ESTRUCTURA ATÓMICA, SISTEMA PERIÓDICO Y ENLACE

ESTRUCTURA ATÓMICA, SISTEMA PERIÓDICO Y ENLACE QUÍMICO
1. BREVE REPASO DE LA TEORIA ATOMICO-MOLECULAR DE LA MATERIA.
Para empezar este repaso, recordaremos las propiedades de los gases. Ello nos servirá para
establecer el modelo de estructura atómico-molecular de la materia.
A.1 Describid las características principales del comportamiento físico de los gases.
A.2 Plantead un modelo que explique el comportamiento de la materia en estado gaseoso.
Explicad con dicho modelo las propiedades mencionadas en la actividad anterior.
A.3 Generalización de la hipótesis atómica a toda la materia, es decir, extensión del modelo
corpuscular de la materia a sólidos y líquidos.
A.4 Admitiendo que todas las sustancias están formadas por partículas, ¿cómo se explica la
existencia de elementos distintos?, ¿y la de compuestos? Representad, según la teoría
corpuscular, las partículas de un elemento y las de un compuesto.
A.5 Justificad, a partir de las ideas anteriores, el hecho de que sólo exista un centenar de
elementos y más de dos millones de compuestos.
A.6 En el dibujo adjunto se
representa una
A
colección de moléculas de varias sustancias.
B
Identificad cada una de las distintas sustancias
C
representadas, escribid su fórmula química y decid
cuáles son compuestos y cuales son elementos.
A.7 Representad una molécula de las siguientes sustancias químicas: Monóxido de carbono
(CO), metano (CH4), ácido sulfúrico (H2SO4), Oxígeno (O2), Azufre (S8)
2 MODELOS ATÓMICOS
Ahora estudiaremos con más detalle la estructura íntima de la materia y conoceremos los
principales tipos de enlace entre los átomos que hacen estables a las sustancias químicas. El
punto de partida de este estudio será cuestionar la imagen simplista de los átomos como
supuestas partículas simples o macizas, sin estructura interna.
A.8 Mencionad algún hecho que cuestione la idea, postulada inicialmente por Dalton, de que los
átomos son partículas simples e indivisibles, sin estructura ni componentes internos.
A.9 Realización de experiencias sencillas sobre electrización y resumen de la información
disponible sobre el comportamiento eléctrico de la materia antes del desarrollo del modelo
atómico de Thomson
A.10 Exposición del modelo atómico de Thomson
A.11 Representad, siguiendo el modelo de Thomson, los átomos de hidrógeno, de helio y de
litio
El descubrimiento de la radiactividad puso a prueba el modelo de Thomson con experimentos
donde se bombardeaba la materia con partículas muy rápidas y cargadas positivamente.
A.12 Exposición del diseño del experimento de Rutherford. ¿Qué resultado cabe esperar de la
experiencia, teniendo en cuenta el modelo de Thomson?
A.13 Exposición de los resultados obtenidos en la experiencia de Rutherford. ¿Qué tipo de
estructura atómica sugieren?
A.14 Mediante los resultados obtenidos con el experimento de Rutherford se pudo determinar la
carga del núcleo de una serie de elementos. Se comprobó que en todos los casos el valor de
dicha carga coincide con el número de orden del elemento en el sistema periódico o número
atómico. Teniendo esto en cuenta, dad, según el modelo de Rutherford, la estructura atómica de
H, He, N, Mg, Pb y U.
A.15 Según las leyes del electromagnetismo las cargas aceleradas han de emitir energía. ¿Qué
supone esto para el modelo de Rutherford?
Los problemas que no encontraron solución en el modelo de Rutherford, junto con otros que no
hemos mencionado, no se resolvieron en el marco de la Física Clásica y sólo pudieron
entendidos ser en el marco de la Física Moderna, cuyo estudio corresponde al nivel de
bachillerato. En este curso no nos vamos a adentrar en el terreno de la Física Moderna, pero sí
veremos una imagen atómica más correcta a partir de algunos hechos conocidos.
