Química - Bloque 2 - Los cuerpos y la materia
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BLOQUE DOS Los cuerpos y la materia 1.1 Clasificación de la materia. 1.2 Definición y estados físicos de la materia. 1.3 Sustancias y mezclas. 1.4 Elementos. 1.5 La ley periódica. 1.6 Disposición de la Tabla Periódica. 1.7 Períodos y grupos de elementos. 1.8 Predicción de fórmulas mediante el uso de la Tabla Periódica. MEZCLAS Y SOLUCIONES AL FINALIZAR EL PRESENTE BLOQUE DESARROLLARÁS LAS SIGUIENTES DESTREZAS CON CRITERIOS DE DESEMPEÑO Determinar las características de la materia y sus estados físicos con la observación e interpretación de dibujos, videos o diagramas. Identificar sustancias y mezclas con la observación física de muestras de cada una de ellas. Describir un elemento y los primeros intentos por clasificarlos sobre la base de la observación de material audiovisual histórico – científico y de la identificación de su estructura básica. Reconocer la importancia de la ley periódica desde la observación crítica de una tabla periódica moderna, de la explicación sobre la disposición de la tabla periódica y sus utilidades. …….. Y LOS SIGUIENTES INDICADORES NOS DARÁN CUENTA DE TU PROCESO Explica la ley periódica y la demuestra en una tabla periódica real. Resume las características principales de la organización de la Tabla Periódica de elementos y la información que nos brinda. Para iniciar este bloque es necesario que contestes las siguientes preguntas: ¿Cuáles son las características de la materia? ¿Qué nombre reciben los diferentes estados de agregación molecular de la materia? ¿Qué es una sustancia pura? ¿Qué es una mezcla? ¿Qué es un elemento? ¿Por qué crees que se hizo necesario clasificar a los elementos químicos? TEMA UNO DEFINICIÓN Y CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA Lee con atención Antimateria La “antimateria” de la que seguramente escuchaste hablar alguna vez, es igualmente materia, tal como la materia que conocemos pero con una característica que la hace importante, se ha descubierto que al unir una partícula de materia con su antipartícula, las dos se convierten en energía, misma que es liberada y bien podría ser aprovechada. Estas partículas se pueden crear en laboratorio, ya no se trata de una simple teoría sino de un hecho comprobado y real. La energía que se desprende al juntar una partícula con su antipartícula es enorme, el problema es que para crear la antimateria se necesita todavía más energía de la que luego se genera, pero en un futuro si se encuentra una fuente de antimateria se podrá generar energía de esta manera. ¡Impresionante! Esta es otra evidencia concreta de la relación que existe entre la materia y la energía. Adaptación http://yulianmm.blogspot.com/2006/03/antimateria-y-materia-oscura.html ANTIMATERIA Y MATERIA Contesta en tu cuaderno, las siguientes preguntas: 1.- ¿Cómo definirías el término “antimateria”? 2.- ¿Qué usos podríamos dar a la antimateria? 3.- ¿Dónde podríamos encontrar fuentes de antimateria? 4.- ¿Podrías comentar dos razones por las que se dice que la materia y la energía están relacionadas? SIEMPRE…….PIENSA INTRODUCCIÓN Si miras a tu alrededor, podrás observar que todos los cuerpos están formados por materia, no importa su forma ni su tamaño o estado. Un cuerpo es una porción limitada de materia, es decir, que tiene unas fronteras definidas, como una hoja de papel, un lápiz o un borrador; varios cuerpos constituyen un sistema material. Sin embargo debemos indicarte que no todos los cuerpos están formados por el mismo tipo de materia, sino que están compuestos de sustancias diferentes. Si deseáramos examinar la sustancia de la que está compuesto un cuerpo, se lo puede dividir hasta llegar a las moléculas que lo componen. Estas partículas son tan diminutas que no son observables a simple vista pero pese a ser tan pequeñas, conservan todas las propiedades del cuerpo completo. Además, las moléculas pueden dividirse en los elementos que las forman, conocidos con el nombre de átomos. LA MATERIA, SU DEFINICIÓN Como te podrás haber dado cuenta, gran parte de las cosas que necesitamos para desarrollar nuestras actividades diarias están compuestas por materia y es la Química la que se ocupa por estudiar la composición y las transformaciones que sufre la materia. El químico estudia las propiedades de la materia para poder identificar, clasificar y dar usos a sus componentes. GRACIAS A LA QUÍMICA EXISTEN NUEVOS MATERIALES La materia es una palabra que proviene del vocablo latino materia, y es la realidad perceptible por los sentidos que constituye junto a la energía lo que se conoce como mundo físico. Podemos decir también que materia es todo aquello que tiene masa, volumen, ocupa un lugar en el espacio y puede ser percibida de la misma forma por diversos sujetos. Se considera que es la parte sensible de los objetos, es decir, es lo perceptible o detectable por medios físicos, dicho de otra forma, es todo aquello que ocupa un sitio en el espacio, se puede tocar, sentir, medir, entre otros. Nuestros sentidos como: la vista, oído, tacto, gusto y olfato, son los receptores de toda la información sobre lo que nos rodea. Percibimos objetos de diferentes clases, formas, tamaños, sabores, olores, colores, etc. Todos estos objetos que nos presenta la naturaleza tienen masa y están formados por materia que ocupa un lugar en el espacio. Investigación individual.- En el cuaderno del estudiante, desarrollar el siguiente proceso: 1.- Como podrás darte cuenta, un lápiz es materia. ¿Cómo medirías su masa?, ¿Qué instrumento usarías? y ¿de qué manera medirías su volumen? 2.- El amor, un aroma, el agotamiento. ¿Serán materia?, ¿Por qué? 3.- Imagina una balanza con dos globos, uno en cada extremo. Uno de ellos lleno de aire y el otro vacío. ¿Cuál pesará más?, ¿Por qué?, ¿El aire, es materia? Ahora, CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA Con el objetivo de sistematizar de mejor forma el estudio de la materia, los científicos la han clasificado en dos categorías principales: sustancias puras y mezclas. Sustancia pura, tiene una composición fija y un único conjunto de propiedades. Mezcla, compuesta de dos o más sustancias puras. Las sustancias puras pueden ser elementos o compuestos, mientras que las mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas: SUSTANCIAS PURAS - Elementos, son sustancias puras que no pueden ser descompuestas en otras sustancias puras más sencillas por ningún procedimiento, por ejemplo los elementos de la tabla periódica como el oxígeno, hierro, calcio, sodio, yodo, carbono, etc. Se los representa con su símbolo químico y se conocen aproximadamente 115. Pregunta: ¿Cuáles elementos son metales? Respuesta: 1. _____________ 2. _____________ 3. _____________ Pregunta: ¿Cuáles elementos son no metálicos? Respuesta: 1. _____________ 2. _____________ 3. _____________ - Compuestos, son sustancias puras que están formadas por dos o más elementos combinados en proporciones fijas. Los compuestos se pueden separar a través de procedimientos químicos en los elementos que los forman y que tienen propiedades diferentes a ellos, por ejemplo el agua, de fórmula H2O (líquida), está constituida por los elementos hidrógeno (gas) y oxígeno (gas) y se puede descomponer en estos elementos mediante la acción de una corriente eléctrica (electrólisis). Un compuesto se representa mediante una fórmula química que es la expresión