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UNIDAD 3 “CONSTITUCIÓN DE LA MATERIA”
1. CONSTITUCIÓN DE LA MATERIA
Al hombre desde la antigüedad le ha interesado conocer de que estaba
constituida la materia, pero no fue hasta el siglo XVII cuando se estableció el
primer criterio moderno: fue el irlandés Robert Boyle el que definió elemento
como una sustancia básica que puede combinarse con otros elementos para
formar compuestos, y que, por el contrario, no puede descomponerse en una
sustancia más simple. Un siglo más tarde, Henry Cavendish demostró que el
agua estaba formada por hidrógeno y oxígeno, y también Lavoisier comprobó
que el aire estaba constituido entre otros gases por nitrógeno y oxígeno, y así
se acabó por fin con la idea de que el aire y el agua eran elementos, tal como
había dicho Aristóteles varios siglos antes.
Todas las sustancias que existen en el Universo tienen en común que
están formadas por átomos, combinados de múltiples maneras diferentes.
1.1. El modelo atómico de Dalton
La teoría atómica de Dalton tiene los siguientes postulados:
… (Consulta el ejercicio 3.1.3. de tu unidad).
1.2. El modelo atómico actual
Fue Rutherford, en 1911, quien estableció el modelo nuclear del átomo.
Según este modelo, todo átomo está formado por núcleo y corteza. En el
núcleo se encuentran los protones (partículas con carga positiva) y en la
corteza se encuentran los electrones (partículas con carga negativa) que
describen órbitas alrededor del núcleo, de forma similar a como lo hacen los
planetas alrededor del Sol. La fuerza centrífuga de los electrones está
contrarrestada por la atracción electrostática ejercida por los protones del
núcleo. Así justifica Rutherford la estabilidad del átomo.
Posteriormente, en 1913, el físico danés Niels Bohr corrigió el modelo de
Rutherford introduciendo la idea de que los electrones se encuentran en
diferentes niveles de energía alrededor del núcleo, pero hasta 1932, en que
James Chadwick descubrió la tercera partícula fundamental, el neutrón
(partícula sin carga que se encuentra en el núcleo), no se pudo completar el
modelo básico de la estructura del átomo.
2. ELEMENTOS QUÍMICOS
Llamamos número atómico al número de protones que un átomo tiene
en su núcleo. Se representa por la letra Z. Si el átomo es neutro, dicho número
coincide con el número de electrones.
Llamamos número másico a la suma del número de los protones y de
los neutrones que un átomo tiene en su núcleo. Se representa por la letra A.
Un elemento químico representa a una clase de átomos que tienen
todos ellos el mismo número de protones. Cada elemento tiene un número de
protones (número atómico) diferente. Desde un punto de vista químico se
define elemento como toda sustancia que no puede ser descompuesta en
otras más sencillas.
2.1. Los símbolos de los elementos químicos
Para expresar los elementos químicos de forma que todo el mundo los
reconozca se acordó representarlos por un símbolo. El símbolo, en general,
está formado por una letra (escrita en mayúscula), que se corresponde con la
primera letra del nombre del elemento en latín. Si hay más de uno con la
misma inicial se le añade una segunda letra minúscula. Por ejemplo, C es el
Carbono, Ca es el Calcio, Ce el Cerio, Co el Cobalto, ..........
Los elementos químicos también forman parte de la materia viva, como
por ejemplo:
- el hierro, que se encuentra en la sangre y permite el transporte de oxígeno
hasta las células.
- el cloro, que forma parte de la clorofila de las células vegetales de las plantas.
- el calcio, constituyente fundamental de los huesos de los vertebrados.
- el fósforo, presente en el sistema nervioso, y que favorece la transmisión de
los impulsos nerviosos.
3. LA TABLA PERIÓDICA
Según se fueron conociendo y descubriendo más elementos químicos se
vio la necesidad de organizarlos de alguna manera. Se sucedieron varios
intentos, hasta que en el siglo XIX, dos científicos, uno alemán, Meier, y otro
ruso, Mendeleiev, trabajando de forma independiente, clasificaron de manera
similar los elementos químicos conocidos hasta ese momento (63,
aproximadamente), en lo que se llama el Sistema Periódico de los Elementos.
En dicho sistema, o tabla, los elementos aparecen ordenados por orden
creciente de su número atómico, de tal manera que una fila siempre acaba en
un gas noble. Además, todos los elementos que están en una misma columna
tienen unas propiedades químicas similares.
Así, todo elemento químico de la tabla está identificado por tres
números:
- el número atómico, que indica el número de protones (igual que el de
electrones, si el átomo está neutro).
