha propiedade que serve para determinar o efecto dunha forza ou interacción sobre a superficie dun corpo.

A presión dos gases mídese con aparellos que se chaman manómetros. Os manómetros que miden a presión atmosférica adoitan chamarse barómetros; o máis sinxelo é o constituído por un tubo vertical de vidro con mercurio no seu interior.

1 Debido ás equivalencias entre unidades, podemos dicir que 1 dm3 (1.000 cm3) de auga ten unha masa de 1 quilogramo (1.000 g). Polo tanto, tamén se pode dicir que a densidade da auga é de 1kg/dm3. Como o dm3 e o litro son equivalentes, 1 litro de auga ten unha masa de 1 kg.

Hai moitas unidades para medir a presión. As máis usadas e as súas equivalencias son:

1 atm = 760 mm Hg = 101 325 Pa = 1013 mb

onde atm é atmosfera, mm Hg é milímetro de mercurio, Pa é pascal (a unidade do sistema internacional), e mb é milibar, moi usada nos mapas meteorolóxicos.

As transicións dun estado a outro denomínanse da seguinte maneira:

No esquema podes observar que os cambios de estado son reversibles. As substancias cambian de estado de agregación cando se producen determinadas variacións de presión e temperatura. Os cambios sólido líquido gas vense favorecidos ao aumentar a temperatura e diminuír a presión mentres que os cambios gas líquido sólido, ao enfriar e aumentar a presión.

A temperatura á que se producen os cambios de estado denomínase temperatura de cambio de estado.

As gráficas de cambio de estado son representacións da temperatura dunha sustancia fronte ao tempo de quentamento (ou enfriamento):

Á temperatura á cal unha substancia pasa do estado sólido ao estado líquido, e viceversa, denomínase punto de fusión (pf).

Á temperatura á cal unha substancia pasa do estado líquido ao estado gas, e viceversa, denomínase punto de ebulición (pe).

Na gráfica podes comprobar que ao quentar unha substancia pura a temperatura permanece fixa mentres ten lugar o cambio de estado.

A teoría cinético molecular (que veremos máis adiante) explica esa constancia: mentres se produce o cambio de estado, toda a enerxía subministrada mediante calor emprégase en vencer as forzas de atracción entre as partículas. En consecuencia, a temperatura non pode aumentar, senón que se mantén constante mentres quede materia por cambiar de estado.

Nas seguintes páxinas podes repasar os conceptos vistos neste apartado:

http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/estados/estados1.htm

http://www.isftic.mepsyd.es/w3/eos/MaterialesEducativos/mem2000/materia/web/index.htm

2 - Os gasesOs gases forman parte do noso contorno. O máis importante para nós é o aire, indispensable para respirar e, xa que logo, vivir, pero utilizamos este e outros gases habitualmente: cando inflamos os pneumáticos ou un globo nunha festa, nas bombonas de butano ou de gas natural, os propelentes en pulverizadores e

SÓLIDO LÍQUIDO GAS

sublim ación

Sublim ación inversa

Fusión Vaporización

CondensaciónSolidificación

aerosois, nos circuítos dos frigoríficos, nas lámpadas...

As propiedades dos gases son tan sorprendentes que foron obxecto de estudo desde os comezos da era científica. As leis que describen e xustifican o seu comportamento fóronse perfeccionando ata constituír a teoría cinética da materia, que veremos máis adiante.

Cales son estas propiedades?

Os gases expándense, é dicir ocupan sempre a totalidade do volume dispoñible, así que o volume do gas é o volume do recipiente. Esta é unha propiedade única dos gases.

As partículas dun gas non vibran ao aumentar a temperatura, senón que se desprazan libremente en liña recta ata chocar coas paredes do recipiente que o contén, describindo así traxectorias en zig-zag.

Debido aos continuos choques das partículas contra as paredes do recipiente os gases fan presión sobre as paredes do recipiente e sobre calquera obxecto situado no seu interior. Cada choque exerce un pequeno impulso contra as paredes do recipiente, a suma de todos estes impulsos constitúe a presión.

Os gases difunden, é dicir, que as partículas dun gas mestúranse rapidamente coas doutro.

3 - Comportamento dos gases: leis dos gasesA presión, o volume e a temperatura dun gas poden cambiar, aumentando ou diminuíndo, pero estes cambios están relacionados entre si, e imos estudalo agora, para afondar no coñecemento dos gases.

3.1. Variación da presión dun gas co seu volumePodemos investigar como varía a presión se metemos gas (vale o aire) dentro dun recipiente cun émbolo móbil (como o pistón no motor dun coche ou unha xiringa) conectado a un manómetro, mantendo constante a temperatura.

Imos cambiando o volume do gas a medida que prememos o émbolo; para cada volume anotamos a presión que indica o manómetro. Realizando esta experiencia obtivéronse os resultados seguintes:

V (ml) P (atm)Ao representarmos graficamente estes resultados nun eixe de coordenadas obtemos unha curva hipérbola, característica das relacións de proporcionalidade inversa:

100 0,50

80 0,625

60 0,833

40 1,25

20 2,50

Xa vemos que canto maior é a presión menor é o volume: son inversamente proporcionais. É dicir, para un gas encerrado nun recipiente a temperatura constante, se reducimos o volume aumenta a presión e se aumentamos o volume, se reducirá a presión.

A relación matemática entre o volume e a presión dun gas ven expresada de forma cuantitativa pola lei de Boyle e Mariotte:

Para unha cantidade fixa de gas a temperatura constante, o produto do volume que ocupa pola presión á

que se acha é constante2: P⋅V = constante

Polo tanto, nunha transformación na que un gas pasa de ter un volume V1, e unha presión P1, a ocupar un volume V2 e unha presión P2, cúmprese que: P1⋅V 1 = P 2⋅V 2

3.2. Variación da presión coa temperatura dun gasImos deducir agora a relación que existe entre a presión dun gas e a súa temperatura se mantemos constante o seu volume.

