La naturaleza química Estructura de la materia El átomo Elementos

1/7/2010
La naturaleza química
• Un organismo lleva a cabo innumerables reacciones químicas, por lo que se dice que la vida depende de los cambios que ocurren en la materia. Ésta es una razón por la cual debemos conocer la naturaleza del mundo químico. – Ingerimos alimentos que no son sino mezclas de sustancias químicas g
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q
que entran a nuestro cuerpo a través del sistema digestivo, se mueven en el torrente sanguíneo hasta que cada una de los trillones de células de nuestro cuerpo recibe los nutrientes necesarios.
• Además hoy día, los adelantos en la química han proporcionado una amplia variedad de nuevos materiales. – Artículos se fabricados de plástico; en aviones y naves espaciales se usan compuestos que hace varios años no se hubieran imaginado siquiera, y algunos sirven también en prótesis para seres humanos.
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Estructura de la materia
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El átomo
• Se creía que el átomo tenía una estructura parecida al sistema solar; sin embargo, esta idea no prevalece hoy día. Los electrones se mueven alrededor del núcleo sin seguir un rumbo fijo como lo hacen los planetas en sus órbitas ;
alrededor del Sol; se mueven alrededor del núcleo formando una “nube” de electrones, que ocupa la mayor parte del espacio del átomo.
• La unidad más pequeña en que se divide la materia sin que pierda sus propiedades es el átomo, palabra griega que significa indivisible.
• Experimentos demuestran que el átomo se compone de partículas más pequeñas las partículas atómicas que a su
partículas más pequeñas, las partículas atómicas, que a su vez están formadas por unidades todavía menores llamadas partículas subatómicas.
– Las partículas atómicas son: el protón con carga positiva, el neutrón que no posee carga y el electrón de carga negativa. – El protón y el neutrón forman el núcleo, aportan la mayor parte de la masa y se encuentran en el centro del átomo. – Los electrones son mucho más pequeños y se mueven rápidamente alrededor del núcleo.
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Elementos
Número atómico
• Un elemento es una sustancia que no se puede descomponer por reacciones químicas ordinarias. Las características de un elemento se deben a la cantidad de protones que tiene el átomo. • Las características de un elemento están dadas por la cantidad de protones que tiene, esto se conoce como el número atómico.
– El aluminio tiene 13 protones y es un elemento metálico relativamente p
y
liviano y brilloso; mientras que el oxígeno tiene ocho protones y es un gas incoloro e inodoro.
• Se reconocen 118 elementos, de los cuales 92 son elementos naturales y los restantes son creados artificialmente.
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Masa atómica e Isótopos
• La masa del protón y la del neutrón son semejantes, mientras que los electrones casi no tienen masa. • La masa atómica de un elemento es la suma de la masa de los protones y los neutrones.
• Los neutrones son importantes pues mantienen unidos a los Los neutrones son importantes pues mantienen unidos a los
protones del núcleo. El número de neutrones de un elemento puede variar sin que pierda las propiedades que lo caracterizan. A estas diferentes formas de un elemento las conocemos como isótopos. – Por ejemplo, el carbono tiene tres isótopos carbono –12 (12C) con seis protones y seis neutrones; carbono–13 (13C) con seis protones y siete neutrones; y carbono14 (14C) con seis protones y ocho neutrones.
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Origen de la materia
• Los compuestos se forman en reacciones químicas ordinarias. • ¿Qué ocurre en las reacciones extraordinarias? Es una pregunta interesante. Las pruebas actuales indican que el Sol es un lugar donde se llevan a cabo esas reacciones extraordinarias.
extraordinarias
• Esta estrella se compone principalmente de hidrógeno y helio, los elementos más sencillos. La energía que recibimos en la Tierra es producto básicamente de la fusión de hidrógeno.
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El Sol
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Tabla periódica
• En el se consumen casi cuatro millones de toneladas de hidrógeno por segundo, pero hay tanto hidrógeno que se estima que será suficiente para que el Sol siga transformando la energía del elemento durante otros cinco mil millones de años. – La masa del Sol es 333 000 veces mayor que la de la Tierra, toda esta masa y q
,
ejerce una presión hacia el centro, esa enorme presión hace que aumente la temperatura. – La temperatura del Sol es de aproximadamente 6 000°C en la superficie y 40 millones de grados celsius en el interior. • Estas altas temperaturas y la enorme presión hacen que los átomos se muevan a gran velocidad y al chocar unos con otros, liberando la energía que contiene el átomo y formando átomos nuevos con más protones. Este proceso seconoce como fusión atómica.
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• En 1871, el químico ruso Dimitri Mendeleev organizó los 63 elementos hasta entonces conocidos basándose en la cantidad de protones y la forma en que reaccionaban.
• Descubrió que hay grupos de elementos que tienen las mismas características
mismas características. – Por ejemplo, los elementos flúor (número atómico 9), cloro (17), bromo (35) y yodo (53), aunque con números atómicos discontinuos, reaccionan de la misma forma con el hidrógeno y forman compuestos que tienen propiedades muy semejantes, por lo que los clasificó en un mismo grupo.
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Niveles de energía
• Los electrones se mueven rápidamente alrededor del núcleo del átomo formando una “nube” de electrones. – Los elementos reaccionan unos con otros dependiendo del arreglo de los electrones.
• Los electrones tienen unos orbitales específicos y que éstos se p
yq
encuentran a ciertas distancias específicas del núcleo conocidas como niveles de energía.
– Imagínese que tomamos una pequeña bola de tenis de mesa (ping‐
pong) y la cubrimos con una bola de racket‐ball, luego la cubrimos con una pelota de tenis, después con una de béisbol, seguida de una de softbol, después con una de fútbol y, finalmente, con una de baloncesto.
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Número de ocupación por nivel
• En cada nivel cabe cierta cantidad de electrones.
• En el primer nivel caben dos electrones y en el segundo, ocho. Los átomos de mayor tamaño tienen más electrones y, por tanto, más niveles de energía, pero se estabilizan cuando en su último nivel hay ocho electrones; esto se conoce como
su último nivel hay ocho electrones; esto se conoce como regla del octeto.
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Enlace: Iónico
• La gran mayoría de los elementos se encuentran formando compuestos.
– La sal de mesa NaCl
• Cuando un átomo ha ganado o perdido un electrón y adquiere una carga positiva o negativa se conoce como ión
una carga positiva o negativa se conoce como ión.
• Iones con cargas opuestas como el sodio y el cloro forman compuestos por medio de un enlace químico conocido como enlace iónico o electrovalente.
• En un enlace iónico los elementos donan y ganan electrones.
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Enlace: Covalente
• El oxígeno y los demás elementos a la derecha del carbono tienen la facilidad de aceptar electrones, por eso se les conoce como agentes oxidantes. • Los elementos que se ubican a la izquierda del carbono, como el berilio y el magnesio son elementos que donan electrones
el berilio y el magnesio, son elementos que donan electrones y se les conoce como agentes reductores.
• El enlace en que se comparten los electrones se conoce como un enlace covalente.
– El carbono forma enlaces covalentes fácilmente, lo que le confiere una gran capacidad para formar moléculas largas y complejas
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Discusión
1. ¿Qué diferencia hay entre un protón de hierro y uno de oxígeno?
2. ¿Cómo se formaron los átomos de carbono que componen la piel de nuestro cuerpo?
piel de nuestro cuerpo?
3. ¿Cuál es la importancia del átomo de carbono?
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