ud2. teoría atómico-molecular de la...

UD2. Teoría atómico-molecular de la materia

1. El modelo cinético de los gases2. Modelo atómico-molecular de la materia

2.1. Principios del modelo2.2. Sólidos, líquidos y gases2.3. Elementos y compuestos2.4. Símbolos y fórmulas

3. Átomos, moléculas y estructuras gigantes3.1. Estructura del átomo3.2. Número atómico y número másico3.3. Moléculas3.4. Tabla periódica de elementos3.5. Formulación y nomenclatura3.6. Sustancias importantes en la vida diaria

4. Reacciones químicas4.1. Cambios físicos y cambios químicos4.2. Teoría de colisiones4.3. Ley de conservación de la masa4.4. Ecuaciones químicas4.5. Ajuste de reacciones


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1. El modelo cinético de los gases

¿Cuál es la razón de que un ventilador haga que te sientas más fresco en un día caluroso?

Contesta

Cuando la luz del sol pasa a través de las rendijas de unapersiana, se ve una gran cantidad de partículas muypequeñas que parece que flotan en el aire. ¿Te has fijadoalguna vez en este fenómeno? ¿Cómo se puede explicarque las partículas suspendidas en el aire no caigan?

La explicación que se acepta hoy en día es que la materia. Las que vemos tras laestá formada por partículas

persiana son partículas grandes pero alrededor haypartículas pequeñas que no vemos. Éstas se muevendesordenadamente y al con la grande hacen que sechocarmueva. De esta forma, las partículas de aire (pequeñas) sonlas que hacen que se muevan las otras partículas queparecen estar suspendidas en el aire.

En 1905 Einstein aplicó la teoría cinética al de una partícula pequeñamovimiento brownianoinmersa en un fluido. Sus postulados ecuaciones fueron confirmados por los experimentosposteriores convenciendo a la comunidad científica de la realidad de los átomos. La teoría cinéticade los gases utiliza una descripción molecular para explicar el comportamiento macroscópico de lamateria:

Puedes ver el efecto (movimiento browniano) en esta animación: (Pincha en la imagen)

Principios del modelo cinético:

Los gases están formados por partículas en constante movimiento en línea recta yal azar.Este movimiento cambia cuando las partículas chocan entre sí o con las paredesdel recipiente. Normalmente las partículas de los gases están chocandoconstantemente.Entre las partículas de un gas no existen fuerzas atractivas ni repulsivasEntre las partículas hay espacio vacío, sin masa.Las partículas están muy separadas, lo que justifica una propiedad de los gases, sufácil compresibilidad (cambio de volumen al ejercer presión). Por eso el volumen delas partículas se considera despreciable comparado con el volumen del gasEl movimiento de las partículas depende de la temperatura, de forma que alaumentar la temperatura se mueven más deprisa.Las partículas del gas se expanden rápidamente ocupando todo el recipiente.


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2. Modelo atómico-molecular de la materia

La Teoría Atómico Molecular actual, nos sirve de modelo para interpretar los fenómenosmicroscópicos de la materia. De acuerdo con la teoría toda la materia está formada por

, entre las que no hay nada, sólo espacio vacío. Pero, ¿cómopartículas en continuo movimientouna misma sustancia puede presentar aspectos tan distintos como cuando se encuentra en estadosólido, líquido o gaseoso?

Si las partículas son iguales la única explicación es que en cada estado las partículas se disponende manera diferente:

Las partículas de los sólidos se encuentran muy próximas y las fuerzas de atracción entreellas son muy fuertes.

Las partículas de los líquidos se encuentran próximas y las fuerzas de atracción entre ellasson fuertes .

Las partículas de los gases se encuentran muy separadas entre sí y las fuerzas de atracciónentre ellas son muy débiles casi nulas.


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2.1. Principios del modelo

fijas.posicionesenordenadasestánpartículaslas

elenYlibre.movimientocondistantesestánpartículas

laselEnlibre.movimientoconpróximas

estánpartículassusporquecaracterizaseEl

estado sólidoestado gaseosoestado líquido

Completa

Hasta comienzos del siglo XIX, y no estaba la teoría atómica era principalmente filosóficafundada en la experimentación científica. Las primeras teorías conocidas se desarrollaron en laAntigua India en el siglo VI a. C. por filósofos hindúes y budistas. El primer filósofo que formulóideas sobre el átomo de una manera sistemática fue .Kanada

El físico y químico británico propuso a principios del siglo XIX los fundamentos de laJohn Daltonteoría atómica, aportando así las bases para el rápido desarrollo de la química moderna. Propusoen 1808 que las partículas que forman las sustancias eran divisibles porque estaban formadas porotras partículas todavía más pequeñas llamadas átomos. Fue el origen de la teoríaatómico-molecular.

Las ideas básicas de la , actualmente, son: teoría atómico-molecular

La materia está formada por pequeñas partículas en constante movimiento quepueden ser átomos, moléculas o iones, con espacios entre ellas.Los átomos de un mismo elemento (por ejemplo, de oxígeno) son todos idénticos yposeen las mismas propiedades.Las moléculas se forman mediante la unión de átomos en unas proporcionesconstantes (por ejemplo agua, 2 átomos de hidrógeno y 1 átomo de oxígeno).En la unión de los átomos para formar moléculas influyen los fenómenos eléctricos.Las partículas de una sustancia pura (normalmente moléculas) son todas ellasiguales entre sí y diferentes a las de otra sustancia.Las moléculas de un elemento o sustancia pura simple se forman con átomosidénticos del mismo elemento.Las moléculas de un compuesto o sustancia pura compuesta están formadas porátomos de dos, o más, elementos diferentes.En los gases, las partículas están separadas por distancias muy grandes encomparación con su tamaño; en los líquidos las distancias son más cortas y, en lossólidos, son tan pequeñas que solamente se producen pequeños movimientos(vibratorios).Las fuerzas entre las partículas son prácticamente nulas en los gases, pequeñas yvariables en los líquidos y grandes e intensas en los sólidos.


