1. estructura de la materia. ÁTomos y moléculas de Demócrito a Dalton. Una visión histórica




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título1. estructura de la materia. ÁTomos y moléculas de Demócrito a Dalton. Una visión histórica
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1.11.Masa molecular.


Es la masa total de una molécula. Se representa con la letra “M”. Se miden en U.M.A. (unidades de masa atómica) que suele representarse como “u”.

¿Cómo se calcula la masa de una molécula (masa molecular)?

Pues sumando la masa de todos los átomos que intervienen en ella al igual que hacía Dalton. Para ello, utilizaremos las masas atómicas que vienen en la Tabla Periódica.

Ejemplo:

V
18,0 UMA
amos a calcular las masas moleculares de los dos compuestos vistos en el ejem­plo anterior.


H2O 2 x 1,0 UMA (Hidrógeno) + 16,0 UMA (Oxígeno) =

H
98,1 UMA UMA.
2SO4 2 x 1,0 UMA (Hidrógeno) + 1 x 32,1 UMA (Azufre) +
4 x 16,0 UMA (Oxígeno) =

Al igual que ocurre con la masa atómica, también suele utilizarse la masa atómica relativa, expresada por el mismo número pero sin unidades. Así, la masa molecular relativa del agua es 18,0 y al del ácido sulfúrico 98,1.

Actividad P: Utilizando las masas de la Tabla Periódica cal­cula la masa molecular de las si­guientes moléculas:
SO
2:
NH
3:
CaCO
3:
H
3PO4:
AlCl
3.

  • Haz en el cuaderno los ejercicios 25 y 26.



B-1. Explica con tus propias palabras los principales postulados que constituyen la teoría atómica de Dalton.

B-2. a) Nombra los siguientes elementos: H, Na, Cl, Co y Cu. b) Escribe el símbolo de los siguientes elementos: azufre, manganeso, yodo, aluminio y carbono.

B-3. ¿Puede haber dos elementos distintos con el mismo número atómico? Razona la respuesta.

B-4. ¿En que se diferencian número másico de masa atómica?

B-5. a) ¿Qué es un isótopo? b) ¿Qué es un ion? c) ¿Qué tipos de iones puede haber?

B-6. ¿Cuantos protones, neutrones y electrones tienen los siguientes átomos neutros e iones (usa el isótopo que esté en mayor proporción): B, Ca2+,Br y Ag. b) Escribe la configuración electrónica de dicho átomos neutros e iones.

B-7. a) Escribe todos los elementos del periodo del Ca. b) Escribe todos los elementos del grupo 15. c) Di cuales de ellos (apartados a) y b)) son metales, cuales no-metales y cuales gases nobles.

B-8. Calcula la masa molecular de las siguientes sustancias químicas: N2, NH3,
CaCO
3 y Al(OH)3.

1.12.ENLACEs químicos.-


Existen muchos tipos de sustancias con propiedades muy diferentes. La mayoría están conformadas por moléculas que se obtienen de la unión de los distintos tipos de átomos de la Tabla Periódica. Sólo los gases nobles presentan moléculas con un sólo átomo pues éstos no presentan ninguna tendencia a combinarse con otros átomos (ni siquiera con ellos mismos). Pero, ¿por qué se unen los átomos para formar moléculas y en una proporción determinada y no se quedan aislados o se unen en proporciones diferen­tes?

La razón es que todos los átomos buscan conseguir el estado de menor energía, lo que les da una mayor estabilidad. Y esto se consigue cuando se tiene una estructura elec­trónica similar a la que tienen los gases nobles, es decir, con la última capa completa (8 electrones: los 2 del orbital “s” y los 6 de los orbitales “p”).

Según sea la forma en que los átomos consiguen obtener 8 electrones en su última capa (regla del octeto), así será el tipo de enlace. A continuación, vamos a ver las características principales de los diferentes tipos de enlace interatómicos.

1.12.1.Enlace iónico.-


  • Se da siempre entre un átomo metálico y uno no metálico.

