TRANSFORMACIONES QUÍMICAS

PROFESORA JOSEFINA GARCÍA NAVARRO

UNIDAD II. TABLA PERIÓDICA Y ENLACE QUÍMICO

Teoría atómica.

n  Demócrito: “toda la materia esta formada por muchas partículas pequeñas e indivisibles: átomos (indivisible o indestructible)”.

n  Dalton: ¨  Los elementos están formados por partículas extremadamente

pequeñas, llamadas átomos. ¨  Los átomos de un mismo elemento son idénticos (tamaño ,

masa y propiedades químicas.) ¨  Los compuestos están formados por átomos de más de un

elemento. La relación de átomos entre dos elementos presentes siempre es un número entero o una fracción sencilla.

¨  Una reacción química implica solo la separación, combinación o reordenamiento de los átomos.

Teoría atómica.

n  Joseph Proust: Ley de las proporciones definidas. ¨  “Muestras diferentes de un mismo compuesto siempre contienen

los mismos elementos y en la misma proporción de masa”

n  John Dalton: Ley de las proporciones múltiples. ¨  “Si dos elementos pueden combinarse para formar más de un

compuesto, la masa de uno de los elementos que se combina con una masa fija del otro mantiene una relación de números enteros pequeños”

n  Ley de la conservación de la masa. ¨  “La materia no se crea ni se destruye, solo se transforma”

Modelo de Bohr

Núcleo

Electrón

Orbital

Niveles de energía

Número atómico (Z) n  Número de protones en el núcleo del átomo de un

elemento.

Número de masa (A) n  Número total de neutrones y protones presentes en el

núcleo de un átomo de un elemento.

Número de masa = número de protones + número de neutrones = número atómico + número de neutrones

Ejemplo. Flúor (F) Z= 9 A= 19

Número de neutrones = A – Z = 19 – 9 = 10

Tabla periódica.

Tabla periódica.

n  Se encuentran agrupados los elementos que tienen propiedades químicas y físicas semejantes.

n  Periodos. Los elementos de un periodo tienen propiedades diferentes pero masas similares, tienen el mismo número de orbitales y se colocan de acuerdo a su configuración electrónica.

n  Grupos o familias. Todos los elementos que pertenecen a un grupo tienen la misma valencia, y por ello, tienen características o propiedades similares entre si.

n  Niveles de energía

Determina el número de neutrones

n  Ejemplo. Boro (B) Z= 5 A= 11 #n = A-Z = 11 – 5 = 6

Núcleo 3 2

Determina el número de neutrones y acomoda los electrones en los niveles de energía.

n  Ejemplo. Cromo (Cr) Z= 24 A= 52 #n = A-Z = 52 – 24 = 28

Núcleo 14 8 2

n  Ejemplo. Mercurio (Hg) Z= 80 A= 200 #n = A-Z = 200 – 80 = 120

Núcleo 32 18 8 2 20

Ejercicios

n  Determina el número de neutrones de los siguientes elementos: C Sc In F Ar As

Enlaces Químicos

n  Gilbert Lewis: Los átomos se combinan para alcanzar una configuración electrónica más estable (del gas noble más cercano), cumpliendo la “regla del octeto”.

n  Enlace químico. Es la fuerza que une a los átomos para formar las moléculas.

n  Energía de estabilización o de enlace. Energía liberada o

necesaria para formar o romper un enlace respectivamente.

n  Electrón de valencia. Electrón que se localiza en una órbita alejada al centro del átomo. Estos se comparten o transfieren fácilmente durante las reacciones químicas.

Profesora: Josefina

Enlaces Químicos Todas las sustancias que encontramos en la naturaleza están formadas por átomos unidos.

Las intensas fuerzas que mantienen unidos los átomos en las distintas sustancias se denominan enlaces químicos.

¿Por qué se unen los átomos?

¿Por qué se unen los átomos? Los átomos se unen porque, al estar unidos, adquieren una situación más estable que cuando estaban separados. Esta situación de mayor estabilidad suele darse cuando el número de electrones que poseen los átomos en su último nivel es igual a ocho, estructura que coincide con la de los gases nobles.