cuantitativa y cualitativa de un elemento o compuesto. Por ejemplo, la fórmula para el ácido fosfórico es H3PO4, esto nos indica que la molécula de ácido fosfórico contiene 3 átomos de hidrógeno, 1 átomo de fósforo y 4 átomos de oxígeno. I II 1 2 III V VI VII VIII Elija los elementos por su nombre, símbolo y número atómico. H1 Li3 IV Be4 3 Na11 Mg12 Pinche aquí para acceder a la historia de la tabla periódica. He2 B5 C6 N7 O 8 F9 Ne10 Al13 Si14 P15 S16 Cl17 Ar18 4 K19 Ca20 Sc21 Ti22 V23 Cr24 Mn25 Fe26 Co27 Ni28 Cu29 Zn30 Ga31 Ge32 As33 Se34 Br35 Kr36 5 Rb37 Sr38 Y39 Zr40 Nb41 Mo42 Tc43 Ru44 Rh45 Pd46 Ag47 Cd48 In49 Sn50 Sb51 Te52 I53 Xe54 6 Cs55 Ba56 La57 Hf72 Ta73 W74 Re75 Os76 Ir77 Pt78 Au79 Hg80 Tl81 Pb82 Bi83 Po84 At85 Rn86 7 Fr 87 Ra 88 Ac Rf Db Sg Bh Hs Mt Uun Uuu Uub Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo 89 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 La57 Ce58 Pr59 Nd60 Pm61 Sm62 Eu63 Gd64 Tb65 Dy66 Ho67 Er68 Tm69 Yb70 Lu71 Ac89 Th90 Pa91 U92 Np93 Pu94 Am95 Cm96 Bk97 Cf98 Es99 Fm100 Md101 No102 Lr103 Read more: http://www.lenntech.es/periodica/tabla-periodica.htm#ixzz1rpjjJcnL Baúl de conceptos.Electrólisis.- Descomposición de un compuesto debido a la acción de la electricidad que circula por el recipiente que lo contiene. Fórmula química.- Representación de una combinación química donde se indican sus componentes y proporciones. Símbolo.- Letra o conjunto de letras convenidas con que se representa a un elemento. MEZCLAS Revisando el cuadro sobre los tipos de materia, las mezclas se encuentran formadas por dos o más sustancias puras en proporciones variables, se las ha clasificado en dos categorías que son: Mezclas homogéneas y Mezclas heterogéneas. - Mezclas homogéneas, son conocidas también con el nombre de Disoluciones, son mezclas en las que no se pueden distinguir sus componentes a simple vista, por ejemplo una disolución de sal en agua, el aire, una aleación plomo y estaño, etc. Estas mezclas se forman gracias a la capacidad que tienen ciertas sustancias de disolverse en otras, formando un “todo” homogéneo. Las mezclas homogéneas más importantes en química, están formadas por un disolvente líquido, generalmente el agua y uno o varios solutos sólidos, aunque podemos tener disoluciones con un disolvente líquido y un soluto también líquido, cuando dos líquidos se mezclan homogéneamente se dice que son miscibles, por ejemplo el agua y el alcohol, si no se mezclan homogéneamente decimos que son inmiscibles, por ejemplo el agua y el aceite fríos. DIFERENTES TIPOS DE DISOLUCIONES - Mezclas heterogéneas, en éstas, se pueden distinguir sus componentes a simple vista, por ejemplo: agua con aceite, granito (roca de minerales claros y oscuros), arena en agua, etc. MEZCLAS NO HOMOGÉNEAS O HETEROGÉNEAS ESTADOS DE AGREGACIÓN MOLECULAR DE LA MATERIA La materia se presenta en tres estados de agregación molecular, llamados también estados físicos o formas de agregación que son: sólido, líquido y gaseoso. Debido a las condiciones existentes en nuestro planeta, sólo algunas sustancias pueden hallarse de modo natural en los tres estados, por ejemplo el agua. La mayoría de sustancias se presentan en un estado específico y determinado; por ejemplo, los metales o las sustancias que constituyen los minerales se encuentran en estado sólido, otras como el mercurio están en estado líquido y finalmente otras como el oxígeno, el hidrógeno o el dióxido de carbono, en estado gaseoso. ESTADOS DE AGREGACIÓN DE LA MATERIA Cada estado de agregación molecular tiene sus características y propiedades como veremos más adelante. TIC´s científicos.- Ingresar a http://www.xatakaciencia.com/fisica/plasma-el-cuartoestado-de-la-materia e investigar sobre el llamado “cuarto estado de agregación de la materia”, luego el estudiante realizará un ensayo en el cuaderno, en él incluirá: Nombre del estado, una característica, un sitio donde lo podemos encontrar y una posible utilidad. Baúl de conceptos.Agregación.- Conjunto de partículas que forman un cuerpo. Componentes.- Forman parte de un cuerpo o de su composición. PROPIEDADES Y CAMBIOS DE FASE Como decíamos, cada uno de los estados de agregación molecular tiene sus propiedades y características específicas que las diferencian de los demás. CAMBIOS DE FASE El término “fase” se refiere a las siguientes formas de materia: gas (g), líquido (l), o sólido (s). La palabra fase es usada en lugar de estado, para evitar confusión con otras condiciones, como el estado de equilibrio. Los cambios de fase están asociados a absorción de energía calorífica (llamados procesos endotérmicos) o de liberación de energía calorífica (llamados procesos exotérmicos). Este cambio depende de la presión y temperatura, y del tipo de movimiento interno de las partículas que componen la sustancia. Así, en la fase sólida, las partículas (átomos o moléculas) se hallan en una posición compacta con pequeños espacios entre ellas. A nuestros ojos las partículas parecen estacionarias (que no tienen movimiento), pero se encuentran vibrando. En la fase gaseosa, las partículas están todas trasladándose, como también rotando y vibrando. Cuando se están trasladando, las moléculas pueden romper los enlaces intermoleculares que existen entre ellas y la distancia entre moléculas se hace grande. El grado de distribución al azar de una sustancia se define como entropía. LOS GASES OCUPAN TODO EL ESPACIO La fase líquida se caracteriza porque las partículas se encuentran vibrando y rotando. Sin embargo esta fase también es considerada como una fase intermedia en la cual las partículas tienen los tres movimientos descubiertos en la fase gaseosa, pero con un grado de movimiento restringido y con espacios limitados entre las partículas. El agua líquida es un buen ejemplo de esta fase. Rotación Vibración Traslación Cuando se adiciona energía calorífica, la temperatura de la sustancia se incrementa hasta que alcanza el punto de fusión. Al rato un cambio de fase toma lugar, la temperatura permanece constante hasta que toda la muestra se haya fundido. La temperatura empezará a subir hasta cuando se haya alcanzado el punto de ebullición. Esta temperatura se mantendrá hasta que todo el material cambie de fase líquida a fase gaseosa. Nota. El gráfico nos indica cambios de fase, la temperatura no cambia durante el cambio de fase correspondiente. La energía adicionada es utilizada en el cambio de energía potencial, por lo tanto, la energía cinética (temperatura) permanece constante. Si en lugar de aumentar energía calorífica, la disminuimos, la energía cinética de las moléculas se va a reducir, y por lo tanto, también su temperatura, obteniéndose los siguientes cambios de fase: condensación (gas a líquido), solidificación (líquido a sólido), como se muestra en el gráfico. El estudiante debe definir los siguientes conceptos: Gas: __________________________________________________________ Vapor: ________________________________________________________ 180 Cambios de fase Gas 160 T e 140 m p 120 e r a 100 t u 80 r a ebullición Condensación Líquido Fusión 60 e n 40 Sólido solidificación o C 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Tiempo SUSTANCIA PUNTO DE FUSIÓN (°C) PUNTO DE EBULLICIÓN (°C) 0° 100° Nitrógeno -210°C -196°C Cobre 1083°C 2600°C Plomo 328°C 1750°C Mercurio -39°C 357°C Agua Trabajo en equipo.- En las hojas de sus cuadernos, los estudiantes desarrollarán las siguientes actividades: 1.