Los metales tienen pocos electrones en su última capa (cuatro o menos) y pueden perder éstos con relativa facilidad (con poca energía). Por el contrario, los no-metales tienen la última capa casi llena de electrones (cuatro o más) y son los candidatos idóneos para capturar electrones.

Cuando un metal y un no-metal se unan, el metal cederá los electrones de su última capa al no metal convirtiéndose ambos átomos en “iones”, el metal en “catión” (cargado positivamente) y el no metal en “anión” (cargado negativamente).

  • El número de electrones cedidos o capturados por un átomo es lo que se conoce como “valencia iónica”.

Los metales tienen valencia iónica positiva pues forman iones positivos al perder electrones. Los no-metales, en cambio, tienen valencia iónica negativa pues forman iones negativos al ganar electrones.

Actividad Q: ¿Qué es un catión?. ¿Cómo se forma? Pon algún ejemplo.

Actividad R: ¿Qué condición debe cumplirse para que pueda producirse un enlace iónico?

Actividad S: ¿Por qué los gases nobles no forman enlaces iónicos?

Actividad T: a) ¿Qué es valencia iónica? b) ¿Cual es valencia iónica de los siguientes ele­mentos: Li, S, Br y Ca?

  • Haz en el cuaderno el ejercicio 27.

1.12.1.1.Reacciones de ionización 


Cuando un átomo pierde (metal) o gana (no-metal) electrones se produce una “reacción de ionización”.

Ejemplo:

Escribir las reacciones de ionización del Ca (grupo 2) y del N (grupo15).


Ca – 2 e ¾¾® Ca2+
N + 3 e ¾¾® N3–


Actividad U: Escribe las reacciones de ionización de los citados elemen­tos Li, S, Br y Ca.

Ejemplo:

Veamos cómo se unen el Sodio (Na) con el Cloro (Cl) para formar la sal Cloruro de Sodio.

Est. elect. Reacción de ionización

2-8-1 Na ¾¾® Na+ Na – 1 e¾¾® Na+


. .
2-8-7 : Cl :
¾¾® : Cl : Cl + 1 e ¾¾® Cl
.. ..
En esta representación se han dibujado con puntos o aspas exclusivamente los electrones de la última capa. Es lo que se conoce como “representación de Lewis”.

Una vez hecha esta cesión de electrones, cada catión Na+ se rodea de 6 aniones Cl y viceversa formando la estructura del dibujo, por lo que en realidad no puede ha­blarse de molécula de NaCl sino que se forma una estructura gigante, pero en la que el número de iones Na+ y Cl es el mismo por lo que su fórmula (empírica) será “NaCl”.

Actividad U: ¿Qué crees que debe ocurrir si el número de electrones que tiene el metal en su última capa no coincide con el número de electrones que le faltan al no metal para completar su última capa?

Ejemplo:

Veamos cómo se unen el Sodio (Na) con el Oxígeno (0) al que le faltan 2 electro­nes para completar su última capa para formar el óxido de Sodio.

Est. elect. Reacción de ionización

2-8-1 Na ¾¾® Na+


2 Na + 2 e ¾¾® 2 Na+

. .
2-8-6 : O : ¾¾® : O2– :
. .


O + 2 e ¾¾® 02–


2-8-1 Na ¾¾® Na+


Vemos que son necesarios 2 átomos de Na por cada uno de O, por lo que final­mente la estructura tendrá el doble número de cationes Na+ que de aniones O2–, lo que trae como conse­cuencia que la fórmula (empírica) sea “Na2O”.

Actividad V: ¿Qué fórmula tendrán los compuestos iónicos formados por: a) K y N; b) Ca y F; c) Ca y O; d) Al y S?

  • Haz en el cuaderno los ejercicios 28 y 29.

1.12.2.Enlace covalente.-


  • Se da entre dos átomos no-metálicos.

Al no existir átomos que cedan electrones, la posibilidad que les queda a los no-metales para completar su última capa electrónica es “compartir” uno o varios de los electrones de esta última capa, con objeto de que pueda haber electrones que puedan ser contabilizados por ambos átomos.

