TEMA 5. Elementos y compuestos 1 CLASIFICACIÓN DE LOS ELEMENTOS

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1 TEMA 5 Elementos y compuestos 1 CLASIFICACIÓN DE LOS ELEMENTOS La primera clasificación de los elementos fue la que distinguió entre metales y no metales y se basaba en el aspecto que presentaban los elementos y en sus propiedades físicas. Propiedades físicas características de los elementos Metálicos Poseen brillo metálico (lustre metálico) Son opacos Son buenos conductores del calor y la corriente eléctrica Son maleables y dúctiles, es decir, Pueden formar láminas delgadas y alambres Excepto el Hg, son sólidos a temperatura ambiente, y la mayoría tiene elevados puntos de fusión. No metálicos No poseen brillo metálico Son malos conductores del calor y la electricidad. A temperatura ambiente pueden ser sólidos, líquidos o gases. En estados sólido son frágiles, esto es, se rompen con facilidad. En general, los sólidos tienen puntos de fusión bajos, y los líquidos, puntos de ebullición también bajos. En la tabla periódica actual, los elementos se ordenan de izquierda a derecha y de arriba abajo, en orden creciente de su número atómico, (Z). Se estructura en 18 grupos y 7 períodos. Z = Número atómico.- Es el número de protones presentes en el núcleo de un átomo. Si se trata de un átomo neutro, entonces, el número de protones es igual al número de electrones situados en la corteza del átomo. Los elementos con el mismo número de electrones en su última capa presentan las mismas propiedades química y están situados en un mismo grupo. Gupo = Familia = Columna. Los elementos que tienen el mismo número de capas electrónicas se sitúan en un mismo período. Períodos = Filas. La Tabla Periódica agrupa los elementos químicos en 18 Grupos o familias (columnas verticales) y en 7 Periodos (filas horizontales)

2 Dos inconvenientes de la Tabla Periódica actual son: 1- El hidrógeno ( H ) no ocupa un lugar adecuado en la tabla, pues sus propiedades no se parecen a las de ningún grupo de los elementos de los distintos grupos. Está en el grupo 1 por tener solo un electrón. 2- Los Lantánidos (Z = 58-71) y los Actínidos (Z = ) no están situados dentro de la tabla. Las propiedades metálicas de los elementos aumentan dentro de un mismo período a medida que nos desplazamos hacia la izquierda y disminuyen conforme nos deplazamos hacia la derecha. Dentro de un mismo grupo aumentan a medida que bajamos en él y disminuyen conforme subimos. Resumiendo: El carácter metálico aumenta en la tabla periódica hacia la izquierda y hacia abajo. 2 AGRUPACIONES DE LOS ÁTOMOS EN LA MATERIA 2.1 Agrupaciones de átomos iguales (en los elementos) i- Como átomos aislados: los gases nobles Resuelve el reflexiona de la página 104. Los elementos del grupo 18, los gases nobles, se encuentran en la naturaleza en forma de átomos aislados. A temperatura ambiente son gases y todos tienen 8 electrones en su capa más externa, excepto el helio que tiene 2. Esta estructura (8 e - s) es la más estable posible y es la responsable de su escasa reactividad, por eso su nombre, gases nobles o inertes. El resto de los elementos trata de alcanzar los ocho electrones en su última capa (dos, en el caso del hidrógeno), lo que da lugar a las moléculas o cristales. ii- Formando moléculas: los otros elementos no metálicos Resolver el reflexiona de la página 105 Qué es una molécula? Una agrupación de dos o más átomos Los elementos como el hidrógeno (H 2 ), el oxígeno (O 2 ), el nitrógeno (N 2 ), el Flúor (F 2 ), el cloro (Cl 2 ), el Bromo (Br 2 ) y el yodo (I 2 ) se presentan como moléculas diatómicas. Se trata de elementos gaseosos ( excepto el bromo y el yodo) que no conducen la corriente eléctrica. Formación de una molécula de hidrógeno (H 2 ) por compartición de electrones (Enlace covalente)

3 Molécula de hidrógeno (H 2 ) Los dos electrones pertenecen a los dos átomos (son compartidos). Enlace covalente Formación de una molécula de flúor (F 2 ) Molécula flúor (F 2 ) iii- Formando cristales: elementos no metálicos Los cristales son sólidos cuyas partículas se ordenan conforme a un patrón que se repite en las tres direcciones del espacio. El carbono se presenta en dos formas: diamante y grafito. El carbono tiene Z = 6 Estructura del átomo de carbono 6 electrones (verde); 6 protones (rojo) y 6 neutrones (azul) Núcleo atómico en el centro y corteza electrónica en el exterior.