Se temos un gas dentro dun recipiente de paredes fixas, daquela ha ocupar sempre o mesmo volume (V constante). Imos quentando o gas e anotamos as temperaturas e as presións e logo, como antes, representamos os resultados nuns eixes de coordenadas.

P (atm) T (ºC) T (K)

1,0 20 293

1,1 49 322

1,2 49 352

1,3 108 381

Da gráfica deducimos que a presión é directamente proporcional á temperatura. É dicir, a volume constante, a presión dun gas aumenta ao aumentar a temperatura.

A relación matemática entre a temperatura e a presión dun gas ven expresada de forma cuantitativa pola lei

de Gay-Lussac: PT

= constante P = constante⋅T

Polo tanto, nunha transformación na que un gas pasa de ter unha temperatura T1, e unha presión P1, a ter

unha temperatura T2 e unha presión P2, cúmprese que:P 1

T 1=

P2

T 2

Para usar esta fórmula, a temperatura sempre hai que poñela en kelvins.

3.3. Variación do volume do gas coa temperaturaSe temos o gas dentro dun recipiente cun émbolo podemos observar como vai variando o volume ao ir aumentando a súa temperatura, mantendo a presión do gas constante:

Nunha experiencia de laboratorio obtivemos os datos seguintes:

V (ml) T (ºC) T (K)

Representamos os resultados:

200 20 293

206,8 30 303

220,5 50 323

234,1 70 343

2 Pódelo comprobar cos datos da táboa anterior. Multiplicando o volume pola presión, has observar que sempre dá o mesmo resultado: iso é o que quere dicir "constante".

Concluímos que, mantendo constante a presión sobre o gas, o volume é directamente proporcional á temperatura do gas (a maior temperatura, maior volume).

A relación matemática entre a temperatura e a presión dun gas ven expresada de forma cuantitativa pola lei

de Charles3: VT

= constante V = constante⋅T

Polo tanto, nunha transformación na que un gas pasa de ter un volume V1, e unha temperatura T1, a ocupar

un volume V2 a unha temperatura T2, cúmprese que:V 1

T 1=

V 2

T 2

Para usar esta fórmula, a temperatura sempre hai que poñela en kelvins.

3.4. Lei xeral dos gasesAs diferentes leis dos gases pódense combinar nunha única expresión, denominada lei xeral dos gases:

P1⋅V 1

T 1=

P 2⋅V 2

T 2

Na seguinte páxina web podes facer as experiencias que se indican para comprobar estas leis:

http://www.juntadeandalucia.es/averroes/recursos_informaticos/andared02/leyes_gases/index.html

4 - O modelo cinético dos gasesDurante moitos anos os cientificos intentaron idear un modelo de como está constituída a materia e que xustificase o comportamento dos gases a nivel microscópico.

O modelo que propuxeron é o chamado "modelo cinético4 dos gases" ou "modelo corpuscular5 dos gases" que se basea nas seguintes hipoteses:

3 A relación da presión e o volume dun gas foi estudada por Gay-Lussac baseándose en estudos de J.A.C. Charles polo que a lei, en realidade chámase 1ª lei de Charles e Gay Lussac.

4 Cinético = movemento

5 Corpuscular = partículas

4.1. Presión, volume e temperaturaTemos visto que estas tres magnitudes describen as condicións nas que se atopa un gas:

Propiedade Como o explica o modelo?

Ao quentar un gas, aumenta a súa temperatura.

Ao se quentar, as partículas do gas adquiren máis enerxía, polo que se moven máis rápido. Esta enerxía relacionada co movemento denomínase enerxía cinética. A temperatura é proporcional ao movemento das partículas.

Os gases exercen presiónCando un gas está contido nun recipiente, as súas partículas áchanse en continuo movemento e chocan contra as paredes. Estas colisións son as responsables da presión que exerce o gas.

Os gases tenden a ocupar todo o volume dispoñible.O volume que ocupa un gas depende do volume do recipiente que o contén.Os gases son compresibles

A distancia á que se atopan as partículas dun gas é variable. Cando o gas se expande, as partículas se separan. Cando o gas se comprime, as partículas achéganse entre si.

4.2. Relacións entre a presión, o volume e a temperatura

Observación Como o explica o modelo?

A presión aumenta cando o volume diminúe

Ao diminuír o volume do recipiente as partículas teñen que percorrer menos espazo para bateren contra as paredes, así que chocan con máis frecuencia (máis veces), co que aumenta a presión

O volume e a presión aumentan coa temperatura

Co aumento da temperatura as partículas movense con maior velocidade, co que baten contra as paredes máis veces e con maior impulso (máis forza), e iso fai que aumente o volume do recipiente porque empurra o émbolo, se a presion externa ao gas non cambia.

Se o émbolo está fixo e non pode variar o volume ocupado polo gas, daquela o que aumenta é a presion contra as paredes. (Fíxate nas figuras)

1. Os gases están formados por un número enorme de partículas moi pequenas, separadas unhas doutras por grandes distancias comparadas co seu tamaño.

2. As partículas móvense sen cesar en todas as direccións batendo unhas coas outras e contra as paredes do recipiente; nestes choques as partículas rebotan e móvense en liña recta.

3. A velocidade das partículas aumenta ao elevar a súa temperatura.

4. Entre as partículas non hai nada.

Se a presión externa ao gas é constante, o aumento de temperatura produce un aumento do volume do gas.

Se o émbolo non se move, o volume do gas non cambia e o aumento de temperatura produce un aumento de temperatura na presión do gas.

5 - Extensión do modelo cinético aos líquidos e os sólidos: Teoría cinética da materia

A teoría cinética da materia baséase en dúas ideas fundamentais tomadas da teoría cinética dos gases:

1. A materia está constituída por partículas moi pequenas que non podemos ver.

2. As partículas están en continuo movemento de xeito aleatorio.

Algúns feitos que lles ocorren aos líquidos lembran o comportamento dos gases. Se deixamos un terrón de azucre no fondo dun vaso con auga, e non a remexemos nada, pasado un tempo toda a auga estará adozada por igual. A difusión do azucre pola auga lembra o movemento das partículas dos gases. Isto levou aos científicos a aplicar o modelo cinético aos líquidos e aos sólidos, engadindo unha nova hipótese ao modelo.