- Hagan una lista con las cinco sustancias anteriores y el estado en que las encontraríamos un día de verano cuya temperatura es de 23º 2.- Imagínense que vamos al planeta Urano, cuya temperatura es de 217 grados bajo cero (-217º). Vuelvan a hacer la lista con las cinco sustancias anteriores indicando en qué estado se encontraría cada una; imaginaremos que la atmósfera de Urano es semejante a la de la Tierra. 3.- Por último, vamos a la parte soleada de Mercurio. Su temperatura es de 423º. Vuelvan a hacer la lista con las cinco sustancias y sus estados; Igualmente imaginaremos que su atmósfera es similar a la nuestra. APRENDAMOS SOBRE LAS PROPIEDADES DE LA MATERIA Definimos “propiedad” a toda cualidad de la materia que puede ser apreciada por nuestros sentidos, por ejemplo el color, el sabor, el olor, la dureza, el peso, el volumen, etcétera. Se clasifican de la siguiente manera: Propiedades generales o extensivas.- Las propiedades generales de la materia se presentan tanto en la materia como en los cuerpos que son porciones limitadas de la misma. Propiedades particulares.- Son las que tienen determinadas clases de materia. Propiedades específicas o intensivas.- Las propiedades específicas de algunas sustancias sirven para distinguir unas sustancias de otras. Para una mejor comprensión analicemos este ejemplo: Si el color verde fuera una propiedad general de la materia, todos los cuerpos serían verdes; como no es así, el color verde únicamente es una propiedad específica de algunos cuerpos. Trabajo individual.- El estudiante deberá consultar en textos especializados sobre el tema, las propiedades físicas y químicas de las cinco sustancias citadas en la página anterior, luego realizará en su cuaderno un cuadro con la información que recopile de cada una, este trabajo será expuesto ante sus compañeros y compañeras. DEFINAMOS ALGUNAS PROPIEDADES GENERALES DE LA MATERIA A continuación definiremos algunas propiedades generales importantes: - Extensión.- Todos los cuerpos ocupan un lugar en el espacio, ese lugar es su volumen. - Impenetrabilidad.- Un mismo espacio no puede ser ocupado al mismo tiempo por dos cuerpos. - Inercia.- Tendencia que tienen los cuerpos de continuar en su estado de reposo o movimiento en que se encuentran si no hay una fuerza que los cambie de ese estado. - Divisibilidad.- Es la propiedad que tiene cualquier cuerpo de fragmentarse hasta llegar a las moléculas y los átomos. - Porosidad.- Los cuerpos están formados por partículas diminutas que dejan entre sí espacios vacíos llamados poros. Este cristal tiene poca porosidad. La esponja tiene mucha porosidad Elasticidad.- Propiedad que tienen los cuerpos de cambiar su forma cuando se les aplica una fuerza adecuada y de recobrar la forma original cuando se suspende la acción de la fuerza. La elasticidad tiene un límite, si se sobrepasa el cuerpo sufre una deformación permanente o se rompe. MATERIALES ELÁSTICOS Trabajo para la casa.- En esta página, con toda la intencionalidad, faltan las definiciones de otras dos propiedades generales de la materia, luego de mirar el cuadro de la página anterior y de consultar en sitios especializados, los estudiantes deberán describir dichas definiciones en sus cuadernos y adicionalmente deberán realizar un cuadro con cuatro diferencias entre ellas. Y PARA TERMINAR…. DEFINICIONES DE ALGUNAS PROPIEDADES PARTICULARES - Dureza.- Es la resistencia que ofrece un cuerpo a ser cortado, a ser penetrado y a ser rayado. La materia más dura que se conoce es el diamante. Son muy blandas materias como el jabón. DIAMANTE LS SUSTANCIA MÁS DURA - Tenacidad.- Es la resistencia que ofrece un cuerpo a ser roto o a ser deformado cuando se le golpea. Lo contrario es la fragilidad. El acero es tenaz y el vidrio es frágil. MATERIALES TENACES MATERIAL FRÁGIL - Ductilidad.- Es la propiedad que tienen algunas materias, principalmente los metales, de estirarse para formar hilos o alambres. Se elaboran alambres de hierro, cobre, aluminio. El oro y la plata son de los más dúctiles porque con ellos se obtienen hilos más delgados. - Maleabilidad.- Es la facilidad que tienen algunas materias como los metales para extenderse en láminas. Se hacen láminas de hierro, zinc, estaño, etc. el oro es el más maleable, sus láminas pueden ser muy delgadas. Definimos punto de fusión como la temperatura a la cual un sólido pasa al estado líquido y punto ebullición de una sustancia, como la temperatura a la cual un líquido hierve. - Peso específico.- Es el peso en gramos de un centímetro cúbico de sustancia. ¿Sabías qué? El yacimiento de Nambija, es una mina de oro (aurífera) en el caserío del mismo nombre, en la Provincia de Zamora Chinchipe. Se encuentra a 36 Km de la ciudad de Zamora, a 2600 msnm, debido a la codicia por el oro en la región, se vivió un clima de impunidad alimentado por el auge de la criminalidad y la delincuencia. Los sistemas precarios utilizados para la extracción de este mineral ha causado muchos muertos, además todos los desechos de esta explotación han sido vertidos al río Nambija, el cual hace tiempo era un río cristalino utilizado como balneario natural, ahora sólo quedan indicios de contaminación con mercurio y otros minerales. TEMA DOS LA NECESIDAD DE CLASIFICAR A LOS ELEMENTOS QUÍMICOS Lee con atención Las letras que no fueron invitadas a formar parte de la tabla periódica Si observamos con atención podremos ver que en la Tabla Periódica de los elementos químicos, la única letra del alfabeto que no está, es la jota (j). Pero ¿Cuál podría ser la causa?, lo que ocurre es que los nombres de los elementos químicos son abreviaciones que vienen de sus nombres en latín, y la J no existía en latín, más bien, la J es una transformación que sufrió la I, esto explica que la J también tenga un punto arriba. Inicialmente se le conoció como i holandesa. En otros lugares se le conoce como “i” larga. El nombre actual (“jota“) puede haber sido tomado de la “iota” griega aunque coincide con el nombre del baile español. Por eso no es de extrañar que la letra J no se encuentre en la Tabla Periódica, igual que también la letra Ñ, por razones similares. Adaptación http://www.planetacurioso.com/2006/11/29/%C2%BFsabias-que-la-letra-j-no-apareceen-la-tabla-periodica/ El estudiante debe contestar en su cuaderno las siguientes preguntas: 1. ¿Por qué se acudió al latín para que sea la base de la nominación de los elementos químicos?, ¿Por qué no se han utilizado idiomas contemporáneos como el nuestro?. 2. ¿Podrías escribir con la ayuda de tu profesor o profesora, los nombres completos en latín de algunos elementos de la tabla periódica?. 3. ¿Podrías comentarnos algunas razones por las que llegó un momento en la historia en el que era muy importante clasificar a los elementos químicos?. 