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2.3. Elementos y compuestos

2.2. Sólidos, líquidos y gases

Según el modelo atómico-molecular: Toda la materia, gases, líquidos y sólidos, está constituida por entidades denominadas . Seleccione un valor gases sólidos vibrando libremente partículas vacío

Las partículas tienen masa pero son demasiado pequeñas para poder ser observadas.Entre las partículas no hay nada, sólo . Seleccione un valor gases sólidos vibrando libremente partículas vacío

La distancia entre las partículas es mucho mayor en el caso de los que en el de los líquidos y Seleccione un valor gases sólidos vibrando libremente partículas vacío

los . Seleccione un valor gases sólidos vibrando libremente partículas vacío

Las partículas están en continuo movimiento. En los gases se mueven en todas direcciones, en los líquidos se mueven libremente Seleccione un valor gases sólidos vibrando libremente partículas vacío

desplazándose unas respecto a otras, pero no pueden separarse, mientras que en los sólidostambién se mueven, pero sólo en torno a posiciones fijas. Seleccione un valor gases sólidos vibrando libremente partículas vacío

Completa el texto

De acuerdo con la teoría atómico-molecular toda la materia está formada por partículas en, entre las que no hay nada, sólo espacio vacío. Pero, ¿cómo una mismacontinuo movimiento

sustancia puede presentar aspectos tan distintos como cuando se encuentra en estado sólido,líquido o gaseoso?

Si las partículas son iguales la única explicación en que en cada estado las partículas se disponende manera diferente:

Las partículas de los sólidos se encuentran muy próximas, y las fuerzas de atracciónentre ellas son muy intensas. Su único movimiento es el de vibración.Las partículas de los líquidos vibran y forman conglomerados que se desplazan unosrespecto a otros.Las partículas de los gases se encuentran muy separadas entre sí, y se mueven a grandesvelocidades, prácticamente libres de fuerzas de atracción.

Entra en las tres simulaciones siguientes correspondientes a cada uno de los dos estados. Fíjateen que en el las partículas apenas se mueven, oscilando ligeramente, y en que estado sólidoestán muy cerca entre sí formando una estructura muy ordenada.

Sin embargo, en el las partículas se mueven más, desplazándose por el recipiente,estado líquidoy están menos ordenadas. En ambos casos se aprecia que al aumentar la temperatura seincrementa el movimiento de las partículas, aunque mucho menos que en los gases.

En el las partículas se mueven de forma desordenada, con choques entre ellas yestado gaseosocon las paredes del recipiente que los contiene. Esto explica las propiedades de expansibilidad ycompresibilidad que presentan los gases.

En las simulaciones anteriores hemos visto las características fundamentales de la situación de laspartículas en los tres estados físicos, y se resumen en la siguiente tabla.

Sólido Líquido Gas

Partículas ordenadas Partículas desordenadas Partículas desordenadas

Cercanas entre sí Cercanas entre sí Muy lejanas entre sí

Velocidad casi nula Velocidad pequeña Velocidad muy grande

Atracción fuerte Atracción media No se atraen


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Según las partículas están formadas por átomos, que son las unidades de materia másDaltonpequeña que existe. Se conocen actualmente , aunque son los primeros118 átomos diferentes93 los más conocidos ya que se encuentran en la naturaleza y el resto son sintéticos. Estos 93átomos al combinarse entre sí en proporciones diferentes forman sustancias distintas.

Representación de unapartícula (molécula) deagua(Autor: Traleo, licenciaCreative Commons)

Por ejemplo, la partícula de agua está formada por dos tipos deátomos, de hidrógeno y de oxígeno. Pero no en cualquierproporción; en cada partícula de agua hay dos átomos dehidrógeno y uno de oxígeno. El agua es un compuesto químico

porque está formada por distintos tipos(o sustancia compuesta)de átomos.

La partícula de agua está formada por tres átomos, dos de hidrógeno y uno de oxígeno.Por eso decimos que el agua es un compuesto (o sustancia compuesta) querepresentamos por la fórmula química H O.2


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2.4. Símbolos y fórmulas

Depende de las condiciones

De 92

De 118

Ilimitado

El número de tipos de átomos que conocemos es:

Elige la correcta

Otra sustancia importante para la vida es el oxígeno de laatmósfera. La partícula de oxígeno está formada por dos átomospero, a diferencia del agua, los dos átomos son del mismo tipo,los dos son de oxígeno. El oxígeno atmosférico es un

porque está formadoelemento químico (o sustancia simple)por átomos iguales. Representación de una

partícula (molécula) deoxígeno atmosférico(Cedida por el autor;

dominio público)

La partícula de oxígeno está formada por dos átomos, los dos iguales de oxígeno. Por esodecimos que el oxígeno es un elemento (o sustancia simple) que representamos por lafórmula química O .2

El esquema de la clasificación de la materia puede quedar así:


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La fórmula del hidrógeno gaseoso será:

Elige la correcta

Pt

Au

Ag

Hg

El símbolo del elemento plata es:

Elige la correcta

Hemos visto que ...