É a seguinte:

“Entre as partículas hai forzas de atracción que tenden a xuntalas. Estas forzas diminúen rapidamente coa distancia entre as partículas, de xeito que só son apreciables cando están bastante próximas”.

As forzas son de atracción se as partículas están moi próximas entre si, e desaparecen en canto se afastan un pouco. Pola contra, aparecen forzas repulsivas cando se achegan demasiado unha a outra.

Observa o esquema seguinte:

As partículas están moi lonxe. Non notan forza entre elas.

As partículas están próximas. Atráense. As partículas están demasiado próximas. Repélense

5.1. Como explica esta teoría as propiedades dos diferentes estados de agregación?

SÓLIDOSPropiedade Explicación

Son ríxidos e manteñen a súa forma

As partículas nos sólidos están moi próximas, ben ordenadas e fortemente atraídas entre si. A forza entre as partículas é tan forte que impide o seu desprazamento. O único movemento que teñen é o de vibración. Vibran dun lado a outro continuamente pero mantendo sempre a mesma posición na rede cristalina.

O seu volume é constante, non poden comprimirse

Practicamente non hai espazo libre entre as partículas, polo que é imposible que podan xuntarse máis.

Ao se quentar dilatan6 un pouco.A enerxía subministrada mediante a calor fai que as partículas aumenten a súa vibración, así as partículas tenden a ocupar máis espazo.

LÍQUIDOSPropiedade Explicación

Son fluídos e adoptan a forma do recipiente que os contén

A forza entre as partículas é bastante débil, de xeito que poden esvarar entre elas e moverse arredor das veciñas (poden fluír) adoptando a forma do recipiente. Non teñen unha forma fixa.

O seu volume é practicamente constante, apenas pódense comprimir.

Hai pouco espazo libre entre as partículas. Comprímense algo porque, como esvaran unhas sobre outras, poden encaixarse un pouco.

Ao se quentar dilatan bastante A enerxía subministrada provoca que as partículas aumenten a súa velocidade, se movan máis e ocupen máis espazo.

GASESPropiedade Explicación

Son fluídos e adoptan a forma do recipiente, ocupando todo o espazo dispoñible.

A forza entre as partículas é tan débil que cada unha se move independentemente, moi rápido e ao chou.

O seu volume non é constante. Pódense comprimir facilmente.

Hai moito espazo baleiro entre as partículas polo que poderán xuntarse máis, reducindo o seu volume.

Ao se quentar dilátanse moito. A enerxía subministrada provoca que as partículas aumenten a súa velocidade.

Na seguinte páxina de internet ten unha boa descrición de como están colocadas e os movementos que teñen as partículas nos sólidos e nos líquidos:

http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/estados/solido.htm

6 - Cambios de estado de agregación e modelo cinético da materiaPodemos tamén usar o modelo cinético para interpretar os cambios de estado sólido → líquido → gas.

6.1. FusiónNos sólidos as partículas vibran continuamente. Ao lles dar calor a temperatura aumenta, e as partículas vibran con máis intensidade. Ao chegar a temperatura de fusión as partículas empezan a separarse unhas das outras rompendo a rede cristalina, converténdose nun líquido. Durante a fusión toda a enerxía da calor úsase para separar as partículas, por iso non sobe a temperatura na fusión.

6.2. Vaporización ou ebulición

Nos líquidos as partículas vibran e se desprazan pero aínda están moi próximas unhas ás outras. Ao aumentar a temperatura móvense máis apresa; cando se alcanza a temperatura de ebulición, as partículas

6 A dilatación é o incremento de volume que experimenta un corpo ao aumentar a súa temperatura.

SólidoComeza a

fusión Líquido

→ →

sepáranse de todo: son un gas.

Líquido Gas

7 - Estrutura da materia: a teoría atómicaNo estudo da materia para explicar diversos fenómenos como a dilatación ou os cambios de estado acudiuse á teoría cinética que consideraba que a materia estaba formada por partículas que podían moverse máis ou menos asiña, dependendo de valores variables como a presión e a temperatura. Porén a adquisición doutras ideas como a distinción entre elemento químico e composto químico, ou substancias puras e mesturas (que veremos na seguinte unidade) fai necesaria unha nova teoría que explique como está constituída a materia.

Milleiros de resultados experimentais avalan a idea de que as partículas que forman os gases, os sólidos e os líquidos, en todo o universo, están formadas por átomos. Pero chegar a esta conclusión levoulle a humanidade séculos.

Aurora boreal: estas luces prodúcense cando as partículas subatómicas procedentes do Sol baten contra as moléculas do aire preto dos polos terrestres.

Imaxe de átomos de ferro nunha superficie formada cun microscopio de efecto túnel. As ondas vermellas representan o movemento de electróns atrapados entre os átomos.

Fotografía dunha cámara de néboa. Un electrón e un positrón acabados de crear móvense nun campo magnético.

Imaxine que collemos unha folla de papel de aluminio e que a rachamos en metades moitas veces. Se tivésemos ferramentas axeitadas, poderiamos dividila e dividila indefinidamente en anacos máis e máis pequenos? Seguirían a ser aluminio eses anaquiños?

Os filósofos da antiga Grecia pensaron moito sobre isto. Así Leucipo (450 a.n.e.) e o seu discípulo Demócrito (470-380 a.n.e.) supuñan que logo de moitas divisións chegaríamos a ter unha partícula tan pequena que non se podería dividir máis veces. Demócrito chamou átomos a estas partículas indivisibles (átomo significa indivisible en grego). Xa que logo, segundo esta primeira teoría atómica os átomos eran as partículas máis pequenas nas que se podía fragmentar a materia.