4. ¿Podrías citar algunos aspectos en los que la tabla periódica ayude al trabajo de los hombres de ciencia?, ¿Cómo lo hace? INTRODUCCIÓN Conforme se iban descubriendo los elementos químicos, se desarrollaban estudios para conocer sus propiedades, estos trabajos pusieron de manifiesto las semejanzas que había entre algunos de ellos, este hecho motivó a los químicos a buscar formas para clasificar a los elementos, basados precisamente en estas semejanzas, no sólo con objeto de facilitar su conocimiento, sino para facilitar las investigaciones y los avances en el conocimiento de la materia. Para que comprendas mejor el proceso que se siguió para clasificar a los elementos químicos, te proponemos que supongas que tiene un grupo de frutas, las podrías clasificar por su color, por su sabor, por su tamaño, etc. Es decir, tienes diversas posibilidades de clasificación, todo dependerá del parámetro que tomes como referente. Ahora, volvamos a la realidad, cada fruta corresponde en este caso a un elemento químico, para clasificarlos, no te vas a referir a su color o sabor sino a otros parámetros más específicos y útiles como son sus propiedades químicas. Símbolos químicos utilizados por Dalton PRIMEROS INTENTOS PARA CLASIFICAR A LOS ELEMENTOS Antes de que contáramos con la actual clasificación de los elementos, hubieron intentos de establecer un orden en los elementos conocidos en función de su masa atómica, es así que aparece el trabajo desarrollado por Chancourtois con su obra llamada “tornillo telúrico”, el de Döbereiner con sus tríadas y el de Newlands con los primeros grupos y períodos conocidos y su ley de las octavas, mejorada luego por el científico Odling que desarrolló una clasificación más próxima a la de Mendeleiev. El interés y la necesidad de clasificar a los elementos surge porque a mediados del siglo XIX, el número de elementos que se conocía era tan grande que los químicos necesitaban con urgencia encontrar alguna propiedad, ley, regla, norma o ley que impusiera orden; en definitiva, clasificar a los elementos urgía, pues solamente de esta forma los hombres de ciencia podrían explicarse mejor los diferentes procesos que se dan en la naturaleza como la formación de compuestos o su descomposición. EL “TORNILLO TELÚRICO” DE CHANCOURTOIS Fotografía de Chancourtois En 1862, el francés A.E. Beguyer de Chancourtois (1819-1886) graficó las masas atómicas de los elementos en forma de hélice arrollada regularmente sobre un cilindro. Al dividir la base del cilindro en 16 partes se registró una lista de los elementos con propiedades similares en columnas verticales. Tituló a su trabajo Tornillo telúrico. Tomado de.- http://www.google.com.ec/imgres?imgurl= LAS TRIADAS DE DOBEREINER Johann Wolfgang Döbereiner (1780-1849), profesor de Química en la universidad de Jena, desarrolló otro intento de clasificación, cuando en 1817 mostró que el estroncio tenía una masa atómica aproximadamente igual a la media aritmética de las masas atómicas del Calcio y del Bario, elementos similares a él. Posteriormente mostró la existencia de más grupos como éste, a los que llamó triadas. Fotografía de Dobereiner Elemento Símbolo Peso Atómico Cloro Bromo Iodo Litio Sodio Potasio Azufre Selenio Teluro Cl Br I Li Na K S Se Te 35.5 80 127 7 23 39 32 79 126.7 Promedios para la Triada (127+35.5)/2=81.25 (7+39)/2=23 (32+126.7)/2=79.35 Tomado de.- http://cea.quimicae.unam.mx/~Estru/tabla/04_Clasifica.htm Baúl de conceptos: Hélice.- Curva espacial trazada en la superficie de un cilindro o de un cono, que va formando un ángulo constante con sus generatrices. La rosca de una tuerca tiene forma de hélice Telúrico.- Perteneciente, relativo o influenciado por la Tierra como planeta Triada.- En este caso, conjunto de tres elementos, especialmente vinculados entre sí. Curiosidades.- El Flúor fue el último de los no metales que se preparó en estado libre (sin tomar en cuenta a los gases nobles). Desde que fue descubierto en 1771 por el químico sueco Carl Wilhelm Scheele, pasaron 100 años hasta que el químico francés Henri Moissan lo aisló en 1886. Durante este período se realizaron numerosos intentos para obtenerlo. Entre los que lo abordaron sin conseguirlo, se incluyen grandes nombres de la historia de la química como: Faraday, Davy (descubridor del sodio, potasio, calcio y magnesio), Gay-Lussac y Thénard (descubridores del Boro). Algunos de los que lo intentaron murieron y la mayoría sufrieron graves envenenamientos por el flúor y sus compuestos, por esto se lo llegó a conocer como el elemento asesino. LEY DE LAS OCTAVAS DE NEWLANDS En 1864, el químico inglés John Alexander Reina Newlands comunicó al Royal College of Chemistry (Real Colegio de Química) su observación de que al ordenar los elementos en orden creciente de sus masas atómicas (prescindiendo del hidrógeno), el octavo elemento a partir de cualquier otro tenía unas propiedades muy similares al primero. En esta época, los llamados gases nobles no habían sido aún descubiertos. Esta ley mostraba una cierta ordenación de los elementos en familias (grupos), con propiedades muy parecidas entre sí y en Periodos, formados por ocho elementos cuyas propiedades iban variando progresivamente. El nombre de octavas se basa en la intención de Newlands de relacionar estas propiedades con la que existe en la escala de las notas musicales, por lo que dio a su descubrimiento el nombre de ley de las octavas. Como a partir del calcio dejaba de cumplirse esta regla, esta ordenación no fue apreciada por la comunidad científica que lo menospreció y ridiculizó, hasta que 23 años más tarde fue reconocido por la Royal Society, que concedió a Newlands su más alta condecoración, la medalla Davy. Ley de las octavas de Newlands 1 2 3 4 5 6 7 Li 6,9 Be 9,0 B 10,8 C 12,0 N 14,0 O 16,0 F 19,0 Na 23,0 Mg 24,3 Al 27,0 Si 28,1 P 31,0 S 32,1 Cl 35,5 K 39,0 Ca 40,0 MENDELÉIEV, MEYER Y MOSELEY PADRES DE LA LEY PERIÓDICA MODERNA En el año de 1869 Dimitri Ivanovich Mendeléiev de nacionalidad rusa, tomando como base la variación de las propiedades químicas de los elementos, y luego de un año aproximadamente, el científico alemán Lothar Meyer, basándose en la variación de los volúmenes de los átomos propusieron a la comunidad científica, sistemas de clasificación muy semejantes. Mendeléiev Lothar Meyer Los trabajos presentados por estos dos hombres de ciencia condujeron al establecimiento de la ley periódica de los elementos químicos, que dice: Las propiedades químicas y físicas similares ocurren periódicamente si los elementos se acomodan en orden creciente de sus masas atómicas, es decir, las propiedades de los elementos son función periódica de sus masas atómicas. Mendeléiev ha recibido el mayor crédito por este trabajo, seguramente porque fue más sólido y extenso, llegando incluso a predecir la existencia y propiedades de elementos desconocidos en ese tiempo, por ejemplo, en los casos del Galio (Ga) y del Germanio (Ge), desconocidos en esos años. Mendeléiev predijo su existencia y propiedades, refiriéndose a ellos como eka-aluminio y eka-silicio (eka = otro) debido a los nombres de los elementos que estaban sobre sus espacios en la tabla. Cuadro comparativo de las propiedades predichas por Mendeléiev para el Eka aluminio y las del Galio, cuando fue descubierto: Propiedad Eka-aluminio Galio masa atómica 68 69.3 densidad(g/cm3) 5.9 5.93 punto de fusión (°C) Bajo 30.15 Óxido Ea2O3 Ga2O3 fórmula del Cloruro Ea2Cl6 Ga2Cl6 Tomado de: http://es.wikipedia.org/wiki/Tabla_peri%C3%B3dica_de_Mendel%C3%A9yev Cuadro comparativo de las propiedades predichas por Mendeléiev para el Eka silicio y las del Germanio, cuando fue descubierto: Propiedad Eka-silicio Germanio masa atómica 72 72.53 densidad(g/cm3) 5.9 5.35 punto de fusión(°C) Alto 947 Color Negro Gris Electronegatividad (g/cm3) 4.7 4.7 Oxicidad base débil base débil punto de ebullición por debajo 100 °C 86 °C (GeCl4) densidad del cloruro (g/cm3) 1.9 1.9 Tomado de: http://es.wikipedia.org/wiki/Tabla_peri%C3%B3dica_de_Mendel%C3%A9yev Trabajo para la casa: Consultando en textos especializados o en Internet, los estudiantes deberán