Un elemento químico es toda sustancia cuya partícula característica tiene todos losátomos iguales entre sí. Se representa con un símbolo químico. Por ejemplo Fe.

En las partículas de los elementos unas veces hay un solo átomo, como en el helio, o los átomosse agrupan de dos en dos como en el nitrógeno o de ocho en ocho como en el azufre. Además esmuy habitual que en los juegos de mesa, o en los crucigramas, se pregunte el nombre o el símbolode algún elemento. Y está bien saber y responder a esas preguntas de cultura general.

En la representación actual cada elemento tieneun nombre y se .representa con un símbolo

Verás que el símbolo de un elemento tiene una odos letras (la primera siempre mayúscula, lasegunda minúscula).

Normalmente son las iniciales de su nombre enespañol ( , carbono; , cloro, C Cl , litioLi ) o en latín ( , azufre -de S sulphur- , , plata -de Ag argentum-).Símbolos primitivos de elementos

Un compuesto químico es toda sustancia cuya partícula característica tiene átomosdiferentes entre sí. Se representa con una fórmula química. Por ejemplo H O.2

En los compuestos necesariamente hay átomos diferentes (en el amoniaco, de nitrógeno ehidrógeno; en el ácido clorhídrico, de hidrógeno y de cloro). Además sabemos que cada partículade amoniaco tiene cuatro átomos, uno de nitrógeno y tres de hidrógeno, por lo que la fórmula pararepresentar el amoniaco será . Y que cada partícula de ácido clorhídrico tiene dos átomos,NH3uno de hidrógeno y otro de cloro, por eso su fórmula será .HCl

Representación de una partículade amoniaco (NH )3

Representación de una partículade ácido clorhídico (HCl)


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H2

NH3

H2O

O2


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3.1. Estructura del átomo

3. Átomos, moléculas y estructuras gigantes

Las partículas que forman las sustancias pueden ser átomos libres, moléculas, o estructurasgigantes.

Átomos libres. Los átomos pueden permanecer libres, sin unirse entre ellos. Se considera quecada átomo es una partícula independiente. Solamente se da esta circunstancia en los gasesnobles como helio, neón y argón, utilizados en iluminación.

Moléculas. Se trata de agrupaciones de átomos unidos entre sí. Podemos encontrar moléculas dedos átomos o de millones, pero siempre distribuidos de la misma forma para cada sustancia. Haymoléculas de átomos iguales como las de oxígeno (O ), pero la mayoría son de átomos distintos,2como en el agua (H O) o en la glucosa (C H O ).2 6 12 6

Estructuras gigantes. Son agrupaciones de átomos que casi no tienen límite. Son estructurasmuy ordenadas, cristalinas. La unión entre los átomos se repite y se repite y cuantos más átomosmayor es la estructura. Los átomos pueden ser iguales, como en el diamante (C) o en los metales.Y pueden ser diferentes como sucede en la sal común (NaCl) o en la sílice (SiO ). Cuando hay2átomos diferentes, su proporción es fija en cada sustancia. En un mineral de sílice, siempre habráel doble de átomos de oxígeno que de silicio.


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Las partículas del átomo o subatómicas son tres: electrón, protón y neutrón. De lassiguientes afirmaciones sobre ellas, cinco son correctas. Selecciónalas.

Elige las correctas

En 1911, propuso una visión revolucionaria del átomo. Sugirió que el átomo consistíaRutherfordde un pequeño y denso núcleo de partículas cargadas positivamente en el centro (o núcleo) delátomo, rodeado de un remolino de . El átomo de Rutherford se parecía a un pequeñoelectronessistema solar con el núcleo (el sol) y con los electrones (los planetas) girando alrededor del núcleo.

Las partículas cargadas positivamente en el núcleo delátomo fueron denominadas . Los protones sonprotonesmucho más grandes y pesados que los electrones.

En 1932, James Chadwick descubrió un tercer tipo departícula atómica a la que llamó el . Como elneutrónnúcleo es una masa muy compacta, los protonescargados positivamente tienden a rechazarse entre ellos.Los neutrones ayudan a estabilizar los protones en elnúcleo del átomo. Los neutrones siempre residen en elnúcleo de los átomos y son aproximadamente del mismotamaño que los protones. Sin embargo, los neutrones notienen carga eléctrica, son eléctricamente neutros.

Los átomos son eléctricamente neutros porque el número de protones (cargas +) es igual al número de

. De esta manera se neutralizan.electrones (cargas -)En átomos grandes, el número de protones aumenta, ytambién aumenta el número de electrones en el estadoneutro del átomo.

Resumiendo la estructura básica del átomo:

Cada átomo está formado por un núcleo pequeño y denso con protones (carga +) yneutrones (sin carga.La corteza del átomo está formada por electrones (carga -) girando alrededor del núcleo.Casi toda la masa está en el núcleo entre los protones y los neutrones.Un átomo es eléctricamente neutro por lo que debe tener las mismas cargas positivas quenegativas.Por eso en cualquier átomo el número de protones será igual al número de electrones.

Representación de un átomo de litio: 3protones, 4 neutrones, 3 electrones


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3.2. Número atómico y número másico

La clasificación de los distintos tipos de átomos se realiza en función del número de protones quehay en su núcleo; a este número se le conoce como y se representa con la letra número atómico

Como el átomo es neutro, el número atómico también nos indica el número de electrones delZ.átomo.