Pero para outros filósofos, principalmente Aristóteles, a idea de átomos indivisibles resultáballes paradoxal e rexeitárona. Postulaba que todas as substancias estaban formadas por mesturas de catro elementos: aire, terra, auga e lume. O enorme prestixio de Aristóteles fixo que ninguén cuestionase as súas ideas, e os átomos foron esquecidos durante máis de 2.000 anos, ata que os estudos das transformacións químicas efectuados nos séculos XVIII e XIX levaron a retomar o seu concepto.

As leis dos gases e algunhas leis sobre as reaccións químicas levaron ao científico británico John Dalton, a retomar a idea dos átomos de Demócrito. Entre os anos 1808 e 1810 publicou a súa teoría atómica na que recollía ás súas ideas sobre a constitución da materia que poden resumirse nos seguintes postulados:

1. Toda a materia esta formada por partículas extremadamente pequenas, indivisibles e indestrutibles chamadas átomos.

2. Todos os átomos dun elemento químico son idénticos entre si, pero diferentes en forma e peso aos dos doutro elemento químico. Por exemplo, todos os átomos de carbono son iguais, pero diferentes dos átomos de osixeno.

3. Os compostos químicos están formados pola unión de átomos de diferentes elementos, sempre do mesmo tipo e na mesma proporción.

4. É imposible crear ou destruír átomos.

5. Nunha reacción química os átomos non se crean nin desaparecen, só cambian as unións entre eles.

7.1. A estrutura do átomo: Modelos atómicosA pequena “historia” do átomo é un exemplo magnifico de como se traballa en ciencias: idéanse modelos de como cremos que é a realidade, que son válidos se explican feitos coñecidos e prevén outros descoñecidos, e deixan de ser válidos cando novos resultados experimentais non concordan co modelo. Isto é o que ocorreu coa idea do átomo (e probablemente a historia continúe...).

7.1.1. Modelo atómico de John Dalton (1808)

Para Dalton os átomos eran indivisibles e sen estrutura interna.

7.1.2. Modelo atómico de Thomson (1897)

A electrólise, a adquisición de carga eléctrica cando refregamos os corpos, as descargas eléctricas en gases a baixa presión, levaron ao físico J.J. Thomson a propor a existencia de partículas con carga eléctrica negativa, iguais nos átomos de todos os elementos; chamounas electróns. Thomson mediu experimentalmente que a masa dos electróns era moito menor que a masa do átomo.

Pero se a materia é electricamente neutra (sen carga), os átomos tamén deben ser neutros. E como os átomos teñen electróns negativos, como é un átomo entón? Por de pronto xa non é indivisible, como dicía Dalton, xa que do átomo poden saír electróns, moito menores que o átomo enteiro. Xa que logo, ademais dos electróns ten que haber carga eléctrica positiva que compense a negativa e faga neutro o átomo.

O modelo atómico proposto por Thomson di que:

Os átomos están formados por electróns, con carga eléctrica negativa, distribuídos sobre unha esfera homoxénea de materia con carga positiva, de xeito que, globalmente, o átomo é electricamente neutro.

O átomo de Thomson sería análogo a un biscoito con pasas, no que as pasas serían os electróns.

Posteriormente descubriuse que os átomos contiñan dúas partículas subatómicas máis, ademais dos electróns: os protóns e os neutróns.

7.1.3. Modelo atómico de Rutherford (1909)

No ano 1909 dous discípulos de Ernest Rutherford lanzaron partículas alfa positivas (procedentes dunha desintegración radioactiva) contra os átomos de ouro dunha lámina metálica moi fina. A maioría das partículas alfa atravesaron a lámina sen case desviarse, como agardaban, pero para gran sorpresa de Rutherford, unhas poucas rebotaban cara atrás!

Que atopaban no seu camiño? Se os átomos eran como pensaba Thomson, as partículas alfa non podían rebotar (era como se unha bala de canón rebotase contra unha folla de cartón!).

Logo de darlle voltas ao asunto case dous anos, Rutherford concluíu que o átomo está formado por un núcleo (de tamaño cen mil veces menor que o átomo enteiro) onde se concentra toda a carga positiva e case toda a masa. Isto é o que as partículas alfa atopaban no seu camiño: o núcleo, que repele esas partículas e fainas rebotar. O feito de que moi poucas reboten cara atrás é debido ao diminuto tamaño do núcleo. E os electróns móvense arredor do núcleo en orbitas circulares e elípticas, algo así como os planetas arredor do Sol. Rutherford chamou protóns as partículas positivas do núcleo.

Anos máis tarde, Chadwick atoparía que no núcleo tamén hai outras partículas sen carga e cunha masa case igual a do protón: os neutróns.

Resumindo, o modelo que propuxo Rutherford consideraba que:

Os átomos están formados por protóns, neutróns e electróns.

En cada átomo, a cantidade de protóns e electróns é a mesma, de xeito que o átomo é electricamente neutro.

Os protóns e os neutróns atópanse xuntos nun núcleo moi pequeno, e os electróns xiran ao seu redor (como os planetas xiran ao redor do Sol) nun espazo moito maior: a codia electrónica.

En realidade a figura non está a escala; nela o núcleo tería que ser cen mil veces máis pequeno que o átomo, así que no debuxo sería pouco máis que un punto case invisible. Así que o volume do átomo está, practicamente, baleiro.

Na táboa seguinte recóllense os datos de carga e masa das tres partículas que compoñen os átomos.

Partícula Masa (kg) Masa (u) Carga (C) Situación

Protón 1,627 . 10-27 1,00728 +1,6 . 10-19 Núcleo

Neutrón 1,674 . 10-27 1,00867 0 Núcleo

Electrón 9,1 . 10-31 0,00055 -1,6 . 10-19 Codia

7.1.4. Modelo atómico de Bohr (1913)

No modelo atómico de Rutherford, os electróns xiran arredor do núcleo incesantemente en órbitas circulares ou elípticas a calquera distancia do núcleo; todas as órbitas son posibles.