desarrollar los trabajos originales de Mendeléiev y Meyer y harán un análisis escrito de las similitudes entre ellos. EL NÚMERO ATÓMICO Y LA CONSOLIDACIÓN DE LA MODERNA LEY PERIÓDICA En el año 1913 el físico inglés Henry Moseley desarrolló el concepto de número atómico, basándose en los trabajos de Ernest Rutherford cuando propuso su modelo nuclear del átomo. Moseley Determinó las frecuencias de los rayos X emitidos después de que diferentes elementos eran bombardeaban con electrones de alta energía y se dio cuenta que cada elemento produce rayos X con una frecuencia propia de él; además, observó que por lo general la frecuencia aumentaba al aumentar la masa atómica. A Moseley se le ocurrió acomodar las frecuencias de rayos X en orden, asignándoles un número entero singular, el llamado número atómico de cada elemento. Ahora sabemos que dicho número atómico es igual al número de protones del núcleo como al de electrones de la corteza del átomo. El desarrollo de este concepto solucionó algunos desvíos preocupantes en la clasificación desarrollada por Mendeléiev, por ejemplo, al clasificar los elementos en orden creciente de sus masas atómicas, encontró que la del Argón (Ar) era mayor que la del potasio (K) y sin embargo, Mendeléiev se vio forzado a ubicar al Argón antes que al Potasio y no como hubiera correspondido atendiendo al orden creciente de las masas, de esta forma el Argón quedó ubicado con el resto de gases nobles y el potasio, que se comporta como un metal alcalino, quedó en la columna donde están el resto de metales que se comportan de forma similar a él. Por lo tanto, la premisa utilizada por todos los científicos hasta ese entonces para clasificar a los elementos, debió ser corregida, ahora los elementos están ordenados en forma creciente de sus números atómicos y de esta forma se solucionaron los desvíos que tanto preocupaban a Mendeléiev, ahora el Argón, por tener menor número atómico que el Potasio, está ubicado antes que él, donde realmente le corresponde, con toda lógica y desde luego el Potasio está plenamente justificado en el grupo de los metales alcalinos. Sus ubicaciones ya no están forzadas. LEY PERIÓDICA Las propiedades de los elementos químicos se repiten periódicamente cuando los elementos se disponen en orden creciente de su número atómico. Baúl de conceptos: - Frecuencia.- Número de oscilaciones, vibraciones u ondas por unidad de tiempo en cualquier fenómeno periódico. Modelo.- representación a escala reducida de alguna cosa. Periódico.- Con repetición a intervalos regulares. Premisa.- Idea que se toma de base para un razonamiento o proceso. Ciencia y realidad nacional.- Los estudiantes deberán consultar en textos especializados o en Internet y en su cuaderno deberán desarrollar un cuadro en donde den a conocer diez poblaciones o provincias que se caracterizan por tener fuentes de elementos químicos diversos. DISPOSICIÓN EN LA TABLA PERIÓDICA GRUPOS.- A las columnas o líneas verticales de elementos de la Tabla Periódica se les conoce como grupos. Todos los elementos que pertenecen a un grupo tienen la misma valencia atómica, y gracias a esto, tienen características o propiedades similares entre sí. Para citarte un ejemplo podemos decir que los elementos del grupo IIA (o grupo 2) tienen valencia de 2 (dos electrones en su último nivel de energía) y todos tienden a perder esos dos electrones y a enlazarse como iones positivos de carga +2. Otro ejemplo, los elementos que están ubicados en el último grupo de la derecha son los gases nobles o inertes, que tienen lleno su último nivel de energía con ocho electrones, es decir, tienen su octeto completo (excepto el Helio que se satura con dos electrones) y por ello, no son reactivos, decimos que su valencia atómica es 0. De acuerdo con la última recomendación de IUPAC, los grupos de la tabla periódica deberán estar numerados de izquierda a derecha con números arábigos, aunque todavía encontrarás tablas que tienen sus grupos numerados en el mismo sentido pero con números romanos, letras A o B según corresponda y paréntesis, esta forma de representación obedece a la antigua propuesta de IUPAC de 1988 que es permitida aún. A los elementos pertenecientes a las columnas o grupos largos de la tabla periódica, (señalizados en ocasiones con la letra A, se les llama elementos representativos, mientras que a los elementos que están en los grupos cortos (señalizados en ocasiones con la letra B) se les llama elementos de transición. De todas maneras, ponemos en tu consideración los nombres de los grupos señalizados de la una y de la otra forma: Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3 Grupo 4 Grupo 5 Grupo 6 Grupo 7 Grupo 8 Grupo 9 Grupo 10 Grupo 11 Grupo 12 Grupo 13 Grupo 14 Grupo 15 Grupo 16 Grupo 17 Grupo 18 (I A) (II A) (III B) (IV B) (V B) (VI B) (VII B) (VIII B) (VIII B) (VIII B) (I B) (II B) (III A) (IV A) (V A) (VI A) (VII A) (VIII A) Metales alcalinos Metales alcalinotérreos Familia del Escandio Familia del Titanio Familia del Vanadio Familia del Cromo Familia del Manganeso Familia del Hierro Familia del Cobalto Familia del Níquel Familia del Cobre Familia del Zinc Familia de los térreos No metales carbonoideos No metales nitrogenoideos No metales calcógenos o anfígenos No metales halógenos Gases nobles Trabajo en equipo.- En el cuaderno de trabajo los estudiantes deberán registrar, luego de la consulta correspondiente, cinco propiedades de las siguientes familias de elementos: - No metales Halógenos. Metales alcalinos. A fin de que interioricen que los elementos de un mismo grupo tienen propiedades similares. CARACTERÍSTICAS DE LOS GRUPOS DE ELEMENTOS 1.- El número de electrones en el nivel externo de energía de los grupos del IA al VIIA, IB y IIB es el mismo que el número del grupo, cuando se trata del resto de grupos B y del grupo VIIIA este principio no se cumple totalmente. 2.- Los grupos ubicados a la izquierda y en las secciones medias de la tabla periódica tienden a ser de naturaleza metálica, en cambio, los grupos ubicados a la derecha tienden a ser no metálicos. 3.- Los elementos ubicados en la parte inferior de un grupo tienden a ser de propiedades más metálicas que los que están en la parte superior, esto es más notorio en los elementos de los grupos IVA y VIIA 4.- Los elementos que están dentro de un grupo A tienen propiedades químicas estrechamente relacionadas debido a que tienen la misma cantidad de electrones en su capa de valencia o más externa. 5.- Los elementos que están dentro de un grupo B tienen algunas semejanzas en sus propiedades químicas puesto que tienen estructuras electrónicas igualmente semejantes. 6.-Junto con los metales y los no metales, los semimetales comprenden una tercera categoría de elementos químicos. Sus propiedades son intermedias entre los metales y los no metales, generalmente son semiconductores antes que conductores y son los siguientes: Boro (B), Silicio (Si), Germanio (Ge), Arsénico (As), Antimonio (Sb), Telurio (Te) y Polonio (Po). Los metaloides se encuentran en la línea diagonal que ves en la ilustración y que va desde el boro al polonio. Los no metales se encuentran encima. Tomado de: http://www.bing.com/images/ Trabajo para la casa.- En su cuaderno de trabajo los estudiantes deberán contestar el siguiente cuestionario, basándose en la observación de la tabla periódica: 1.- ¿Cuántos electrones tienen en su capa más externa los no metales halógenos y los metales alcalinos? 