Todos los átomos con el mismo número atómico pertenecen a un mismo , y como sabeselementotienen un que consiste en una o dos letras derivadas del nombre latino del mismo.símbolo

Pincha en la imagen para ver las animaciones de dos átomos.El primero de Hidrógeno, el segundo de Helio.

Ahora bien, no todos los átomos de un mismo elemento son iguales, ya que puede variar elnúmero de neutrones que tienen. Para distinguirlos se introduce el , que senúmero másicorepresenta con la letra e indica la masa del átomo. El número másico es igual al número de Aprotones ( ) más el de neutrones ( ), es decir, al número total de partículas del núcleo del átomo.Z N

La partícula más pequeña es elneutrón

La partícula responsable de lacorriente eléctrica es el protón

Las partículas que mantienenunidos a los núcleos son losneutrones

El protón tiene la misma masaque el electrón

El electrón tiene carga negativa

El neutrón es tan pesado como elprotón

El electrón no forma parte delnúcleo atómico

El protón no tiene carga

El electrón gira alrededor delnúcleo

La primera partícula que sedescubrió fue el protón


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3.3. Moléculas

La molécula es la menor porción de una sustancia que puede existir en estado libre y.conservar las propiedades de dicha sustancia Por ejemplo, la menor porción de agua que

puede existir en estado libre y conservar las propiedades del agua es la formada por 1 átomo deoxígeno y 2 de hidrógeno.

La molécula es una estructura formada a partir de la unión de dos o más átomos. Una molécula esun grupo formado por un número concreto de átomos, mínimo dos, máximo miles de átomos. Porejemplo, la está formada por un átomo de oxígeno unido a dos de hidrógeno (Hmolécula de agua 2O), mientras que en la de hay un átomo de nitrógeno y tres de hidrógeno (NH ). Hayamoniaco 3moléculas en la que los átomos son iguales, como en la de (O ), formada por dos átomosoxígeno 2

A temperatura ambiente hay moléculas sólidas (cloruro de sodio o salde oxígeno unidos entre sí. común), líquidas (agua) y gaseosas (dióxido de carbono).

La materia está formada por partes muy pequeñas llamadas átomos. Los átomos se reúnenpara constituir moléculas. A su vez, las moléculas iguales se unen para formar sustanciaspuras. Moléculas distintas formarán mezclas de sustancias.

Número atómico (Z) es el número de protones de un átomo.Número másico (A) es la suma del número de protones (Z) y el número de neutrones (N)de un átomo. A = Z + N. Todos los átomos de un mismo elemento químico (tabla periódica) tienen el mismonúmero atómico pero pueden tener distinto número másico, al tener distinto numero deneutrones.

Los isótopos se nombran con el nombre del elemento seguido de su número másico (A),separados habitualmente por un guión. Ejemplos: carbono-14, uranio-238.En forma simbólica, el número másico se añade como superíndice a la izquierda del símboloquímico. Ejemplo: H (hidrógeno-3); isótopo del hidrógeno (conocido como tritio) con 1 protón3

(Z=1), 2 neutrones (N=2); por tanto número másico A = 1 + 2 = 3.La forma completa de representar un átomo de cualquier elemento es:

X : Símbolo del elementoA : Número másico; A = protones + neutrones; A = Z + NZ : Número atómico: Z = protones

RealizaConstruye los 5 átomos que te propongan en la web. Observa cada átomo construido (connúmeros atómico y másico) y su composición de protones, electrones y neutrones correcta.Observa tu puntuación sobre el máximo de 100 puntos.


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3.4. Tabla periódica de elementos

El agua, el suelo y el aire no tienen vida. Pertenecen al mundo mineral o inorgánico. La materia queforma el agua, suelo y aire se llama materia inorgánica. Y la materia inorgánica está formada por

. Estas comprenden muchos compuestos químicos que, en general, semoléculas inorgánicasencuentran en la naturaleza como .minerales

Moléculas inorgánicas Moléculas orgánicas

Las plantas, los humanos, los animales, entre otros, pertenecen al mundo de los seres vivos. Lamateria que los forma se llama materia orgánica. Y la materia orgánica está formada por moléculas

con una característica especial; todas tienen . Algunasorgánicas átomos de carbono e hidrógenomoléculas orgánicas también tienen átomos de oxígeno y nitrógeno.

RealizaConstruye las 10 moléculas que te propone el ejercicio desde la más simple, el oxígeno, hasta lamás compleja, la glucosa, a partir de su composición atómica.


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Completa

Los 118 elementos químicos conocidos están organizados por la comunidad científica en la tabla La tabla clasifica, organiza y distribuye los distintos elementosperiódica de los elementos.

químicos, conforme a sus propiedades y características. La organización de los elementos en latabla periódica obedece a unos criterios controlados por la comunidad química:

Los elementos están .ordenados del 1 (Hidrógeno) a 118 (Unonoctio)El criterio de ordenación es por su número atómico. El nº de cada elemento coincide con su número

. Por ejemplo, el oxígeno es el nº 8; luego cada átomo de oxígeno tendrá 8 protones en elatómico, Znúcleo atómico. Cada elemento está colocado en la tabla para que pertenezca a una fila y columna concreta.A las columnas verticales de la tabla periódica se les conoce como . Todos los elementos quegrupospertenecen a un grupo tienen características o propiedades químicas similares entre sí (familias

). Hay 18 grupos.químicasLas filas horizontales de la tabla periódica son llamadas . Cada periodo agrupa losperíodoselementos según su número atómico creciente. Hay 7 períodos.