Os coñecementos de física e electricidade na época de Rutherford predicían que unha carga eléctrica como o electrón xirando, tiña que emitir e perder enerxía en forma de ondas electromagnéticas (como as de radio e televisión); pero se o electrón perde enerxía, acaba caendo no núcleo... E tal cousa non ocorre!... A física clásica non sabía como explicar isto.

Bohr postulou un novo modelo de átomo:

Os electróns están colocados arredor do núcleo en capas cada vez máis afastadas del.

Os electróns xiran ao redor do núcleo nuns niveis enerxéticos ben definidos, que só poden albergar un número limitado de electróns.

Na capa máis próxima ao núcleo pode haber como máximo 2 electróns, na segunda capa, máis lonxe, collen como máximo 8 electróns, na terceira 18, na cuarta 32, na quinta 50; é dicir, en cada capa collen como máximo 2n2

electróns, sendo n o número da capa.

Os electróns móvense en órbitas circulares permitidas cunha certa enerxía e radio constante e determinado. Entanto que un electrón está nunha destas orbitas permitidas non gana nin perde enerxía: é estable.

7.1.4.a. Estrutura ou configuración electrónicaA estrutura electrónica é o número de electróns que hai en cada capa. Lembremos que en cada capa collen como máximo 2n2 electróns, sendo n o número da capa.

Vexamos uns exemplos de estruturas electrónicas:

Átomo Nº protóns Nº neutróns Nº electrónsConfiguración electrónica

1ª capa 2ª capa 3ª capa

N714 7 7 7 2 5 ----

Cl1736 17 19 17 2 8 7

Na seguinte páxina web podes repasar os modelos vistos:

http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/atomo/modelos.htm

7.1.5. O modelo atómico actual

O modelo que imos utilizar recolle parte dos sucesivos modelos que estivemos a ver:

O átomo está formado por dúas partes: a codia e o núcleo.

Dalton (1808): átomo indivisible

Thomson (1897): esfera de materia cargada positivamente, na que estaban incrustados os electróns.

Rutherford (1909): os electróns xiran ao redor do núcleo en órbitas circulares.

Bohr (1913): os electróns xiran ao redor do núcleo nuns niveis ben

def inidos, que só poden albergar un número limitado de electróns.

Schröedinger (1926): modelo de nube de electróns. Identif ica os niveis enerxéticos do átomo con modos de vibración.

Resume dos sucesivos modelos atómicos

Os distintos niveis enerxéticos segundo o modelo de Bohr.

A codia ten unha masa moi pequena e nela atópase toda a carga eléctrica negativa.

Na codia atópanse todos os electróns xirando en capas cada vez máis afastadas do núcleo.

Cada capa só pode albergar un número limitado de electróns. Concretamente 2n2 electróns, como máximo, sendo n o número da capa.

O núcleo é moi pequeno e nel atópase toda a carga positiva e case toda a masa do átomo.

No núcleo atópanse os protóns e os neutróns.

Como o átomo é neutro o número de protóns é igual ao de electróns.

8 - Características dos átomos

8.1. Número atómico (Z) e Número másico (A)O número atómico é o número de protóns que ten un núcleo. Represéntase pola letra Z.

Todos os átomos do mesmo elemento químico teñen igual número atómico. Por exemplo, todos os átomos de ferro teñen 26 protóns e todos os de carbono 6 protóns.

O número másico é o número de protóns máis neutróns do núcleo, é dicir, o número total de partículas que hai no núcleo. Represéntase pola letra A. A = N + Z

Aínda que este número non é exactamente igual á masa do átomo, é moi semellante a ela; de aí o seu nome.

Da definición anterior dedúcese que o número de neutróns (N) dun átomo é: N = A – Z.

8.2. Símbolo dos átomos:Para simbolizar un átomo indícase o símbolo do elemento químico, o seu número másico e o seu número atómico.

XZA

Fixese como escribimos o símbolo completo dun átomo que ten sete protóns e oito neutróns:

Símbolo do elementoNúmero atómico

Número másico

N715 é nitróxeno porque nitróxeno son todos os átomos que teñen sete protóns.

O símbolo dános moita información sobre o átomo do que se trate, por exemplo:

Fe2656 é un átomo de ferro (o símbolo do ferro é Fe). Ten 26 protóns (Z = 26), 30 neutróns (N = A –

Z = 56 – 26 = 30) e 26 electróns (nun átomo neutro o número de protóns (carga positiva) ten que ser igual ao número de electróns (carga negativa)).

8.3. IsótoposOs isótopos son aqueles átomos que teñen o mesmo número atómico, pero diferente número másico ou, o que é equivalente, diferente número de neutróns no seu núcleo.

A maioría dos elementos químicos están formados por máis dun isótopo.

Fíxese nos exemplos seguintes:

C612 ; C6

13 ; C614 Son os isótopos do carbono, todos teñen igual o número atómico (6) e

diferente o número másico.

O elemento químico máis sinxelo, o hidróxeno, ten tres isótopos: protio H11 , deuterio H1

2 e

tritio H13 tamén todos teñen igual o número atómico (1) e diferente o número másico.

8.4. IónsA codia electrónica está firmemente suxeita pola atracción eléctrica do núcleo. Porén, ao subministrar enerxía suficiente aos electróns (sobre todos os da última capa), poden “escapar” do átomo. Un átomo do que se extraíron electróns vai ter máis cargas positivas que negativas, polo que vai ter carga eléctrica positiva.

Do mesmo modo, cando un átomo se aproxima a outro este pode “robarlle” electróns, que serán atraídos polo seu núcleo e incorporados á súa codia electrónica. Neste caso o átomo “ladrón” vai ter máis cargas negativas que positivas, e terá carga eléctrica neta negativa.

Un ión é un átomo con carga eléctrica neta.

Estrutura dos isótopos do hidróxeno

Un ión con carga positiva chámase catión. Prodúcense cando un átomo perde electróns.Un ión con carga negativa chámase anión. Prodúcense cando un átomo gaña electróns.