2.- Escriba los nombres y símbolos de los elementos llamados actínidos. 3.- Escriba los nombres y símbolos de los elementos que se encuentran en la naturaleza en estado gaseoso. 4.- Escriba los nombres de los elementos que tienen los siguientes símbolos: Eu, Ra, Fe, Mn, Mg, Ru, Tc, Mo, Pd, Se, Zn, Sn, Sr, Dy, K, Al, Cr, Y, I. Ta. 5.- Escriba el símbolo de los siguientes elementos: Litio, Berilio, Uranio, Mercurio, Roentgenio, Astato, Rutherfordio, Meitnerio, Ununquadio, Vanadio, Titanio, Escandio, Hafnio, Antimonio, Rubidio, Samario, Renio, Iridio, Indio, Itrio. PERÍODOS Las filas horizontales de la tabla periódica son llamadas períodos, como podrás ver, hay siete períodos, cada uno se representa con un número entero que va del uno al siete y se ubica a la izquierda de cada período. El primer período está formado por tan sólo dos elementos el Hidrógeno y el Helio, por eso se lo llama muy corto, los períodos dos y tres se llaman períodos cortos, los períodos cuatro y cinco son llamados largos, el período seis se llama muy largo (puesto que en él está la serie de lantánidos o metales de transición interna) y el período siete se llama incompleto porque allí se han ido ubicando los elementos descubiertos en estos últimos años, además en él está la serie de actínidos que también son metales de transición interna. El número de período indica el número del nivel más externo de energía con electrones de los átomos de ese período, dicho en otras palabras, el número del período indica el número de niveles de energía de los átomos que pertenecen a ese período, por ejemplo el Berilio que pertenece al período dos, tiene electrones en los niveles uno y dos, es decir, tiene dos niveles de energía. Cada período (excepto el uno) inicia con un metal alcalino y luego de pasar por los elementos de transición (metales también) y los no metales, termina en un gas noble. Al contrario a como ocurre en el caso de los grupos de la tabla periódica, los elementos que componen una misma fila tienen propiedades diferentes pero masas similares. BLOQUES O REGIONES La tabla también está dividida en cuatro bloques que son, s, p, d, f, que distribuidos de la siguiente manera: Región s.- En ésta están ubicados los elementos de los grupos IA y IIA. Región p.- Donde están ubicados los elementos de los grupos IIIA, IVA, VA, VIA, VIIA, gases nobles. Región d.- En ella están ubicados los elementos de los grupos B de la tabla periódica (elementos de transición). Región f.- En donde podemos encontrar a los elementos de transición interna (lantánidos y actínidos). Una región de la tabla periódica nos indica el subnivel en donde se ubican los electrones más externos de los elementos que pertenecen a esa región, por ejemplo los elementos de la región “p” tienen sus electrones más externos ubicados en un subnivel “p”, es decir, su último subnivel con electrones es un subnivel “p”. Trabajo individual.- Luego de la consulta correspondiente, en sus cuadernos de trabajo los estudiantes escribirán el significado de los siguientes términos: - Nivel de energía, subnivel de energía, orbital electrónico, espín del electrón. Luego el profesor desarrollará una explicación de este tema para que se cumplimente una eficiente comprensión de lo tratado. PROPIEDADES FÌSICAS Y QUÍMICAS DE METALES, NO METALES Y SEMI METALES METALES Hierro - - Cobre Plata y oro Aluminio Poseen brillo. Son buenos conductores del calor y la electricidad. Se caracterizan porque la mayoría son maleables (pueden formar láminas delgadas, y son dúctiles (pueden estirarse para formar hilos muy delgados o alambres). Son sólidos a temperatura ambiente (excepto el Hg, que es líquido). Tienden a tener energías de ionización bajas y típicamente pierden electrones con facilidad, es decir se oxidan en sus reacciones químicas. Los metales alcalinos siempre pierden un electrón y forman iones (cationes) con carga 1+. Los metales alcalinotérreos siempre pierden dos electrones y forman iones (cationes) con carga 2+. Los metales de transición no tienen un comportamiento definido y sus iones pueden tener cargas 2+, 1+ y 3+, pero pueden encontrarse otros cationes. Las combinaciones entre un metal y un no metal forman compuestos iónicos. La mayoría de los óxidos metálicos son básicos y al disolverse en agua reaccionan y forman hidróxidos (metálicos). Miremos estos ejemplos: Óxido metálico + H2O K2O(s) + H2O(l) MgO(s) + H2O(l) - → hidróxido metálico → 2KOH(aq) → Mg(OH)2(aq) Los óxidos metálicos ponen de manifiesto su carácter básico al reaccionar con los ácidos para formar sales y agua. Analicemos los siguientes ejemplos: Oxido metálico + ácido CaO(s) + HCl(aq) → FeO(s) + H2SO4(aq) → sal + agua CaCl2(aq) + H2O(l) → FeSO4(aq) + H2O(l) Trabajo en equipo.- Con la ayuda del profesor, los estudiantes en sus cuadernos de trabajo, basándose, entre otras cosas, en los iones que pueden formar los elementos según el grupo donde estén ubicados, realizarán los siguientes ejercicios: ¿Cuál es la fórmula del óxido de aluminio? ¿Qué elementos de la tabla periódica serán sólidos a temperatura ambiente? Y ¿Cuáles serán gaseosos? Escribe la ecuación química balanceada para la reacción entre el óxido de Estroncio y el ácido nítrico. NO METALES Azufre - Cloro Su apariencia varía mucho. Por lo general no presentan brillo. Fósforo rojo Carbono - Son quebradizos, otros duros, otros blandos. En su gran mayoría no son buenos conductores de la electricidad ni del calor. Generalmente sus puntos de fusión son menores que los de los metales. Existen siete no metales que en condiciones normales son moléculas diatómicas, se presentan en forma de gases: H2(g) - N2(g) O2(g) F2(g) Cl2(g) Br2(l) I2(s) Cuando los no metales reaccionan con los metales, tienden a ganar electrones (obteniendo así la configuración del gas noble más cercano en la tabla) y generan aniones, es decir se reducen. Veamos estos ejemplos: No metal + Metal → Sal → 2AlCl3(s) → CaI2(s) 3Cl2(l) + 2Al(s) I2(l) + Ca(s) - Los compuestos que están formados únicamente por no metales son sustancias moleculares (es decir no son iónicas). La mayoría de los óxidos no metálicos son óxidos ácidos. Los cuales al disolverse en agua reaccionan para formar ácidos: Veamos estos ejemplos: Óxido no metálico + agua CO2(g) + H2O(l) SO3(g) + H2O - → → → ácido H2CO3(aq) H2SO4(aq) Los óxidos no metálicos pueden combinarse con bases para formar sales Veamos el ejemplo: Óxido no metálico + base CO2(g) + 2KOH(aq) → → sal K2CO3(aq) + H2O(l) SEMI METALES Boro - - Silicio Germanio Arsénico Tienen propiedades intermedias entre los metales y los no metales. El Silicio por ejemplo es un semi metal que tiene brillo, pero no es maleable ni dúctil, sino que es quebradizo como muchos no metales. Además es menos un mal conductor de la electricidad y el calor. Los semi metales se usan muy a menudo en la industria de los semiconductores (diodos, procesadores, memorias de computadoras, etc.). Trabajo en equipo.- Con la ayuda del profesor, los estudiantes desarrollarán los siguientes ejercicios en su cuaderno de trabajo: 1.- ¿Por qué hay siete no metales que son moléculas diatómicas en condiciones normales? 2.- Realice la ecuación balanceada de la reacción entre el SiO2(g) y el H2O. 3.