Grupo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18Periodo

1 1H

2He

2 3Li

4Be

5B

6C

7N

8O

9F

10Ne

3 11Na

12Mg

13Al

14Si

15P

16S

17Cl

18Ar

4 19K

20Ca

21Sc

22Ti

23V

24Cr

25Mn

26Fe

27Co

28Ni

29Cu

30Zn

31Ga

32Ge

33As

34Se

35Br

36Kr

5 37Rb

38Sr

39Y

40Zr

41Nb

42Mo

43Tc

44Ru

45Rh

46Pd

47Ag

48Cd

49In

50Sn

51Sb

52Te

53I

54Xe

6 55Cs

56Ba

*72Hf

73Ta

74W

75Re

76Os

77Ir

78Pt

79Au

80Hg

81Tl

82Pb

83Bi

84Po

85At

86Rn

7 87Fr

88Ra

**104Rf

105Db

106Sg

107Bh

108Hs

109Mt

110Ds

111Rg

112Cn

113Uut

114Uuq

115Uup

116Uuh

117Uus

118Uuo

Lantánidos *57La

58Ce

59Pr

60Nd

61Pm

62Sm

63Eu

64Gd

65Tb

66Dy

67Ho

68Er

69Tm

70Yb

71Lu

Actínidos **89Ac

90Th

91Pa

92U

93Np

94Pu

95Am

96Cm

97Bk

98Cf

99Es

100Fm

101Md

102No

103Lr

Alcalinos Alcalinotérreos Metales de transición Metaloides No metales Halógenos Gases nobles (Tabla periódica de . puedes pinchar en cada elemento para ver sus propiedades) Wikipedia

En esta tabla periódica podemos distinguir tipos de elementos agrupados en función de algunas desus propiedades:

Gases Nobles. Son los elementos del último grupo (grupo 18): Se encuentran en la naturalezaaislados ya que no forman compuestos con otros elementos.No metales. Son unos pocos elementos (unos 20) situados a la derecha de la tabla. Son malosconductores del calor y la electricidad. Sus átomos tienden a captar electrones.

Halógenos. Son los no metales que forman el grupo 17.Metaloides o semimetales. Son 7 elementos con propiedades son intermedias entre losmetales y los no metales

Metales. Ocupan el centro e izquierda de la tabla. Son buenos conductores del calor y la electricidad.Sus átomos tienden a ceder electrones.

Alcalinos. Son metales del grupo 1 excepto de hidrógeno.Alcalinotérreos. Son metales del grupo 2.Metales de transición. La gran mayoría del centro de la tabla.

Lantánidos y Actínidos. También conocidos como "tierras raras". Forman parte del grupo 3 y de losperiodos 6 y 7. Son importantes el Uranio y el Plutonio como combustibles nucleares.


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3.5. Formulación y nomenclatura

.llamanse17grupodelmetalesnoLos

.llamanse2grupodelmetalesLos

.losenestánquímicas)(familias

similaresquímicaspropiedadespresentanqueelementosLos

.comoconocelessehorizontalesfilaslasA

.comoconocelesseverticalescolumnaslasA

.

suporordenadosestánelementoslosperiódicatablalaEn

alcalinotérreosperíodos

gruposperíodosgrupos

número atómicohalógenosnúmero másico


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5 átomos

4 átomos

3 átomos

2 átomos

Una molécula de amoniaco, NH3, tendrá en total:

Elige la correcta

En la Naturaleza existen , en su mayoría compuestos químicos. A medidamillones de sustanciasque se han ido conociendo, surgió la necesidad de dar el mismo nombre y fórmula a la mismasustancia. Se empezó a desarrollar la formulación y nomenclatura química. La formulación es unlenguaje que nos permite comunicarnos y saber de qué sustancia, elemento o compuesto,estamos hablando.

Las fórmulas químicas y sus nombres correspondientes nos pueden dar una idea de la estructura e informarnos de la clase de átomos (elementos) que forman el compuesto y sude las sustancias

proporción. Lo vemos en la siguiente tabla:

Nombrequímico

Fórmula

químicaEstructura

Elementos delcompuesto

ProporciónNúmero de átomos

Agua uÓxido de hidrógeno(molécula)

H O2

Elemento hidrógeno(H)Elemento oxígeno (O)

2 átomos dehidrógeno1 átomo de oxígeno

Cloruro de sodio(estructura gigante) NaCl

Elemento sodio (Na)Elemento cloro (Cl)

n átomos de cloron átomos de sodio

Dihidrógeno (molécula)

H2Elemento hidrógeno(H)

2 átomos dehidrógeno

Ácido clorhídico oCloruro de hidrógeno

(molécula)HCl

Elemento cloro (Cl)Elemento hidrógeno(H)

1 átomo de cloro1 átomo de hidrógeno

Dióxido de carbono oÓxido de carbono(IV)(molécula)

CO2

Elemento carbono (C)Elemento oxígeno (O)

1 átomo de carbono2 átomos de oxígeno

Para empezar con la formulación química conviene tener claros los siguientes conceptos:

La es una representación de las partículas (molécula o estructura gigante) de unafórmula químicasustancia. La fórmula de una sustancia nos da información acerca de la clase de átomos que la formany su proporción con símbolos y subíndices. Por ejemplo la fórmula del agua, H O, (si no hay subíndice2se sobreentiende que es 1) indica que cada molécula de agua está formada por átomos de hidrógeno yoxígeno, en la proporción de 2 átomos de H por 1 átomo de O.