Os ións simbolízanse co símbolo do elemento e un superíndice que indica a carga elétrica neta, é dicir o número de electróns que perderon ou gañaron.

Exemplos:

Fórmula Nome Tipo de ión Prodúcese cando ...

Na+ Ión sodio Catión Un átomo de sodio perde 1 eletrón.

Ca2+ Ión calcio Catión Un átomo de calcio perde 2 electróns

Cl- Ión cloro Anión Un átomo de cloro gaña 1 electrón

O2- Ión osíxeno Anión Un átomo de osíxeno gaña 2 electróns

Nas seguintes páxinas poderás:

Construír átomos e ións: http://www.educaplus.org/play-74-Constructor-de-átomos.htm l Calcular nº atómico, másico, etc...: http://www.educaplus.org/play-85-Partículas-de-los-átomos-e-iones.htmlInterpretar os símbolos dos elementos: http://www.educaplus.org/play-85-Partículas-de-los-átomos-e-iones.html

9 - Sistema periódico dos elementos químicosO sistema periódico dos elementos é unha táboa en que os elementos químicos7 hoxe coñecidos (115) están ordenados en ringleiras (períodos) e columnas (grupos), de menor a maior número atómico, de xeito que na mesma columna están elementos con propiedades químicas semellantes. Algunhas destas propiedades varían de xeito repetitivo, e de aí o nome de “periódica”.

Cada recadro corresponde a un elemento químico. Nel consta o seu símbolo, o nome do elemento, o número atómico e a masa atómica8 en uma (1 u = 1,66.10-24 gramos).

9.1. Propiedades periódicas:Tamaño: Diminúe ao desprazarmos de esquerda á dereita nun período. Nos grupos vai aumentando a medida que nos desprazamos cara a abaixo.

Carácter metálico: diminúe a medida que nos desprazamos cara á dereita nun período, polo que o dos primeiros grupos é moito maior có dos últimos. Aumenta a medida que nos desprazamos cara abaixo nun grupo.

9.2. Os elementos químicos da táboa periódicaOs elementos químicos agrúpanse en:

Sete períodos ou ringleiras horizontais, numeradas do 1 ao 7.

Dezaoito grupos ou columnas verticais, que se diferencian cun dos dous criterios seguintes:

Un antigo mediante un número romano e as letras A e B que se colocan detrás do número do

7 Un elemento químico é unha substancia que está formada por átomos iguais. Inclúense os isótopos xa que ao dicir “iguais” queremos dicir de igual número atómico (Z).

8 A masa atómica dun elemento é a media ponderada das masas dos isótopos naturais de dito elemento. Como a masa dos átomos é moi pequena utilízase, por convenio, como unidade de masa atómica (uma ou u) a doceava parte da masa dun átomo de Carbono – 12.

grupo en cuestión.O actual mediante un número cardinal do 1 ao 18.

Porén, adóitase facer a división dos elementos químicos en dúas grandes clases:

Elementos representativos: pertencen aos grupos da antiga serie A. Na actual son os grupos 1, 2, 13, 14, 15, 16, 17 e 18. Caracterízanse por ter un nome específico. Así:

O grupo 1 (Li, Na, K... ) son os elementos alcalinos (agás o hidroxeno).O grupo 2 (Be, Mg, Ca... ) son os alcalinotérreos.O grupo 13 (B, Al, Ga ...) son os térreosO grupo 14 (C, Si, Ge, ...) son os carbonoides

O grupo 15 (N, P, As ... ) son os nitroxenoidesO grupo 16 (O, S, Se, ...) son os anfíxenos.O grupo 17 (F, Cl, Br, ...) son os halóxenos.O grupo 18 (He, Ne, Ar, ....) son os gases nobres ou gases inertes.

Elementos ou metais de transición: pertencen á antiga serie B, na actual correspóndense cos grupos do 3 ata o 12. Tamén se inclúen aquí os elementos de transición interna : os lantánidos e os actínidos, formados por dous períodos que figuran en zona a parte e que, en conxunto, son chamados “terras raras”.

Unha tendencia alternativa é dividir os elementos da táboa en: metais, non metais e metaloides ou semimetais.

Os metais. Os de maior carácter metálico están na parte esquerda da táboa periódica (grupos 1 e 2). Adoitan perder electróns e formar catións (ións positivos).

Practicamente a maioría dos elementos da táboa son metais.

Os non metais están na dereita, separados por unha liña quebrada. Adoitan gañar electróns e formar anións (ións negativos).

Son: H, C, N, O, F, P, S, Cl, Br, I e os gases nobres.

Os semimetais presentan propiedades intermedias entre os metais e os non metais. Comprenden fundamentalmente os grupos 3 ao 12.

Son, principalmente: B, Si, As, Sb, Te e At.

Nas seguintes páxinas web atoparás táboas periódicas interactivas que te permitirán coñecer todo o que sempre quixeches saber sobre os elementos químicos:

http://www.quimicaweb.net/tablaperiodica/paginas/tp.htmhttp://profmokeur.ca/quimica/quimica.htm (con fotos do elemento e a súa estrutura tridimensional)

ÁMBITO CIENTÍFICO – TECNOLÓXICO U.D. 2 TEORÍA CINÉTICA E ATÓMICA DA MATERIA

23

ÁMBITO CIENTÍFICO – TECNOLÓXICO U.D. 2 TEORÍA CINÉTICA E ATÓMICA DA MATERIA

10 - Enlace químicoCase todos os átomos teñen tendencia a unirse a outros átomos formando moléculas ou redes cristalinas (partículas ordenadas xeometricamente, formando filas e planos):

A unión entre dous átomos chámase “enlace químico”.

Por que se enlazan os átomos? Porque xuntos teñen menor enerxía que separados, son máis estables; de feito os átomos tenden a colocarse de forma que teñan a menor enerxía posible.

Dado que os átomos se poden unir para formar especies químicas máis estables como se establece a unión entre átomos?

Os átomos únense mediante os electróns máis externos da codia atómica para acadar unha maior estabilidade.

