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Profesorado de Educación Secundaria en la modalidad Técnico Profesional QUÍMICA

Lic. José Galiano 29

UNIDAD 3

Elementos Químicos En la actualidad se conocen cerca de tres millones de sustancias químicas

diferentes. De ellas, sólo un centenar son sustancias simples; las restantes, son compuestas. Tanto las sustancias compuestas como las simples se forman a partir de unidades químicas fundamentales que se denominan elementos químicos.

Así, el agua está formada por los elementos hidrógeno y oxígeno, el óxido de hierro por oxígeno y hierro, la sal común por cloro y sodio, el oxígeno por oxígeno, el hidrógeno por hidrógeno, etcétera. Como podemos observar, las sustancias simples se designan generalmente con el mismo nombre del elemento que las origina.

Los elementos químicos conocidos son 105, de los cuales son naturales y los restantes artificiales, es decir, obtenidos por el hombre en el laboratorio. Los nombres con que se designan los distintos elementos se deben a diversas razones, tales como: a) alguna propiedad importante del elemento, como en los casos del bromo

(mal olor), bario (pesado), cloro (verde claro), cromo (colorado), hidrógeno (engendra agua), fósforo (lleva luz), oxígeno (forma óxidos), etcétera.

b) el nombre del país del cual es originario o donde ha sido descubierto: germanio por Germania-Alemania; galio por las Galias-Francia; magnesio por Magnesia (región del Asia Menor); hafnio por Hafnia- Copenhague.

c) el astro al que han sido dedicados. Así, se nombran teluro por la Tierra; uranio por Urano; helio por el Sol, etcétera.

d) en homenaje a destacados investigadores, como sucede con Curio por Curie; einstenio por Einstein; mendelevio por Mendeleiev; fermio por Fermi.

¿Como se representan los elementos químicos?

Los elementos químicos se representan por medio de abreviaturas convencionales, llamadas símbolos. Estas abreviaturas se forman con la inicial en mayúscula del nombre griego o latino, seguida por una minúscula cuando es necesario diferenciarlo de otro con la misma inicial. Así, el símbolo del carbono es C; del cobre, Cu; del cobalto, Co; del calcio, Ca; del cesio, Cs; del nitrógeno, N; del sodio, Na; del níquel, Ni, etc. En el caso de elementos cuyo nombre comienza con la letra A, se ha establecido que el símbolo esté formado por dos letras para diferenciarlos de símbolos usados con otros fines (Argón, Ar; Astato, At; Aluminio, Al; americio, Am; plata, Ag; oro, Au; arsénico, As). También en la actualidad se ha convenido que todo nuevo elemento que se obtenga esté formado por dos letras (Laurencio, Lw); kurchatovio, Ku; hafnio, Hí). Clasificación de los Elementos Químicos

Al examinar las propiedades de los distintos elementos químicos, se ha observado que pueden clasificarse en tres grandes grupos, a saber: metales, no metales y gases inertes.



Entre los metales se pueden mencionar: sodio (Na), potasio (K), calcio (Ca), hierro (Fe), aluminio (Al), oro (Au), plata (Ag), cinc (Zn), cobalto (Co)* cromo (Cr), níquel (Ni), mercurio (Hg), magnesio (Mg), manganeso (Mn), platino (Pt), plomo (Pb), estaño (Sn), litio (Li), etc.

Los principales no metales son: carbono (C), nitrógeno (N), oxígeno (O),

hidrógeno (H), flúor (F), silicio (Si)^fósforo (P), azufre (S), cloro (Cl), arsénico (As), bromo (Br), yodo (I), etc.

Los gases inertes son: helio (He), neón (Ne), argón (Ar), kriptón (Kr), xenón

(Xe) y radón (Rn). También se los denomina gases raros o gases nobles.- Las principales propiedades físicas y químicas de cada grupo se resumen en el siguiente cuadro:

PROP. METALES NO METALES GASES INERTES

FÍSI

CA

S

Son buenos conductores del calor y la electricidad

Son malos conductores del calor y la electricidad.

Son malos conductores del calor y la electricidad.

Son sólidos a temperatura ambiente (20 ºC), a excepción del mercurio que es líquido.

Algunos son sólidos a 20 ºC, como C, S, I, etc.; el bromo es líquido y otros son gases como O., H, N, F, y Cl.

Son gases a temperatura ambiente.

Poseen brillo característico.

No presentan brillo.

Moléculas monoatómicas.

Moléculas bi o poliatómicas.

Moléculas monoatómicas.

Son dúctiles y maleables.

Son quebradizos en estado sólido.