4 GRAFITO El carbono forma láminas planas, cada átomo de carbono se une a otros tres átomos formando una red hexagonal plana. Estas redes planas se encuentran enlazadas entre sí de forma más débil que los átomos de carbono en la red hexagonal. DIAMANTE Estructura cristalina formada por átomos de carbono en estructura tetraédrica. Cada átomo de carbono está unido a otros 4 átomos. iv- Formando cristales: elementos metálicos Todos los metales, excepto el mercurio, son sólidos cristalinos a temperatura ambiente. La mayoría son duros, conducen la corriente eléctrica y son dúctiles y maleables. Supongamos que tenemos un conjunto de átomos de un elemento metálico que están separados y que se van aproximando hasta situarse lo más cerca posible unos de otros. Cuando esto ocurre, las capas exteriores de los átomos se superponen (solapan) por completo,

5 y cualquier electrón procedente inicialmente de una capa electrónica concreta no se encuentra ahora asociado a ningún átomo en particular, sino que es compartido por todos los átomos del conjunto. Se ha formado un cristal metálico. En un cristal metálico, las partículas que forman la red son cationes, es decir, átomos a los que le falta uno o más electrones. Como loa átomos de un metal están unidos de un modo muy compacto, los metales son bastante duros; sin embargo, es posible estirarlos hasta formar alambres, ya que es posible mover toda una capa de átomos sobre otra. El hecho de que los electrones se puedan mover con facilidad a través de las redes de los metales explica que estos sean buenos conductores de la electricidad. El dibujo que mejor describe la estructura cristalina de los metales lo puedes ver en el libro de texto en la página 107, donde puedes observar como los nudos de la red están ocupados por los cationes; átomos positivos;(color rojo) del metal y los electrones (azul) se mueven libremente. 2.2 Agrupaciones de átomos diferentes (en los compuestos) Los átomos diferentes se unen entre sí para formar compuestos dando lugar a moléculas o a cristales i- Formando moléculas: Los elementos no metálicos. (HCl= Cloruro de hidrógeno; H 2O = Agua; NH 3 = Amoniaco; CH 4 = Metano; CO 2 = Dióxido de carbono etc.,) Tienen bajos puntos de fusión y ebullición. Excepto el agua todos son gases a temperatura ambiente. Estos compuestos se caracterizan por: No conducen la electricidad. El agua es líquida a temperatura ambiente debido a que forma un dipolo, pareja de cargas (+) y (-) y presenta un tipo de interacción entre sus moléculas que se llama Puente de hidrógeno que hace que las moleculas estén ligadas, mucho menos libres que en el estado gaseoso. Tarea: Obseva el esquema electrónico de la molécula de agua de la página 108

6 ii- Formando cristales: covalentes o iónicos Cristales covalentes: Cuarzo (dióxido de silicio = SiO 2) En el cuarzo cada átomo de silicio está unido a 4 átomos de oxígeno y cada átomo de oxígeno, a su vez, está unido a dos átomos de silicio. iii- Cristales iónicos: NaCl y todas las sales Cuando los metales se unen a los no metales lo hacen mediante la formación de iones de distinto signo que se atraen y se agrupan formando cristales iónicos. Estas sustancias poseen altos puntos de fusión y ebullición, se disuelven muy bien en agua y no conducen la corriente eléctrica en estado sólido, aunque sí lo hacen fundidos o disueltos en agua. Para formar la red iónica se necesita que se formen los iones Na+ y Cl- y esto solo es posible entre átomos muy distantes en la tabla periódica, así el sodio cede muy fácilmente 1 electrón y se carga positivamente. Simultáneamente el cloro gana muy fácilmente 1 electrón y se carga negativamente.

7 Tarea: Lee atentamente como las cinco propiedades de los cristales iónicos; tipo NaCl; se pueden explicar (justificar) de acuerdo con su estructura, página Masa molecular relativa Las masas atómicas relativas (A) aparecen en la tabla periódica (en la parte superior derecha de la cuadrícula de cada átomo) y no deben confundirse son el número atómico (Z). Ejemplos: H(Z = 1, A = 1), C(Z = 6, A = 12), O(Z = 8; A =16), N(Z = 7, A = 14), Na (Z = 11, A = 23) Tarea: Consulta la tabla y comprueba que sabes diferenciar ambos datos. La masa molecular relativa de un elemento o un compuesto es igual a la suma de las masas atómicas relativas de los átomos que aparecen en la fórmula. Ejemplos: Hidrógeno: se representa como H 2 y su masa molecular relativa = M m = 2 x 1 = 2 Oxígeno: se representa como O 2 y su M m = 2 x 16 = 32 Nitrógeno: se representa como N 2 y su M m = 2 x 14 = 28 Agua: se representa como H 2 O y su M m = 2 x x 16 = 18 Dióxido de carbono = CO 2 y su M m = 1 x x 16 = 44 Amoniaco = NH 3 y su M m = 1 x x 1 = Composición centesimal El conocimiento de la fórmula de un compuesto permite calcular la composición centesimal de los elementos que lo forman. Si el compuesto tiene por fórmula A z B y, su composición centesimal es: % de A = [(z x Masa atómica relativa de A)/ M m A z B y )] x 100 % de B = [(y x Masa atómica relativa de B)/Mm A z B y )] x 100

8 Ejemplo: Cálculo de la composición centesimal del amoniaco NH 3 De la Tabla periódica las masas atómicas son: N = 14 e H = 1 % N = [(1 x 14 )/ (1 x x 1)] x 100 = 82,35 % de N % H = [(3 x 1 )/ (1 x x 1)] x 100 = 17,65 % de H