Se explica la unión de los átomos para formar enlaces porque con ella consiguen que su último nivel tenga 8 electrones, la misma configuración electrónica que los átomos de los gases nobles

Profesora: Josefina

Los gases nobles tienen muy poca tendencia a formar compuestos y suelen encontrarse en la naturaleza como átomos aislados.

Sus átomos, a excepción del helio, tienen 8 electrones en su último nivel. Esta configuración electrónica es extremadamente estable y a esta deben su poca reactividad

Profesora: Josefina

Distintos tipos de enlaces Las propiedades de las sustancias dependen en gran medida de la naturaleza de los enlaces que unen sus átomos. Existen tres tipos principales de enlaces químicos: enlace iónico, enlace covalente y enlace metálico.

Profesora: Josefina

Enlace iónico

Este enlace se produce cuando átomos de elementos metálicos (especialmente los situados más a la izquierda en la tabla periódica -períodos 1, 2 y 3) se encuentran con átomos no metálicos (los elementos situados a la derecha en la tabla periódica -especialmente los períodos 16 y 17).

En este caso los átomos del metal ceden electrones a los átomos del no metal, transformándose en iones positivos y negativos, respectivamente. Al formarse iones de carga opuesta éstos se atraen por fuerzas eléctricas intensas, quedando fuertemente unidos y dando lugar a un compuesto iónico. Estas fuerzas eléctricas las llamamos enlaces iónicos.

Ejemplo: La sal común se forma cuando los átomos del gas cloro se ponen en contacto con los átomos del metal sodio.

Profesora: Josefina

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Modelo interactivo: http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/enlaces/ionico.htm

El átomo de sodio (su configuración electrónica es 2,8,1), tiene en su última capa __________y la capa anterior está formada por el octeto. Por tanto, tiene tendencia a ________un electrón para adquirir la estructura electrónica de gas noble, formando el ion Na+. El átomo de cloro (su configuración electrónica es 2,8,7), tiene en su última capa _________. Por tanto, para adquirir la estructura electrónica de gas noble, tiene tendencia a _________un electrón formando el ion Cl-. Al reaccionar ambos átomos, se forman iones de carga opuesta que se atraen fuertemente. La atracción electrostática que los une constituye el ________________.

Enlaces Químicos

n  Enlace iónico. Es la fuerza electrostática que une a los iones en un compuesto iónico. Cesión de electrones, de parte de un átomo fuertemente electropositivo a otro fuertemente electronegativo

Enlace iónico

Usos: Es un nutriente esencial. Líquido refrigerante (intercambiador de calor) en reactores nucleares. Como compuestos (sales): conservación de alimentos, descongelación, condimento, síntesis orgánica. Reductor en la obtención de otros metales. Síntesis de peróxido de sodio que se emplea en detergentes y blanqueadores.

Profesora: Josefina

Na SODIO Descubrimiento: En 1807, por Davy Número Atómico: 11 Números de oxidación: +1

Es un metal plateado, blando, paramagnético, que flota en el agua; la descompone, desprendiendo hidrógeno y forma el hidróxido. Es muy reactivo y se oxida con facilidad. Debe manejarse con cuidado: hay que mantenerlo aislado del agua y otras sustancias con las que reacciona violentamente. Es el metal alcalino más abundante y es el cuarto elemento metálico más abundante en la Tierra (2,6% en peso de la superficie terrestre). No se encuentra libre. Los minerales más importantes son el feldespato de sodio o albita, la sal común (halita), nitrato de sodio (nitrato de Chile), criolita, lapislázuli, anfíboles sódicos (hornblendas),... Es bastante abundante en el Sol y las estrellas. Sus compuestos se reconocen desde la Antigüedad (La sal común -NaCl- ha sido importante en nutrición desde tiempos prehistóricos). Davy lo obtuvo por primera vez por electrólisis de la sosa cáustica fundida en 1807. El ion Na+ es extraordinariamente importante para los seres vivos; se encuentra en el espacio extracelular e interviene en el mantenimiento del potencial de membrana.

Profesora: Josefina

Enlace covalente

Los enlaces covalentes son las fuerzas que mantienen unidos entre sí los átomos no metálicos (los elementos situados a la derecha en la tabla periódica -C, O, F, Cl, ...).