El es el nombre técnico de la sustancia siguiendo un conjunto de reglas mediante las nombre químicoque se nombran todas las sustancias químicas. Una sustancia puede tener varios nombres químicospero todos corresponden a la misma fórmula. Por ejemplo el NH3 se puede nombrar como amoniaco,trihidruro de nitrógeno o hidruro de nitrógeno (III).

La de un elemento es un número que indica la capacidad de sus átomos de combinarse convalenciaotros átomos para formar moléculas. La valencia del Hidrógeno es 1, ya que tiene un solo electrón. Lavalencia de un elemento químico es el número de átomos de hidrógeno con los que se puedecombinar. Ejemplo, el Cloro tiene las valencias 1, 3, 5 y 7. Se podrá combinar con 1, 3, 5 o 7 átomosde Hidrógeno según cada caso.


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3.6. Sustancias importantes en la vida diaria

Estamos formados por sustancias químicas. Nuestro cuerpo tiene miles de sustancias químicasdistintas, sobre todo sustancias orgánicas, pero sobresale una muy simple, el agua.Aproximadamente las tres cuartas partes de nuestro peso corporal son agua. También tenemossales y otras sustancias inorgánicas.

Vamos a nombrar y formular algunas sustancias simples e importantes en nuestra vida diaria:Óxidos. Los óxidos son las combinaciones del oxígeno (con valencia 2) con otros elementos. Enla fórmula del óxido se escribe primero el símbolo del otro elemento y después el del oxígeno.Hidruros. Son combinaciones del hidrógeno (valencia 1) con otros elementos.Cloruros. Son combinaciones del cloro (valencia 1) con otros elementos.Sulfuros. Son combinaciones del azufre (valencia 2) con otros elementos.


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Formula Nombres Propiedades

H O2Agua Óxido de hidrógeno

Es esencial para la supervivencia de todas las formasconocidas de vida. Sustancia muy abundante mezclada consales en los mares.

H O2 2

Agua oxigenada Peróxido dehidrógeno

En disolución acuosa se emplea como desinfectante y parablanquear fibras.

SO2Dióxido de azufreÓxido de azufre (IV)

Es liberado en muchos procesos de combustión de carbón, elpetróleo, el diésel o el gas natural causando la lluvia ácida.

CO2

Dióxido de carbonoÓxido de carbono(IV)

Gas que se origina en todas las combustiones y en larespiración de los seres vivos. Existe en la atmósfera. Formacon el agua las bebidas carbónicas.

SiO2

SíliceDióxido de silicioÓxido de silicio (IV)

Sólido muy duro. Se encuentra en la Naturaleza en forma decuarzo. Es un componente de la arena que se emplea parafabricar vidrio.

CaOCal vivaÓxido de calcio (II)

Sólido que disuelto en agua se utiliza para pintar las paredes.

Fe O2 3Trióxido de dihierroÓxido de hierro (III)

Sólido que se presenta en la naturaleza en forma de oligisto ohematites (minerales). de ahí se obtiene el hierro y el acero tanimportantes en nuestra sociedad.

NH3

AmoniacoTrihidruro denitrógenoHidruro denitrógeno (III)

Gas picante que disuelto en agua se emplea para la limpiezadoméstica y para fabricar abonos.

CH4

MetanoTetrahidruro decarbonoHidruro de carbono(IV)

Es el componente principal del gas natural, importantecombustible. En las minas de carbón forma el "gas grisú" queocasiona frecuentes explosiones y derrumbes.

HClÁcido clorhídicoCloruro dehidrógeno

Gas de olor irritante que disuelto en agua forma el ácido másutilizado en los laboratorios. De él derivan los cloruros

NaCl Cloruro de sodioSólido muy extendido en la naturaleza, es la sal común; de élse obtiene los elementos sodio y cloro.

H S2

Ácido sulfhídricoSulfuro dehidrógeno

Gas maloliente que se forma en las putrefacciones deproductos orgánicos (olor a huevos podridos). Da lugar a lossulfuros.

HgSSulfuro de mercurio(II)Cinabrio

Es un mineral del que se extrae el mercurio. España(Almadén) posee las minas de cinabrio más importantes delmundo.

NaOHHidróxido de sodioSosa caústica

Sólido muy corrosivo y peligroso. Puede producir quemadurasen la piel, ojos, etc. Tiene muchos usos industriales comofabricar papel, jabones, colorantes, etc.

H SO2 4 Ácido sulfúricoLíquido muy importante en los laboratorios y en fabricación deabonos, refinado del petróleo, explosivos, plásticos, etc.Origina unas sales llamadas sulfatos.


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4.1. Cambios físicos y cambios químicos

4. Reacciones químicas

Una reacción química es todo proceso químico en el cual dos o más sustancias (llamadas ), por diversas causas, se transforman en otras sustancias llamadas . Tantoreactivos productos

los reactivos como los productos pueden ser elementos o compuestos. Las reacciones químicasocurren constantemente en la naturaleza, pero también podemos reproducirlas en nuestroslaboratorios. Por eso podemos estudiarlas para mejorar las condiciones del proceso y provocar laaparición de nuevos productos.

Algunas veces es difícil delimitar cuando se está produciendo una reacción química, otras es muysencillo. Pero siempre debemos tener en cuenta algunos hechos que acompañan a las reaccionesquímicas. A lo largo de la reacción pueden , sólidas, líquidas oaparecer sustancias nuevasgaseosas de diferente color a las iniciales o en el recipiente, se calientacambios de temperaturaapreciablemente o se enfría. Se conocen millones de reacciones químicas; unas son interesantespara los procesos industriales, otras son indispensables para los seres vivos.

