QUÍMICA
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TEMA 1A
EL ÁTOMO NCI A I. IMPOR T A NCIA • • • • •
•
Desarrollo de nuevos materiales Desarrollo de la electrónica Radioterapia Esterilización de alimentos Control de plagas
Aristóte Arist óteles les (384 – 322 a.C.) Ac ep ta la te or ía de Em pé docl do cl es y pr op on e la siguiente representación: FUEGO Caliente
II. OBJETIVOS
• •
Conocer las partes del átomo y las partículas que la constituyen. Conocer el desarrollo cronológico de los modelos atómicos. Comprender la diferencia entre los tipos de núclidos. Manejar una ecuación nuclear.
•
Comprender la fusión y fisión nuclear.
• •
Seco
AIRE
TIERRA
Húmedo
Frío AGUA AGU A
Por ese tiempo los filósofos griegos Leucipo(450 a.C.) y Demócrito (380 a.C.) propusieron que la materia estaba compuesta por partículas discretas, e indivisibles llamadas átomos, pero esta teoría nunca fue aceptada por Arist Ari stóte óteles les por lo cual cua l fue abando aba ndonad nad a y perm pe rman anec eció ió latente durante 2300 años hasta que en el siglo XVII fue aceptada por algunos científicos como Boyle (1661) y Newton(1687). A prin pr inci cipi pios os del de l sigl si gl o XIX XI X Dalt Da lt on pres pr es enta en ta su te or ía atómica la cual desarrollo entre los años 1803 - 1807 lo cual marco el principio de la era de la química moderna.
III.HISTORIA Todo lo que se encuentra a nuestro alrededor esta compuesto de muy diversos materiales, y desde los tiempos más antiguos el hombre ha sentido curiosidad por comprender el material del cual esta hecho el mundo para lo cual los grandes filósofos griegos plantearon soluciones sobre la composición de la materia como: • Tales de Mileto (624 – 565 a.C.) Propone al agua. Anax ímedes des (585 – 524 a.C.) • Anaxíme Propone al aire. • Heráclito Propone al fuego • Empédocles (500 –430 a.C.) Aceptó Ace ptó las idea s de sus antece ant eceden dentes tes y agrego agr ego la tierra, entonces la materia estaría formada por 4 elementos: agua, aire, fuego y tierra.
Anaxímedes Anaxímedes
Empédocles Empédocles
El átomo está conformado por el núcleo y la
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IV.TABLA PERIÓDICA MODERNA (TPM)
denominación "A" llamados elementos representativos, y 8 tienen la denominación "B" llamados metales de transición. Cabe hacer notar que la designación de grupo A y B no es universal. En Europa se utiliza B para los elementos representativos y A para los metales de transición que es justamente lo opuesto al convenio de los Estados Unidos de América. La IUPAC recomienda enumerar las columnas de manera secuencial con números arabigos, desde 1 hasta 18.
Diseñado en 1915 por el químico Alemán Alfred Werner, tomando en cuenta la ley periódica moderna de Moseley y la distribución electrónica de los elementos. En la tabla periódica moderna, los elementos están ordenados en función al número atómico creciente en donde se pueden apreciar filas horizontales llamadas periodos y columnas verticales denominadas grupos.
GRUPOS A (Elementos Representativos) GRUPO B (Metales de Transición)
Werner
1. PERIODO • •
Son las filas horizontales que están enumeradas del 1 al 7. El orden de cada periodo indica el número de niveles de energía de la configuración electrónica o el último nivel (capa de valencia). Orden del periodo = Capa de valencia
2. GRUPO
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Son las columnas verticales que contienen a elementos de propiedades químicas similares. Son 16 grupos de los cuales 8 tienen la
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3A
ns2np1
Boroides o Térreos
4A 5A
ns2np2
Carbonoides
ns2np3
Nitrogenoides
6A
2 ns np4 Academias
7A
ns2np5
8A
ns2np6 Gases Nobles He = 1s 2(excepción)
Calcógenos o Anfígenos TA BLA P E R más! I D IC A Pame Exigimos Halógenos
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IDEAS FUERZA
Indicar el Grupo y Periodo de:
En la tabla periódica moderna los elementos se ordenan en función al número atómico creciente.