- Realice la ecuación balanceada de la reacción entre el SiO2 y el KOH(aq). PROPIEDADES DE LOS GASES NOBLES Forman el último grupo de la tabla periódica, el grupo VIIIA, cero, ó 18. - - - Son una serie de seis elementos confirmados. Son gases monoatómicos. Todos ellos tienen su capa más externa llena y saturada con ocho electrones excepto el He que se satura con dos electrones en su única capa Sus puntos de fusión y ebullición son extremadamente bajos en comparación a los de elementos de masas atómicas parecidas, esto se debe a la poca atracción (fuerzas de Van Der Vaals) que existe entre sus átomos. Químicamente, los gases nobles son muy inactivos, y anteriormente se creía que eran completamente inertes, sin embargo en 1962, - Neil Bartlet reportó la preparación de un compuesto amarillo de Xenón de posible fórmula Xe (PtF6). Poco más tarde, científicos del Laboratorio Nacional de Argonne en Estados Unidos reportaron la preparación del Tetrafluoruro de Xenón, XeF 4, que fue el primer reporte de compuesto estable entre un gas noble. Posteriormente, algunos otros compuestos han sido preparados, especialmente con xenón. Gas Neón Gas Argón Gas Kriptón ….. Y LOS ELEMENTOS NUEVOS….. ¿DÓNDE DEBERÁN SER UBICADOS? Cabe recordarte que Mendeleiev dejó espacios en su ordenación periódica para elementos cuyo descubrimiento predijo. Posteriormente fueron descubiertos todos los elementos hasta el de número atómico 92, el Uranio, que existen en la naturaleza. Desde 1939 se han descubierto o sintetizado varios elementos posteriores al Uranio (llamados también elementos transuránicos). Todos ellos tienen núcleos inestables y son radiactivos, los elementos posteriores al de número atómico 101 son isótopos sintetizados que tienen una duración tan corta que se ha hecho difícil su identificación química. Continúa la investigación para la síntesis de elementos con masas todavía mayores que sin duda prolongarán y ampliarán la tabla periódica. Biografías ejemplares.¿Qué tal? Mi nombre es D.I. Mendeleiev, son un químico ruso, el menor de diecisiete hermanos, me vi obligado a emigrar de Siberia a Rusia. Mi origen siberiano me cerró las puertas de las universidades de Moscú y San Petersburgo, por lo que me formé en el Instituto Pedagógico de esta última ciudad. Hice varios trabajos de investigación, sin embargo, mi principal logro fue el establecimiento del llamado sistema periódico de los elementos químicos, mi propuesta tuvo tanta aceptación en la comunidad científica que fue tomada como una clasificación definitiva (1869) y abrió el paso a los grandes avances experimentados por la química en el siglo XX. La tenacidad y la integridad con la que defendí mi propuesta de clasificación sirvieron para que se me reconozca dicho trabajo, te invito a que muestres tenacidad e integridad en todos los actos de tu vida. PROPIEDADES PERIÓDICAS DE LOS ELEMENTOS (I) Son propiedades que presentan los elementos químicos y que se repiten secuencialmente en la tabla periódica, esto supone, por ejemplo, que la variación de una de ellas en los grupos o en los períodos responde a una regla general. Esto nos permite, al conocer estas reglas de variación, cuál va a ser el comportamiento químico de un elemento, ya que dicho comportamiento, depende en gran manera, de sus propiedades periódicas. Las principales propiedades periódicas que estudiaremos en este bloque son: - Energía de ionización.- La primera energía de ionización (EI) es la energía necesaria para arrancar el electrón más externo de un átomo en estado gaseoso en su estado fundamental. Ca (g) + 1°EI Ca+ (g) + e- La segunda energía de ionización es la energía necesaria para arrancar el siguiente electrón del ión monopositivo formado: Ca+ (g) + 2ªEI Ca2+ (g) + e- Las siguientes energías de ionización de este átomo irán aumentando pues cada vez que arranquemos un electrón necesitaremos más energía para arrancar los demás ya que los electrones, al disminuir en número son más atraídos por el núcleo y cuesta más trabajo arrancarlos. La energía de ionización disminuye al descender en un grupo de la tabla periódica ya que la carga nuclear aumenta y también aumenta el número de capas electrónicas, por lo que el electrón a separar que está en el nivel energético más externo, sufre menos la atracción de la carga nuclear (por estar más apantallado) y necesita menos energía para ser separado del átomo. La energía de ionización crece al avanzar en un período ya que al avanzar en un período, disminuye el tamaño atómico y aumenta la carga positiva del núcleo. Así, los electrones al estar atraídos cada vez con más fuerza, cuesta más trabajo arrancarlos. VARIACIÓN DE LA ENERGÍA DE IONIZACIÓN EN LA TABLA PERIÓDICA - Electronegatividad.- La electronegatividad es la tendencia que tienen los átomos de un elemento a atraer hacia sí los electrones cuando se combinan con átomos de otro elemento. Por tanto es una propiedad de los átomos enlazados. La determinación de la electronegatividad se hace conforme a dos escalas, la de Mulliken y la de Pauling, para nuestros estudios, utilizaremos la de éste último científico que se expresa en unidades arbitrarias, asignándole al flúor el valor más alto (4), por ser el elemento más electronegativo, y al cesio, que es el menos electronegativo el valor de 0,7. La electronegatividad aumenta con el número atómico en un período y disminuye en un grupo. El valor máximo de electronegatividad será el del grupo 17 y el valor nulo es el de los gases nobles. VARIACIÓN DE LA ELECTRONEGATIVIDAD EN LA TABLA PERIÓDICA Baúl de conceptos.- Apantallado.- Un electrón externo, que por la interferencia que existe entre él y las capas de energía que lo separan del núcleo de su átomo, no está fuertemente atraído por este núcleo y puede ser arrancado con facilidad de dicho átomo. Trabajo para la casa.- En el cuaderno de trabajo los estudiantes deberán desarrollar las siguientes actividades: 1.- Ordene los siguientes elementos B, Be, Mg y C desde el menos electronegativo hasta el más electronegativo. 2.- Ordene los elementos Nb, Fr, Zn y Cl desde el de mayor hasta el de menor energía de ionización. PROPIEDADES PERIÓDICAS DE LOS ELEMENTOS (II) - Afinidad electrónica.- La afinidad electrónica es la energía puesta en juego que acompaña al proceso de adición de un electrón a un átomo gaseoso (AE). La mayoría de los átomos neutros, al adicionar un electrón a su estructura, desprenden energía, siendo los halógenos los que más desprenden y los alcalinotérreos los que absorben más energía. La variación de la afinidad electrónica es similar a la variación de la energía de ionización, sin embargo hay algunas excepciones y la afinidad electrónica de algunos elementos se desconoce. La afinidad electrónica está relacionada con el carácter oxidante de un elemento. Cuanta mayor energía desprenda un elemento al ganar un electrón, mayor será su carácter oxidante. Así, los halógenos tienen un elevado carácter oxidante, al contrario de los alcalinotérreos que carecen de carácter oxidante. VARIACIÓN DE LA AFINIDAD ELECTRÓNICA EN LA TABLA PERIÓDICA - Carácter metálico.