A.16 Admitiendo la existencia de un núcleo positivo en el que está concentrada la casi totalidad
de la masa del átomo y de electrones en torno a él, realizad una estimación acerca de cómo es de
prever que varíen las sucesivas energías de ionización (Ei) de un átomo con varios electrones.
A.17 En la tabla adjunta se dan las Ei sucesivas para el átomo de sodio. Representad
gráficamente estos datos y extraed conclusiones acerca de la disposición de los electrones en el
átomo de sodio
Ei (J·10-19)
8 75 115 158 222 276 333 423 480 2341 2648
electrón extraído
1º 2º 3º
4º
5º 6º
7º
8º
9º
10º
11º
En el sistema periódico, el número atómico constituye el principio ordenador único de todos los
elementos. Además, dicha ordenación descubre semejanzas y diferencias entre los distintos
elementos.
A.18 Determinad las estructuras atómicas (núcleo y estructura electrónica) de algunas de las
familias del sistema periódico (p.e, Li, Na y K; Be, Mg y Ca; O y S; F, Cl y Br) Decid en qué
reside la similitud entre los elementos de cada familia.
A.19 ¿Cuál es la características desde el punto de vista electrónico de la familia de los gases
nobles (He, Ne, Ar,..)?
3. INICIACION AL ESTUDIO DEL ENLACE QUIMICO.
Acabamos de ver que el modelo basado en la disposición electrónica en capas sucesivas explica
analogías y diferencias que denota la ordenación periódica de los elementos. Ahora veremos que
también es útil para avanzar en la comprensión del problema del enlace químico.
A.20 Según lo visto hasta aquí, decid cuál es la estructura electrónica más estable ¿Por qué?
¿Cómo podrían evolucionar otros tipos de átomos (p.e., Na, Mg, F, N, etc) si se les aporta la
energía necesaria para alterar su estructura electrónica?
La regla del octeto no es general. Solamente la cumplen, no sin excepciones, unos pocos
elementos. Sin embargo, esta regla es muy útil para entender básicamente los principales
mecanismos de unión de los átomos. A esto dedicaremos el resto del tema.
3.1 Enlace iónico
A.21 Explicación de un proceso teórico que justifica la formación de la sal común (NaCl), a
partir de átomos de cloro y de sodio.
A.22 Haced lo mismo que en la actividad anterior respecto de las siguientes sustancias: cloruro
de magnesio (a partir de Cl y Mg), oxido de litio (a partir de O y Li), sulfuro de potasio (a partir
de S y K) y oxido de calcio (a partir de O y Ca)
A.23 Breve resumen de algunas propiedades que tienen las sustancias iónicas
3.2 Enlace covalente puro
A.24 Explicación de un proceso que justifica la existencia de moléculas de hidrógeno (H2)
A.25 Haced lo mismo que en la actividad anterior para explicar la existencia de moléculas de:
Cloro. b) Oxígeno. c) Nitrógeno.
A.26 Breve resumen de algunas propiedades que tienen las sustancias covalentes puras
3.3 Enlace covalente polar
A.27 Explicación de un proceso que justifica la existencia de moléculas de cloruro de hidrógeno
(HCl)
A.28 Haced lo mismo que en la actividad anterior para explicar la estructura de las moléculas
de: a) Agua (a partir de O e H) b) Amoniaco (a partir de N e H)
A.29 Breve resumen de las propiedades de las estas sustancias con enlaces covalentes polares
3.4 Enlace metálico
A.30 Explicación de un proceso que justifica la existencia de cristales de sodio metálico (Na)
A.31 Haced lo mismo que en la actividad anterior para explicar la existencia de: a) Calcio. b)
Aluminio. c) Cobre.
A.32 Resumen de las propiedades básicas de los metales
4. INTRODUCCIÓN A LA FORMULACIÓN QUÍMICA
A.33 Normas de formulación y nomenclatura de algunas sustancias químicas similares a las
vistas en el apartado anterior.