Los elementos de transición (Lantánidos y Actínidos)
DENOMINACIÓN 1B
ns1(n-1) d 10
2B
ns2(n-1) d 10
Familia del zinc (elementos puente)
IDEAS FUERZA
3B
ns2(n-1) d 1
Familia del escandio
4B 5B
ns2(n-1) d 2
Familia del titanio
El orden del grupo A, indica el número de electrones de valencia.
ns2(n-1) d 3
Familia del vanadio
6B 7B
ns1(n-1) d 5
Familia del cromo
ns2(n-1) d 5
Familia del manganeso
8B
ns2(n-1) d 6 ns2(n-1) d 7 ns2(n-1) d 8
Elementos Ferromagnéticos (Fe, Co, Ni)
GRUPO B
Tener en cuenta el siguiente cuadro:
tienen incompleto el subnivel «f» y pertenecen al grupo 3B, se caracterizan por ser muy escasos.
GRUPO +
3. CLASIFICACIÓN DE LOS ELEMENTOS POR BLOQUES
Los elementos químicos se clasifican en 4 bloques (s, p, d, f) y esto depend e del subnivel en el que termina su configuración electrónica. 4. UBICACIÓN DE UN ELEMENTO EN LA TABLA
8
8B 9
10
1B 11
2B 12
Ejemplo Indicar el grupo y periodo de:
SUGERENCIAS
PERIÓDICA Para conocer el número de grupo de un elemento cuya configuración eletrónica termina en subnivel p simplemente suma dos unidades al número de electrones de dicho subnivel «p».
GRUPO A
5. CARÁCTER METÁLICO Y CARÁCTER NO METÁLICO
Carácter Metálico (C. M.)
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Llamado también electropositividad, es la capacidad de un átomo para perder electrones (oxidación).
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Carácter No Metálico (C. N. M) V. PROPIEDADES PERIÓDICAS DE UN ELEEs la capacidad de un átomo para ganar electrones MENTO QUÍMICO (reducción). 1. Radio Atómico (RA) La variación del C. M. y C.N.M. en la tabla periódica Se define como la mitad de la distancia entre dos es como se muestra a continuación. átomos idénticos adyacentes enlazados químicamente.
2. Radio Iónico (RI) Es el radio de un anión o catión monoatómico. Se cumple que: 6. METALES, NO METALES Y METALOIDES
RI(Anión)>RA(Átomo neutro)>RI(Catión)
Ejemplo: Sean las especies químicas del elemento carbono (C)
Metales: Buenos conductores del calor y electricidad. Son dúctiles y maleables.
I.
A temperatura ambiental se encuentran en estado sólido, excepto el mercurio que es líquido.
II. 6C III. 6C4 –
4+ 6C
# e- = 6 - 4 = 2 #e- = 6 #e- = 6 + 4 = 10
Entonces, se cumple que: RIIII > RAII > RII
Presentan brillo metálico. En las reacciones químicas pierden electrones, es decir se oxidan. Casi todos los óxidos metálicos son sólidos iónicos con carácter básico.
IDEAS FUERZA Para especies isoelectrónicas se cumple que el número atómico es inversamente proporcional al radio iónico.
IDEAS FUERZA
Ejemplo: Sean las especies isoelectrónicas I. 12Mg2+ # e- = 12 - 2 = 10 II. 10Ne #e- = 10 2 – III. 8O #e- = 8 + 2 = 10 Entonces, se cumple que: RIIII > RIII > RII
El metal que mejor conduce la corriente eléctrica es la plata, luego el cobre y después el oro. Cu > Ag > Au
No Metales No conducen el calor ni la electricidad. No tienen lustre. Los sólidos suelen ser quebradizos, algunos duros y otros blandos. En reacciones químicas ganan electrones convirtiéndose en aniones. La mayor parte de los óxidos no metálicos son sustancias moleculares que forman soluciones ácidas.