  • El número de electrones compartidos por un átomo se llama “valencia covalente” o “covalencia”.

Cuando se unen dos átomos no-metálicos puede ocurrir que sean iguales o distintos entre sí. Si se trata de dos átomos iguales hablaremos de enlace covalente “puro” y si los átomo que forman el enlace son distintos hablaremos de enlace covalente “polar”.

Ejemplo:

¿Cómo se unirán dos átomos de cloro (Cl) entre sí?

Como a ambos les falta “1 electrón” para completar su última capa (grupo VII), ninguno de los dos estará en disposición de ceder alguno de los “7 electrones” de ésta. Sin embargo, dos átomos de Cloro (Cl), compartiendo cada uno de ellos “1 electrón” de la última capa, podrán formar una molécula de Cloro (Cl2).

Actividad X: ¿Pueden los gases nobles formar enlaces covalentes?

Actividad Y: a) ¿Qué es valencia covalente? b) ¿Cual es valencia covalente de los siguientes ele­mentos: S, Br, P, K y N?

  • Haz en el cuaderno los ejercicios 30 y 31.

1.12.2.1.Representaciones de Lewis 


Para abreviar, representaremos a partir de ahora únicamente los electrones de la última capa (que son los únicos que intervienen en el enlace) con puntos los no compartidos, y con un guión que une ambos átomos cada pareja de electrones compartidos (uno de cada átomo). Es lo que se conoce como representación de Lewis.

E
·· ·· ·· ··
n el ejemplo anterior, la representación de Lewis será:


·· ·· ·· ··
: Cl · + · Cl : ¾¾® : Cl — Cl : Cl2


Ejemplo:

¿Cómo se formará la molécula de hidrógeno?

Los átomos de hidrógeno (H), pese a no tener más que un electrón son “no-metales”, pues nunca va a perder ese único electrón que tienen. Como la primera capa electrónica se completa únicamente con dos electrones, dos átomos de hidrógeno podrán compartir su electrón siguiendo el esquema: FÓRMULA

H · + · H ¾¾® H — H H2

Actividad Z: Escribe la representación de Lewis de los siguientes átomos neutros: C, P, S, Br.

Actividad AA: ¿Cómo podría formarse un enlace covalente puro si al elemento no-metálico le faltara más de 1 electrón para completar su última capa?

Ejemplo:

¿Cómo se unirán los átomos de oxigeno entre sí y los de nitrógeno entre si?

FÓRMULA


·· ·· ·· ··


: O : + : O : ¾¾® : O = O : O2


·· ·· ·· ··


N + N ¾¾® N º N N2

Podemos observar que en todos los casos vistos se forman moléculas dobles (con dos átomos) compartiéndose 2 parejas de electrones (4 e) en el primer caso, y 3 parejas de electrones (6 e) en el segundo caso, es decir, se comparten tantas parejas de electro­nes como electrones le falten para completar su última capa.

Sin embargo, esto no es siempre así. En algunos casos, se forman estructuras gi­gantes como en el caso del Carbono (diamante) y del cuarzo (SiO2), tal y como observa­mos en la figura, dada la imposibilidad geométrica que tienen los átomos con 4 electrones en la última capa (C, Si) de formar enlaces cuádruples.

Existen otros enlaces covalentes en los que intervienen átomos diferentes en su formación, siempre que éstos sean ambos “no metales”:

Ejemplo:

¿Cómo se formará el cloruro de hidrógeno (compuesto formado por cloro e hidrógeno) y el agua (compuesto formado por oxígeno e hidrógeno)?

a
·· ··
) FÓRMULA



·· ··
H · + · Cl : ¾¾® H — Cl : HCl


·· ··

b)



·· ··
H · + · O · + · H ¾¾® H — O — H H2O
Actividad AB: Representa el enlace que se dará entre las siguientes parejas de átomos usando la representación de Lewis indicando la fórmula final del elemento o compuesto: a) Br y Br; b) O y F; c) N e H; d) C y Cl; e) C y O.

  • Haz en el cuaderno los ejercicios 32 y 33.
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