Os átomos dos gases nobres (He, Ne, Ar... ) non se enlazan con outros átomos: son gases monoatómicos. Xa que logo, eses átomos xa son estables e non precisan enlazarse con outros para diminuíren a súa enerxía. Que teñen de especial estes átomos? Pois que teñen oito electróns na derradeira capa.

Os químicos pensaron que os demais átomos deberían ter tamén tendencia a ter oito electróns na ultima capa (regra do octeto), e iso poden conseguilo enlazándose con outros átomos: gañando, perdendo ou compartindo algúns electróns.

Polo tanto:

A unión entre átomos ten lugar a través dos electróns máis externos da codia para acadar a estrutura electrónica dun gas nobre, é dicir, para ter 8 electróns na súa capa máis externa.

24

Esquemas das configuracións electrónicas dalgúns gases nobres segundo o modelo atómico de Bohr

Rede cristalina metálica Rede cristalina

iónica

Molécula de auga Molécula de osíxeno

ÁMBITO CIENTÍFICO – TECNOLÓXICO U.D. 2 TEORÍA CINÉTICA E ATÓMICA DA MATERIA

Os átomos poden unirse entre si de tres formas que dan lugar a tres tipos de enlace diferentes: enlace iónico, enlace covalente e enlace metálico.

10.1. Modelo de enlace iónicoOs átomos dos metais teñen tendencia a ceder electróns (formando catións), e os dos non metais a capturalos (formando anións). E isto é o que ocorre cando se enlazan átomos dos metais con átomos dos non metais.

Vemos isto cun exemplo, a formación do cloruro de sodio NaCl.

O átomo de sodio (metal, Na) ten a configuración electrónica 2 - 8 - 1, e o de cloro (non metal, Cl) ten 2 - 8 - 7. Se pomos no mesmo recipiente sodio metálico e gas cloro, cada átomo de sodio cédelle un electrón a cada átomo de cloro, formándose ións positivos (Na+) e negativos (Cl- ):

O átomo de sodio Na perdeu un electrón, transfórmase no catión Na+, mentres que o átomo de cloro gaña un electrón e convértese no anión Cl-. E como as cargas eléctricas de signos opostos se atraen, os ións quedan enlazados.

Na práctica únense así millóns e millóns de catións e anións formando unha rede cristalina tridimensional na que un ión positivo (Na+) está rodeado de seis negativos (Cl-), e cada ión negativo está rodeado de seis positivos; fixese nas figuras seguintes:

25

Antes do enlace Despois do enlace

ÁMBITO CIENTÍFICO – TECNOLÓXICO U.D. 2 TEORÍA CINÉTICA E ATÓMICA DA MATERIA

Separamos os ións para vermos mellor como están enlazados

Como un átomo de sodio cede un electrón a un átomo de cloro, na rede hai igual número de Na que de Cl: a formula do composto é NaCl, que quere dicir que hai a mesma proporción de átomos de Na que de Cl (por cada átomo de cloro hai un de sodio).

A estrutura cristalina ("ben ordenada") reflíctese na forma xeométrica externa dos minerais, que teñen caras planas e arestas ben definidas: estes minerais denomínanse cristais.

10.1.1. Propiedades dos compostos iónicos

Están formados polos elementos químicos dos grupos máis afastados entre si na táboa periódica (grupos 1 e 2 con grupos 6 e 7).

Non conducen a electricidade en estado sólido. É debido a que os ións están fixos na rede (só poden vibrar), non poden desprazarse e polo tanto non poden transportar a corrente eléctrica.

Conducen a electricidade disoltos ou fundidos. Cando se disolve ou se funde a rede cristalina desfaise e os ións xa poden moverse dun lado a outro e xa poden transportar a corrente eléctrica.

Son fráxiles. Un golpe fai vibrar a rede; se unha capa dos ións se despraza e quedan enfrontados os de igual signo, repélense e a rede cristalina fractúrase.

Teñen temperaturas de fusión e ebulición elevadas. As forzas eléctricas de atracción entre os ións son moi intensas, separalos precisa aportar moita enerxía. Por iso estas substancias iónicas son todas sólidas a temperatura ambiental. Así, o cloruro de sodio (NaCl) funde a 801 ºC; o óxido de calcio(CaO) a 2.570 ºC.

Solubilidade. Disólvense ben (non sempre) en auga e pouco ou nada en disolventes orgánicos (augarrás, gasolina, éter, tolueno... ). Así, de cloruro de sodio, o sal común, podemos disolver 359 g nun litro de auga, pouco en alcohol e practicamente nada en disolventes orgánicos.

26

Cristal de halita, NaCl

Na+

Cl-

ÁMBITO CIENTÍFICO – TECNOLÓXICO U.D. 2 TEORÍA CINÉTICA E ATÓMICA DA MATERIA

10.2. Modelo de enlace covalente

O enlace covalente establécese cando os átomos que se unen comparten electróns.

Cando dous átomos de flúor (F) se achegan, quedan enlazados formando a molécula F2. Cada átomo de flúor ten sete electróns na súa derradeira capa e os dous átomos queren capturar un electrón para completar o seu octeto. Como ningún deles vai ceder un electrón ao outro átomo, a única solución para ambos e compartir un electrón cada un:

Así, arredor de cada átomo de F móvense oito electróns (seis do átomo e dous compartidos), cumprindo a regra do octeto. Dous electróns compartidos constitúen un “enlace covalente”; representámolo cun guión entre os dous átomos: F - F. Os elementos dos non metais únense entre eles con este tipo de enlace, o enlace covalente.

Os electróns que comparte cada átomo son xusto os que lle faltan para completar o seu octeto.

O osíxeno ten seis electróns na derradeira capa; por iso comparte dous electróns:

Dous pares de electróns compartidos son dous enlaces covalentes, así que os átomos de osíxeno están unidos por un enlace covalente dobre; cantos máis enlaces covalentes hai entre dous átomos, máis traballo costa separalos.