3. Energía de Ionización (EI) o potencial de Ionización (P.I.) Es la energía mínima necesaria para eliminar un electrón del nivel externo de un átomo en estado gaseoso. La magnitud de la energía de ionización es una medida de que tan fuertemente se encuentr a unido el electrón al átomo, cuando mayor es la energía de ionización es más difícil arrancar un electrón.
Metaloides Los metaloides tienen propiedades intermedias entre metales y no metales. Podrían tener algunas propiedades características de los metales, pero
X (g) EI 1
X (g) 1e
X (g) EI 2
X 2(g) 1e
carecer de otras. Por ejemplo el silicio es metal, pero
X2(g) EI 3
X3(g) 1e
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Donde: EI1: Primera Energía de Ionización EI2: Segunda Energía de Ionización EI3: Tercera Energía de Ionización Se cumple:
es quebradizo en lugar de ser maleable y no conduce el calor y ni la electricidad tan bien como los metales. Varios de los Metaloides son semic onductores eléctricos y constituyen como el silicio los principales elementos empleados en la fabricación de circuitos integrados y chips para computadoras. Los metaloides
EI 3
son 8 elementos: B, Si, Ge, As, Sb, Te, Po , At.
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EI2
EI1
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IDEAS FUERZA
SUGERENCIAS
Siempre es más fácil quitar el primer electrón en una ionización.
Recuerda que los no metales poseen mayor EI, AE y EN que los metales.
VI.TENDENCIAS GENERALES DE LAS PRO4. Afinidad Electrónica (A. E.) PIEDADES EN LOS GRUPOS Es el cambio de energía que ocurre cuando un átomo en estado gaseoso, acepta un electrón para formar Grupo 1A: Metales Alcalinos un anión. Generalmente este proceso es exotérmico Los metales alcalinos son sólidos metálicos blandos, son (libera energía) pero en algunos casos especiales es muy reactivos por lo que no se encuentran libres en la endotérmico (absorbe energía) naturaleza. Reaccionan con agua para producir el X (g) AE 1e
hidrógeno gaseoso y el hidróxido metálico correspondiente.
X(g)
5. Electronegatividad (EN) Es la capacidad de un átomo para atraer hacia sí los electrones de un enlace químico. Según la escala de Linus Pauling; el Fluor es el elemento más electronegativo de la TPM. Valor Máximo: EN (F) = 4,0 Valor Mínimo: EN (Fr) = EN (CS) = 0,7
Grupo 2 A: Metales Alcalinos Térreos Los metales alcalinos térreos son sólidos pero más duros y densos que los metales alcalinos. Son menos reactivos que los metales alcalinos y su reactividad con el agua es variable, el berilio no reacciona con el agua, el magnesio lo hace lentamente con el vapor de agua, el calcio, estroncio y bario en cambio reaccionan con el agua fría.
6. Variación de las propiedades periódicas
Grupo 7 A: Halógenos Los Halógenos presentan gran reactividad por lo que no se encuentran en estado elemental en la naturaleza. El astato es extremadamente raro y radiactivo, muchas de sus propiedades todavía no se conocen. Grupo 8 A: Gases Nobles Son no metales gaseosos a temperatura ambiente, todos ellos son monoatómicos, presentan gran estabilidad por lo que su reactividad es excepcionalmente baja.
Problema 1
Un elemento se ubica en el tercer periodo y presenta cuatro electrones en su último nivel. Hallar el número atómico de dicho elemento. Resolución :
Desarrollamos electrónica.
la
distribución
Determinemos la configuración electrónica, para ubicar cada elemento en la TPM. Ordenar los elementos de menor a mayor afinidad electrónica.
#e- = Z = 14 (átomo neutro)
Según su ubicación en la TPM, para el siguiente elemento (E).
Respuesta:
14
3 5Br : 18 Ar 10 5
4s 2
3 3 As : 18 Ar 10 3
4s 2
3d 4p
3d 4p
Problema 2
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Resolución :
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4s 2 3d10 4p4
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grupo:7A periodo:4 grupo:5A periodo:4 grupo:6A periodo:4 35 Br, 33 As, 34 Se
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Se observa que estos elementos se ubican en periodo 4. Además la
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