Pero ¿ ? Podemos observar la reacción a nivelqué ocurre realmente en una reacción químicamacroscópico, en el mundo de lo visible. Pero para explicar lo que pasa a nivel microscópico, en elmundo molecular, deberemos ayudarnos del modelo atómico-molecular de la materia.

Un ejemplo de reacción química es la que se produce al introducir una placa de enCobre (Cu)una disolución de (disolución incolora). Los productos de la reacción son Nitrato de plata Plata

que se deposita sobre la placa y que se aprecia por el cambio de color de(Ag) Nitrato de cobrela disolución (pasa de incolora a azul). Animación de la reacción:

Nitrato de plata (disolución acuosa) + Cobre (sólido) Plata (sólido) + Nitrato decobre (disolución acuosa)


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La mantequilla derritiéndose en la sartén es un cambiofísico

Una fruta que se pudre es un cambio químico

La oxidación de un clavo de hierro es un cambio físico

Hervir agua es un cambio físico

Verdadero Falso

Verdadero o falso

La materia está continuamente sometida a cambios. Si doblamos o arrugamos un papel o si loquemamos. Si hervimos agua líquida pasando a vapor de agua. Si rompemos una barra de hierro ola dilatamos al aplicarle calor. Si echamos azúcar en agua para formar una disolución o en ácidosulfúrico. Pero en unos cambios las sustancias mantienen sus propiedades y en otros no.

Cambios físicos son aquellos en los que las sustancias mantienen su naturaleza y sus propiedades.Las sustancias no cambian siguen siendo las mismas antes y después del cambio y, por lo tanto, lafórmula química de la sustancia es la misma. De los procesos vistos hasta ahora son ejemplos decambios físicos:

Las disoluciones. Echar azúcar en agua y agitar hasta que desaparece.Los cambios de estado. Paso de agua líquida a vapor de agua. En los dos casos la fórmulaque simboliza tanto el líquido como el gas será H O.2Las dilataciones. Los metales que se dilatan, aumentan de volumen, al recibir calor.

Disolución de sal en agua Cambios de estado del agua Junta dilatación carretera

(Banco de imágenes del ISFTIC)

Cambios químicos son aquellos en los que las sustancias iniciales desaparecen y se transformanen otras distintas que tienen propiedades diferentes. Los cambios químicos también reciben elnombre de reacciones químicas y las fórmulas de las sustancias iniciales son distintas de las finales. Son ejemplos de cambios químicos:

Las combustiones. Quemar carbón, madera o petróleo para producir energía. También seproduce cenizas y humo.Las oxidaciones. Un puente de hierro que se va oxidando poco a poco en un ambientehúmedo.La respiración en los seres vivos.La fotosíntesis en la que las plantas verdes producen nutrientes y oxígeno.

Combustión de la madera Oxidación puente de hierro Fotosíntesis de las plantas

(Banco de imágenes del ISFTIC)


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4.2. Teoría de colisiones

La teoría atómico-molecular supone que las sustancias están formadas por átomos, moléculas. Las reacciones químicas se interpretan, a nivel molecular, como la reorganizacióno iones

combinación de los átomos que forman los reactivos para formar los productos de la reacción. Paraexplicar cómo ocurre una reacción química nos ayudamos de la . Estateoría de las colisionesteoría considera a las moléculas como partículas que chocan continuamente unas con otras, másconcretamente:

Teoría de las colisiones

Las moléculas de los reactivos se mezclan, pues están en continuo movimiento.Algunas chocan entre sí pero no tienen suficiente energía para romper los enlaces.Otras moléculas chocan con la suficiente energía y en la dirección adecuada deforma que los enlaces que unen los átomos de las moléculas de reactivos serompen y se recombinan formando las nuevas moléculas de los productos.

De modo que el continuo movimiento molecular provoca choques. Pero no todos los choques soniguales. El choque que provoca la reacción química se denomina y los choqueschoque eficazque no dan lugar a la reacción, se denominan . Para conseguir choqueschoques ineficaceseficaces un factor clave en esta teoría es la velocidad de las moléculas, ya que si esta no essuficiente la reacción no tendrá lugar. Dado que esta velocidad está directamente relacionada

, esto explica que será necesario el aporte de calor para que algunascon la temperaturareacciones tengan lugar.

DIAGRAMA DE PARTÍCULAS.Para representar las reacciones químicas, los reactivos y los productos de la reacción, se empleanlos . Cada átomo se considera una diagramas de partículas bolita y la agrupación de dos o

representa una molécula. Para diferenciar átomos se emplean diferentes colores. Semás bolitasrepresentan un número pequeño de moléculas, que correspoderían a millones de millones, en laproporción que intervienen en la reacción.

Por ejemplo; Nitrógeno molecular atmosférico, N : 2

Observa en esta simulación como, en condiciones especiales, 4 moléculas de Hidrógeno (H )2reaccionan mediante choques eficaces con 2 moléculas de Oxígeno (O ) para formar 2 moléculas2de Agua (H O).2

Congelar un refresco es un cambio químico


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Hidrógeno (gaseoso) + Oxígeno (gaseoso) Agua (gaseoso)


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4.3. Ley de conservación de la masa

En toda reacción química los reactivos son diferentes de los productos obtenidos, pero lo que novaría es el número de átomos presentes de cada uno de los elementos: se trata de una mera

de los mismos.reordenación

Como ya sabes, en toda reacción química se forman unos productos a partir de unos reactivos.¿Pero qué ocurre con las masas de estas sustancias? La masa de los reactivos es la suma de

que forman sus moléculas, y dado que los productos estarán formadosla masa de los átomospor los mismos átomos aunque organizados en moléculas distintas, deberán tener exactamente lamisma masa. La masa total antes y después de que se produzca es la misma.