Cantos enlaces se formarán entre dous átomos de nitróxeno? Cada N ten cinco electróns na derradeira capa, xa que logo, fórmanse tres enlaces covalentes entre os dous átomos de nitróxeno:

27

ÁMBITO CIENTÍFICO – TECNOLÓXICO U.D. 2 TEORÍA CINÉTICA E ATÓMICA DA MATERIA

10.2.1. Diagramas de Lewis do enlace covalente

Nestes diagramas os electróns da última capa represéntanse como puntos.

Os electróns compartidos debúxanse entre os dous átomos enlazados. Os diagramas de Lewis das moléculas anteriores son:

Outros diagramas de Lewis:

Molécula de auga Molécula de amoníaco Molécula de metano

28

O átomo de hidróxeno ten 1 electrón na última capa O átomo de osíxeno ten 6 electróns na última capa

Molécula de metano

ÁMBITO CIENTÍFICO – TECNOLÓXICO U.D. 2 TEORÍA CINÉTICA E ATÓMICA DA MATERIA

Hai moitas sustancias covalentes:

Sustancias moleculares: O2, N2, H2O, ....Sustancias atómicas: a unión mediante enlace covalente non sempre produce moléculas, ás veces fórmanse redes cristalinas e entón fálase de redes atómicas. Exemplo: diamante, grafito, ...A maioría das moléculas orgánicas fórmanse pola unión de moléculas máis sinxelas mediante enlaces covalentes.

10.2.2. Propiedades das substancias covalentes moleculares

Teñen temperaturas de fusion e ebulicion baixas, adoitan ser gases ou líquidos a temperatura ambiente. Isto é debido a que as forzas de atraccion entre os átomos son fortes, pero entre moléculas son débiles, así que costa pouco traballo separalas.

Non conducen ben a electricidade, mesmo cando están disoltas pois non teñen ións libres.

Solubilidade. Son pouco solubles en xeral en auga, e bastante solubles en disolventes orgánicos.

Cambian de estado facilmente. Aportando pouca enerxía pode vencerse a forza de atracción entre as moléculas.

10.2.3. Propiedades das redes cristalinas covalentes

Algúns elementos dos non metais como o carbono (C) e o silicio (Si) poden formar cadeas de enlaces covalentes con millóns de átomos enlazados, formando un sólido cristalino covalente.

Estes sólidos son en xeral moi duros (difíciles de raiar), con temperaturas de fusión elevadas. Exemplos notables son os cuarzos, o diamante e o grafito.

Estas dúas figuras representan a rede cristalina do diamante, formada exclusivamente por átomos de carbono (C).

Esta é a rede covalente do cuarzo-alfa, formada por átomos de silicio e osíxeno. Os átomos vermellos representan os osíxenos.

29

ÁMBITO CIENTÍFICO – TECNOLÓXICO U.D. 2 TEORÍA CINÉTICA E ATÓMICA DA MATERIA

Rede covalente do grafito, formada por átomos de carbono unidos en hexágonos. Nas figuras tes dúas vistas diferentes da rede cristalina.

Son sólidos, densos, duros, insolubles e con elevados puntos de fusión (por riba dos 1400 ºC). Isto é debido a que os enlaces covalentes son moi fortes e fan que o cristal atómico resulte moi compacto e difícil de destruír.

Non conducen a corrente eléctrica.

10.2.4. Macromoléculas

Aínda que moitas moléculas covalentes teñen poucos átomos, outras teñen moitos: son as macromoléculas (macro = grande). Os plásticos son un exemplo, as súas moléculas son “polímeros” formados pola unión de moitas moléculas máis sinxelas, os “monómeros”.

Algunhas das moléculas máis importantes nos seres vivos tamén son macromoléculas: proteínas, ADN, etc.

10.3. Modelo de enlace metálico

Os átomos dos metais únense entre si mediante o enlace metálico. Xa vimos que os átomos dos metais teñen tendencia a ceder electróns para completaren o seu octeto. No enlace metálico os átomos despréndense dun electrón ou máis, formando unha rede cristalina metálica na que todos os ións son positivos (catións), e os electróns cedidos polos átomos móvense ao redor de todos os catións da rede tridimensional, como se fose unha "nube" de electróns negativos; esta nube negativa mantén unidos aos catións e polo tanto ao metal.

30

Na figura, as bólas grandes son os catións do metal, e os puntos móbiles entre elas son os electróns.

ÁMBITO CIENTÍFICO – TECNOLÓXICO U.D. 2 TEORÍA CINÉTICA E ATÓMICA DA MATERIA

O enlace metálico ten características do iónico e do covalente: parécese ao enlace iónico en que forma redes cristalinas iónicas (pero só con catións), e ao enlace covalente en que os átomos metálicos comparten electróns.

10.3.1. Propiedades dos metais

Poden ser elementos puros ou mesturas de varios metais (aliaxes).

Son sólidos a temperatura ambiente, aínda que uns poucos son líquidos, como o mercurio (Hg).

Teñen elevados puntos de fusión.

Son bos condutores da calor e da electricidade tanto en estado sólido como fundidos, debido a doada mobilidade dos electróns pola rede metálica.

Solubilidade. Disólvense ben con outros metais cando están fundidos. Non se disolven en ningún outro disolvente.

Son maleables e dúctiles. A rede cristalina metálica pode deformarse e facer láminas (maleabilidade) ou fíos (ductilidade), e non son fráxiles. Isto é debido á fluidez da nube electrónica que lle permite adaptarse a calquera deformación do metal.

Para repasar o enlace químico, visita a páxina web:

http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/enlaces/enlaces1.htm

E os videos:

http://www.youtube.com/watch?v=_BslF3FVYEk (sobre o enlace iónico) http://www.youtube.com/watch?v=aJH93Ee0-pI&feature=related (sobre o enlace covalente)

Na seguinte páxina web podes atopar diferentes exercicios interactivos que te axudarán a fixar conceptos:

http://www.educaplus.org/

31

Representación tridim ensional da rede metálica do cobre