- Un elemento se considera metal desde un punto de vista electrónico cuando cede fácilmente electrones y no tiene tendencia a ganarlos; es decir, los metales son muy poco electronegativos. Un no metal en cambio es todo elemento que difícilmente cede electrones y sí tiene tendencia a ganarlos; es muy electronegativo. Los gases nobles no tienen ni carácter metálico ni no metálico. Como te darás cuenta, los semimetales o metaloides, son los elementos que no tienen muy definido su carácter metálico o no metálico. De acuerdo con lo expuesto, los metales son los elementos que tiene elevado carácter metálico ya que: • • • • • Pierden fácilmente electrones para formar cationes. Bajas energías de ionización. Bajas afinidades electrónicas. Bajas electronegatividades. Forman compuestos con los no metales, pero no con los metales. Y los no metales por su parte poseen bajo carácter metálico ya que: • • • • • Ganan fácilmente electrones para formar aniones. Elevadas energías de ionización. Elevadas afinidades electrónicas. Elevadas electronegatividades. Forman compuestos con los metales, y otros con los no metales. VARIACIÓN DEL CARÁCTER METÁLICO EN LA TABLA PERIÓDICA Trabajo individual.- En el cuaderno de trabajo los estudiantes deberán desarrollar las siguientes actividades: 1.- Ordene los siguientes elementos Li, K, Se y F desde el de menor hasta el de mayor afinidad electrónica. 2.- Ordene los elementos Rb, Ba, Al y Cl desde el de mayor hasta el de menor carácter metálico. Estudiantes ecuatorianos en clase PROPIEDADES PERIÓDICAS DE LOS ELEMENTOS (III) - Radio atómico.- Es la distancia entre el núcleo de un átomo y el electrón estable más alejado del mismo. Se suele medir en picómetros (1 pm=10 –12 m) o Angstroms (1 Å=10–10 m). Convencionalmente, se define como la mitad de la distancia existente entre los centros de dos átomos enlazados. Los radios de los átomos varían en función de que se encuentren en estado gaseoso o unidos mediante enlaces iónico, covalente o metálico. El tamaño o radio de los átomos aumenta al descender en un grupo debido al “efecto de apantallamiento” que se produce porque al descender en el grupo, aumentan el número de capas electrónicas, con lo que el tamaño del átomo y su radio aumentan. El tamaño o radio atómico disminuye al avanzar de izquierda a derecha en un período, debido al “efecto de contracción” que se produce al avanzar en el periodo ya que aumenta el número atómico y por tanto, la carga nuclear. Los electrones son atraídos con más fuerza y por consiguiente disminuye el tamaño. VARIACIÓN DEL RADIO ATÓMICO EN LA TABLA PERIÓDICA - Radio iónico.- En iones positivos (cationes): El tamaño del catión es más pequeño que su correspondiente átomo neutro, ya que al perder electrones de la capa más externa, los que quedan son atraídos por el núcleo con más fuerza que antes, por la carga positiva del núcleo, por ejemplo: mira lo que sucede con el Li (átomo neutro) cuando se convierte en el catión Li1+. En cambio, en iones negativos (aniones): El tamaño del anión es más grande que su correspondiente átomo neutro. Un ión negativo se forma cuando el átomo gana electrones. Estos electrones aumentan las fuerzas de repulsión existentes entre ellos y se hace más grande, por ejemplo: observa lo que sucede con el Cloro (átomo neutro) cuando se convierte en el anión Cl1-. Trabajo individual.- En el cuaderno de trabajo, los estudiantes realizarán las siguientes actividades: 1.- Ordenar desde el que tiene menor radio hasta el que tiene mayor radio: K, K+1, Mg, Mg2+, Cl, Cl1+ 2.- Indique con sus palabras ¿Por qué un anión es más grande que su átomo neutro? 3.- Indique con sus palabras ¿Por un catión es más pequeño que su átomo neutro? PROPIEDADES PERIÓDICAS DE LOS ELEMENTOS (IV) - Volumen atómico.- Para comenzar debemos tener en cuenta que los átomos son diminutas esferas, por lo tanto, es de esperar que tengan un volumen. Sin embargo, El volumen atómico no es realmente, pese a su nombre, el volumen que ocupa un átomo. Se define como el cociente entre la masa de un mol del elemento y su densidad, midiéndose normalmente en centímetros cúbicos por mol (cm3/mol). No representa por tanto el volumen real del átomo, sino el volumen que le corresponde del volumen total del elemento, contando los espacios huecos que existen entre los átomos, aunque sí dependerá del volumen real del átomo. En un mismo período se observa una disminución del volumen atómico desde los elementos situados a la izquierda del período, hacia los centrales, para volver a aumentar el volumen progresivamente a medida que nos acercamos a los elementos situados a la derecha del período. En un mismo grupo, el volumen atómico aumenta al aumentar el número atómico, ya que al descender en el grupo los elementos tienen más capas. Cuanto mayor sea el número atómico de un elemento, mayor será su volumen y viceversa, pues al aumentar su número atómico aumentan sus niveles de energía y consigo el volumen del átomo. VARIACIÓN DEL VOLUMEN ATÓMICO EN LA TABLA PERIÓDICA Baúl de conceptos.- Densidad.- Magnitud que expresa la relación entre la masa y el volumen de un cuerpo. Su unidad en el Sistema Internacional es el kilogramo por metro cúbico (kg/m3). - Mol.- Unidad del Sistema Internacional de la magnitud fundamental llamada “cantidad de sustancia”. - Volumen.- Espacio que ocupa un cuerpo. PROPIEDADES PERIÓDICAS DE LOS ELEMENTOS (V) - Reactividad.- Los metales reaccionan perdiendo electrones, así cuanto menor sea su energía de ionización serán más reactivos, para ellos, la reactividad disminuye al avanzar en un período y aumenta al descender en un grupo. En cambio los no metales reaccionan ganando electrones, así cuanto mayor sea su afinidad electrónica serán más reactivos, para ellos, la reactividad aumenta al avanzar en un período y aumenta al ascender en un grupo. En los gases nobles la reactividad es casi nula o muy baja, debido a que poseen configuraciones electrónicas muy estables. - Carácter oxidante o reductor.- Los metales cuando reaccionan pierden electrones y se transforman en cationes (iones positivos), es decir, se oxidan, por lo tanto tienen un gran carácter reductor. Por lo tanto, un elemento metálico tiene un gran carácter reductor cuando obliga a otro a reducirse cediéndole electrones. Clavo oxidado porque el oxígeno del aire le quitó electrones. Los no metales en cambio, cuando reaccionan, ganan electrones transformándose en aniones (iones negativos), es decir, se reducen, por lo tanto tiene un gran carácter oxidante. Por lo tanto, un elemento no metálico tiene un gran carácter oxidante porque obliga a otro a oxidarse, arrebatándole electrones. A continuación, y con la finalidad de que recapitules lo más importante que has visto hasta este momento sobre propiedades periódicas de los elementos, te presentamos un diagrama con las variaciones periódicas de todas aquellas propiedades más necesarias para tus estudios venideros. Baúl de conceptos.- Oxidación.- Proceso químico mediante el cual un elemento pierde electrones al reaccionar con otro. - Reducción.- Proceso químico mediante el cual un elemento gana electrones al reaccionar con otro. TIC´s científicos.- Los estudiantes de forma individual o con la ayuda de su profesor ingresarán a http://www.quimicaweb.net/tablaperiodica/paginas/tp.htm donde encontrarán una tabla periódica, harán clic en 12 elementos y recopilarán información sobre sus características, dicha información será impresa o escrita en los cuadernos de trabajo, recomendamos que sean tres metales, tres no metales, tres metaloides y tres elementos de transición. Finalmente, los estudiantes (o el profesor, si requiere material para evaluación) ingresarán a http://www.eis.uva.es/~qgintro/sisper/sisper.html y allí encontrarán, en el tutorial, las definiciones de las propiedades periódicas más importantes y ejercicios de aplicación de conocimientos, los estudiantes deberán revisar dichas definiciones y resolver los ejercicios propuestos en su cuaderno de trabajo..