Antoine Lavoisier

Esto fue planteado por el químico francés Antoine Lavoisiera finales del s. XVIII como "En cualquier sistemaquímicamente cerrado la masa de los productos es

" y se conoceexactamente igual a la masa de los reactivoscomo . ley de la conservación de la masa

Algunos consideran las aportaciones de Lavoisier como elinicio de la Química moderna.

Ley de conservación de la masa (Ley de Lavoisier): Entoda reacción química la masa permanece constante. Lamasa de los reactivos que se consumen es igual a lamasa de los productos que se producen.

Observa en los siguientes diagramas de partículas los reactivos y los productos de la reacción:

Hidrógeno (gaseoso) + Cloro (gaseoso) Ácido clorhídrico (gaseoso)

Vemos como a partir de cinco moléculas (10 átomos) de hidrógeno y 5 moléculas (10 átomos) decloro se obtienen 10 moléculas (20 átomos). Para conseguirlo, se ha romper la unión entre los dosátomos de hidrógeno en cada molécula y también la unión entre los dos átomos de cloro,uniéndose posteriormente uno de cloro con uno de hidrógeno para formar la molécula de ácidoclorhídrico.


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4.4. Ecuaciones químicas

agua.demoléculasformadohabránsefinalAl

oxígeno.demoléculasnecesariasseránhidrógeno

demoléculasseiscompletamentereaccionenqueparahidrógeno,

eoxígenodepartiraaguadelsíntesisdereacciónlaSegún

sieteonce

nuevetrescinco

Completa

Una ecuación química es una representación simbólica de una reacción química. En la queaparecen símbolos y fórmulas que representan los reactivos y los productos

En el transcurso de la reacción, se produce una ruptura en los enlaces que unen los átomos de losreactivos, dando lugar a nuevos enlaces que provocan la aparición de otras sustancias, losproductos de la reacción. Además, según la ley de conservación de la masa, debe cumplirse queel número de átomos de cada elemento debe ser el mismo tanto en los reactivos como en losproductos. Cuando esto ocurre se dice que la .reacción química está ajustada o equilibrada

Una ecuación química es una representación de una reacción química con las fórmulas delos reactivos y las fórmulas de los productos separadas por una flecha.

Veamos la síntesis del agua a partir de hidrógeno y oxigeno. En este caso el hidrógeno molecular(H ) reacciona con el oxígeno molecular (O ) para producir agua (H O). Observamos en los2 2 2

que en los reactivos hay 2 átomos de hidrógeno y 2 de oxígeno,diagarmas de partículasmientras que en los productos sólo hay 1 átomo de oxígeno y 2 de hidrógeno. Para que se cumplala ley de Lavoisier debe de haber el mismo número de átomos de cada tipo. Esto se consigueajustando el número de moléculas que participan.

Observamos cómo es necesario el doble de partículas (moléculas) de H que de O . En este caso2 210 moléculas (20 átomos) de hidrógeno reaccionan con 5 moléculas de oxígeno para formar 10moléculas (30 átomos) de agua.En general la ecuación química (ya ajustada) que representa esta reacción será:

2 H + O 2 2 2 H O2


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4.5. Ajuste de reacciones

A=2, B=1, C=2, D=1

A=1, B=2, C=2, D=1

A=2, B=1, C=1, D=2

A=1, B=2, C=1, D=2

La reacción de combustión del metano: ACH4 + BO2 --> CH2O + DCO2 estaría ajustada silos coeficientes estequiométricos, A, B, C y D fueran:

Elige la correcta

Cuando escribimos una reacción química, en la mayor parte de las ocasiones no hay el mismonúmero de átomos de cada tipo en cada lado, por lo que es necesario realizar un proceso de

. Esto es necesaria para que se cumpla la ley de conservación de la masa.ajuste de la reacción

Dado que si cambiamos su fórmula cambiamos de sustancia, no será posible cambiar lossubíndices de los compuestos participantes, sino que deberemos jugar con el número demoléculas de cada tipo que intervienen, hasta lograr que la reacción esté ajustada. A este número,que se sitúa escrito delante de la fórmula, se le conoce como . A lacoeficiente estequiométricohora de ajustar, siempre se intentará que los coeficientes estequiométricos sean enteros y lo másbajos posibles.

Una ecuación química ajustada es la representación de una reacción química con lasfórmulas de reactivos y productos separadas por una flecha y los coeficientesestequiométricos (números enteros) delante de cada fórmula que indican la proporción demoléculas que intervienen en la reacción.

El proceso de ajuste de las reacciones químicas es el siguiente:

Escritura de la reacción en la forma: Fórmulas de reactivos -- Fórmulas de productosSe observan los átomos de cada tipo que hay a cada lado de la reacción.Si hay algún tipo de átomo que no está compensado, se añade el coeficienteestequiométrico correspondiente para que el número se iguale.Se comprobará si la inclusión de este coeficiente ha descompensado algún otro tipo deátomo y se repetirá el proceso hasta que consigamos que el número de átomos de cadatipo sea el mismo a ambos lados.

Realiza Puedes practicar el ajuste de reacciones sencillas desde este portal de Internet:


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