Estos átomos tienen muchos electrones en su nivel más externo (electrones de valencia) y tienen tendencia a ganar electrones más que a cederlos, para adquirir la estabilidad de la estructura electrónica de gas noble. Por tanto, los átomos no metálicos no pueden cederse electrones entre sí para formar iones de signo opuesto.

Profesora: Josefina

Enlace covalente

En este caso el enlace se forma al compartir un par de electrones entre los dos átomos, uno procedente de cada átomo. El par de electrones compartido es común a los dos átomos y los mantiene unidos, de manera que ambos adquieren la estructura electrónica de gas noble. Se forman así habitualmente moléculas: pequeños grupos de átomos unidos entre sí por enlaces covalentes. Ejemplo: El gas cloro está formado por moléculas, Cl2, en las que dos átomos de cloro se hallan unidos por un enlace covalente.

Profesora: Josefina

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Modelo Interactivo El átomo de cloro (su configuración electrónica es 2,8,7), tiene en su última capa __________. Por tanto, para adquirir la estructura electrónica de gas noble, tiene tendencia a_______ un electrón, consiguiendo una configuración electrónica estable. Al encontrarse dos átomos de cloro, lo que ocurre es que_______ un par de e lect rones, de manera que cada átomo adquiere___electrones_____ en su nivel externo, 6 no compartidos y 2 compartidos. El par de electrones compartido constituye el ___________.

Profesora: Josefina

En otros casos un mismo átomo puede compartir más de un par de electrones con otros átomos. Por ejemplo en la molécula de agua (H2O) el átomo de oxígeno central comparte un par de electrones con cada uno de los dos átomos de hidrógeno. Estos pares de electrones compartidos se representan habitualmente por una barra entre los dos átomos unidos.

Enlaces Covalente

n  Compartición de parejas de electrones entre átomos de parecida o igual electronegatividad. ¨  Enlaces sencillos o alcanos ¨  Enlaces múltiples o coordinados

n  Enlaces dobles o alquenos n  Enlaces triples o alquinos

n  Enlace covalente. Enlace en el que dos electrones son compartidos por dos átomos. Compartición de parejas de electrones entre átomos de parecida o igual electronegatividad. ¨  Enlaces sencillos o alcanos ¨  Enlaces múltiples o coordinados

n  Enlaces dobles o alquenos n  Enlaces triples o alquinos

Enlaces Químicos

Enlace covalente polar. n  El núcleo de un elemento

A atrae con mayor fuerza los electrones del otro elemento B.

n  La electronegatividad juega un papel importante en este tipo de enlace (como HF).

Enlace covalente no polar. n  Los electrones son

atraídos con la misma fuerza hacia los núcleos.

n  Característico de moléculas diatómicas (como H2, O2, N2, F2 Y Cl2, porque los dos átomos idénticos tienen electronegatividades idénticas).

Covalente No polar

Covalente polar

Enlace metálico.

¨  Es el enlace que se da entre elementos de electronegatividades bajas y muy parecidas, en estos casos ninguno de los átomos tiene más posibilidades que el otro de perder o ganar los electrones. La forma de cumplir la regla de octeto es mediante la compartición de electrones entre muchos átomos. Se crea una nube de electrones que es compartida por todos los núcleos de los átomos que ceden electrones al conjunto..

¨  Este tipo de enlace se produce entre elementos poco electronegativos (metales).

¨  Los electrones que se comparten se encuentran deslocalizados entre los átomos que los comparten.

Profesora: Josefina

Enlace metálico Para explicar las propiedades características de los metales (su alta conductividad eléctr ica y térmica, duct i l idad y maleabilidad, ...) se ha elaborado un modelo de enlace metálico conocido como modelo de la nube o del mar de electrones. Los átomos de los metales tienen pocos electrones en su última capa, por lo general 1, 2 ó 3. Éstos átomos pierden fácilmente esos electrones (electrones de valencia) y se convierten en iones positivos, por ejemplo Na+, Cu2+, Mg2+.

Profesora: Josefina

Los iones positivos resultantes se ordenan en el espacio formando la red metálica. Los electrones de valencia desprendidos de los átomos forman una nube de electrones que puede desplazarse a través de toda la red.