- el número de fila, que indica el número de capas o niveles de energía en que
tiene distribuidos los electrones.
- el número de columna, que indica el número de electrones que tiene en el
último nivel.
NOTA 1: No olvides repasar el ejercicio 3.3.2. para aprender como representar
un átomo.
Estudia las siguientes columnas de la tabla periódica:
1
2
3
4
5
6
7
8
1
2
H
He
Hidrógeno
3
Li
4
Be
Litio
B
Berilio
11
Na
K
Potasio
37
Rb
Rubidio
P
F
Oxígeno
15
9
Flúor
16
S
Helio
10
Ne
Neón
17
Cl
18
Ar
Silicio
32
Ge
Fósforo
33
As
Azufre
34
Se
Cloro
35
Br
Argón
36
Kr
Germanio
49
50
In
Sn
Arsénico
51
Sb
Selenio
52
Te
Bromo
53
I
Kriptón
54
Xe
Antimonio
Teluro
Calcio
38
Sr
Galio
Estroncio
Indio
55
8
O
Nitrógeno
14
Si
Aluminio
31
Ga
7
N
Carbono
13
Al
Magnesio
19
20
Ca
6
C
Boro
12
Mg
Sodio
5
56
Estaño
81
82
83
Yodo
84
Xenón
85
86
Cs
Ba
Tl
Pb
Bi
Po
At
Rn
Cesio
Bario
Talio
Plomo
Bismuto
Polonio
Astato
Radón
87
88
Fr
Ra
Francio
Radio
Aprende también los símbolos de los elementos siguientes:
Cromo: Cr
Manganeso: Mn
Hierro: Fe
Cobalto: Co
Níquel: Ni
Cobre: Cu
Zinc: Zn
Plata: Ag
Cadmio: Cd
Platino: Pt
Oro: Au
Mercurio: Hg
4. SUSTANCIAS SIMPLES Y COMPUESTAS
Una sustancia está formada por la agrupación de dos o más átomos. A
la unión de más de dos átomos se le llama molécula. A la representación
abreviada de los átomos que forman una molécula se le llama fórmula, por
ejemplo, la fórmula del agua es H2O.
Una molécula es la parte más pequeña de una sustancia que conserva
las propiedades características de dicha sustancia.
Las sustancias, a su vez, pueden ser simples o compuestas. Llamamos
sustancia simple a aquella cuya molécula contiene átomos de un único
elemento químico, por ejemplo, el oxígeno del aire es O 2 (está formado por 2
átomos de oxígeno). Llamamos sustancia compuesta a aquella cuya
molécula está formada por varios átomos diferentes, por ejemplo, el agua es
H2O, y contiene 2 átomos de hidrógeno y 1 de oxígeno.
Llamamos red cristalina a la estructura ordenada de átomos que
forman ciertas sustancias, como las sales o los metales. Cuando esta
estructura interna se manifiesta de manera externa, haciendo que esas
sustancias tengan formas geométricas hablamos de cristales.
4.1. Enlaces químicos
Un enlace químico es la unión de dos o más átomos para formar una
molécula. Los átomos se unen de diversas maneras usando sus electrones.
a) A veces, un átomo pierde electrones y queda con carga positiva. Esos
electrones pueden ser capturados por otro átomo, que entonces queda con
carga negativa. A esos átomos que tienen carga positiva o negativa les
llamamos iones. Pues bien, si dos iones de signo contrario están cerca, se
atraen hasta quedar unidos por medio de un enlace iónico.
b) En otros casos, los átomos de algunos elementos no pierden ni ganan
electrones, sino que los comparten, quedando así unidos, formando una
molécula. Entonces, hablamos de enlace covalente.
Consulta el ejercicio 3.4.5. y anota también en qué se diferencian un
enlace iónico y de un enlace covalente.
5. LAS REACCIONES QUÍMICAS
Las reacciones químicas son cambios que se caracterizan por la
desaparición de unas sustancias, llamadas reactivos, y la aparición en su lugar
de otras distintas, a las que llamamos productos. Son ejemplos de reacciones
químicas la fotosíntesis, la respiración o la combustión. En las reacciones
químicas cambia la naturaleza de las sustancias.
Hay reacciones químicas en las cuales una sustancia se descompone en
otras, son reacciones de descomposición (por ejemplo, la combustión). Hay
otras reacciones en las que a partir de varias sustancias se forman otras, son
reacciones de síntesis (por ejemplo, la fotosíntesis).
En una reacción de descomposición, unas sustancias más complejas se
transforman en otras más sencillas, y se desprende energía, y en las
reacciones de síntesis unas sustancias más sencillas se transforman en otras
más complejas, para lo cual hay que dar energía.