De este modo todo el conjunto de los iones positivos del metal queda unido mediante la nube de electrones con carga negativa que los envuelve.

Modelo interactivo

Enlaces Químicos n  Fuerzas de Van der Waals.

¨  Son fuerzas de estabilización molecular; forman un enlace químico no covalente en el que participan dos tipos de fuerzas o interacciones, las fuerzas de dispersión (que son fuerzas de atracción) y las fuerzas de repulsión entre las capas electrónicas de dos átomos contiguos.

Enlaces Químicos n  Puentes de hidrógeno

¨  Se produce cuando un átomo de hidrógeno se encuentra entre dos átomos más electronegativos, estableciendo un vínculo entre ellos.

¨  El átomo de hidrógeno tiene una carga parcial positiva, por lo que atrae a la densidad electrónica de un átomo cercano en el espacio.

¨  El enlace de hidrógeno es poco energético frente al enlace covalente corriente, pero su consideración es fundamental para la explicación de procesos como la solvatación o el plegamiento de proteínas.

Enlaces Químicos

n  Enlace Dipolo-Dipolo. ¨  Es una interacción no covalente entre

dos moléculas polares o dos grupos polares de la misma molécula si ésta es grande. Las moléculas que son dipolos se atraen entre sí cuando la región positiva de una está cerca de la región negativa de la otra.

¨  En un líquido las moléculas están muy cercanas entre sí y se atraen por sus fuerzas intermoleculares. Las moléculas deben tener suficiente energía para vencer esas fuerzas de atracción, y hacer que el líquido pueda entrar en ebullición.

Enlaces Químicos Electronegatividad. La capacidad de un átomo para atraer hacia si los electrones de un enlace químico.

+

-

Enlaces Químicos

n  Importancia de los enlaces químicos y la tabla periódica. ¨  La importancia de la tabla periódica radica en el hecho de que

mediante el conocimiento de las propiedades y las tendencias generales dentro de un grupo o periodo, se predicen las propiedades de cualquier elemento.

¨  La importancia de los enlaces esta en la energía que hay en estos, cada que se rompe un enlace se libera energía.

¨  También tienen importancia en la estabilidad que le da a las moléculas.

n Representa qué tipo de enlace presentan el ácido acético CH3-COOH y el acetileno C2H2 y describe para qué son utilizados.

Profesora: Josefina

Sólidos metálicos Sus unidades estructurales son electrones y cationes, que pueden tener cargas de +1, +2 o +3. Los cristales metálicos están formados por un conjunto ordenado de iones positivos, por ejemplo, Na+, Mg2+, Cu2+. Estos iones están anclados en su posición, como boyas en un "mar" móvil de electrones. Estos electrones no están sujetos a ningún ion positivo concreto, sino que pueden deambular a través del cristal. Esta estructura explica muchas de las propiedades características de los metales:

Estructura de la red cristalina del cobre: los iones cobre (Cu2+) se hallan ordenados regularmente

Profesora: Josefina

1.  Conductividad eléctrica elevada.

La presencia de un gran número de electrones móviles explica por qué los metales tienen conductividades eléctricas varios cientos de veces mayores que los no metales. La plata es el mejor conductor eléctrico pero es demasiado caro para uso normal. El cobre, con una conductividad cercana a la de la plata, es el metal utilizado habitualmente para cables eléctricos.

2. Buenos conductores del calor. El calor se transporta a través de los metales por las colisiones entre electrones, que se producen con mucha frecuencia.

Profesora: Josefina

3. Ductilidad o ductibilidad y maleabilidad. La mayoría de los metales son dúctiles (capaces de ser estirados para obtener cables) y maleables (capaces de ser trabajados con martillos en láminas delgadas). En un metal, los electrones actúan como un pegamento flexible que mantiene los núcleos atómicos juntos, los cuales pueden desplazarse unos sobre otros. Como consecuencia de ello, los cristales metálicos se pueden deformar sin romperse.

ACTIVIDAD DE ENLACES QUÍMICOS: Realizar tres ejemplos de compuestos que presenten enlace iónico. Tres ejemplos de compuestos o elementos diatómicos con enlace covalente. Tres metales con 5 propiedades por el enlace metálico