Forman iones positivos (cationes)

Forman iones negativos (aniones).

No se ionizan.

QU

ÍMIC

AS

Se combinan fácilmente con el oxígeno para formar óxidos básicos.

Se Combinan con el oxígeno para formar óxidos ácidos.

Se caracterizan por su casi total inactividad química. Prácticamente no se combinan con otros elementos.

Se combinan dificultosamente con el hidrógeno formando hidruros metálicos.

Se combinan fácilmente con el hidrógeno para formar hidruros no metálicos.



¿Cómo se distribuyen los elementos en la Naturaleza? Al estudiar la distribución de los elementos químicos en nuestro planeta

Tierra se debe considerar por separado la parte sólida o geosfera, la porción líquida o hidrosfera y la fase gaseosa o atmósfera.

Con respecto a la geosfera o litosfera, sólo se conoce la composición de la

corteza terrestre hasta una profundidad de 32 km. La masa correspondiente a cada uno de los elementos muestra un marcado predominio del oxígeno (49,2%), luego le siguen el silicio (25,7%), aluminio (7,5%), hierro (4,7%), calcio (3,4%), sodio (2,8%), potasio (2,6%), magnesio (1,7%), hidrógeno (0,9%), quedando para el resto de los elementos naturales sólo el 1,5%.

En cuanto a la hidrosfera, constituida por el agua de mar y las sales

disueltas en ella, la masa que ocupa cada elemento evidencia el predominio casi absoluto del oxígeno (90,53%), siguiendo luego el hidrógeno (5,69%), cloro (2,44%), sodio (1,06%) y magnesio (0,28%).

Con relación a la atmósfera, interesa la capa más próxima a la corteza

terrestre, llamada troposfera, pues en ella se desarrolla la vida humana. La masa de aire que compone la troposfera está constituida principalmente por nitrógeno (75,7%), siguiendo el oxígeno (23,29%) y se completa con una pequeña cantidad de otros gases (1,01%), tales como dióxido de carbono, argón, helio, neón, vapor de agua, etc.

En estas consideraciones es importante tener en cuenta que los datos

proporcionados corresponden al porcentaje de la masa de los elementos químicos y no a otras magnitudes como volumen, número de átomos, etc.

Número Atómico y Másico Como ya sabemos un elemento químico tiene un nombre propio y un símbolo que lo representa, pero además tiene dos números que permiten su identificación.

El número atómico, que se representa con Z, indica la cantidad de protones que tiene un átomo. Todos los átomos de un elemento químico tienen igual Z. Además como todo átomo es eléctricamente neutro Z también indica en número de electrones que debe ser igual al de protones.

Por ejemplo: cloro; símbolo: Cl; Z=17. Es decir que todos los átomos de cloro estén donde estén tiene 17 protones en el núcleo, por lo tanto 17 electrones girando a su alrededor.

Ahora bien, si consideramos la suma del número de protones y neutrones que un átomo tiene en su núcleo obtenemos el número másico, que se representa con A.

Por ejemplo: cloro; símbolo: Cl; Z=17; A=35. Es decir que todos los átomos de cloro en el núcleo tienen 17 protones (según Z) y 18 neutrones (A – Z = Nº de neutrones; 35 – 17 = 18). El número de neutrones de un átomo puede variar originando así los denominados isótopos.



Tabla Periódica La tabla periódica de los elementos clasifica, organiza y distribuye los

distintos elementos químicos, conforme a sus propiedades y características; su función principal es establecer un orden específico agrupando elementos.

Desde sus inicios hasta la actualidad, la tabla periódica ha estado en constante cambio y evolución. A mediados del siglo XIX ya se conocían 55 elementos sin ninguna relación aparente; Johann Döbereiner (1789 - 1849) fue el primer científico que comenzó a ordenarlos y logró agruparlos en tríadas (3 elementos), en las que el peso atómico del elemento central era casi el promedio de los otros dos.

Posteriormente, Alexander Newlands (1838 - 1889) ordenó los elementos conocidos por sus masas atómicas crecientes y observó que después de cada siete elementos el octavo repetía las propiedades químicas del primero, lo que llamó Ley de las Octavas.

En 1871 el químico ruso Dimitri Ivanovich

Mendeleiev (1834 - 1907) diseño una tabla para ordenar los elementos químicos que aún hoy se mantiene vigente con algunas modificaciones. La tabla periódica se basa en que las propiedades de los elementos químicos no son arbitrarias, sino que dependen de la estructura del átomo y varían en función del número atómico.

Por esta razón, los elementos se

organizan según el orden creciente de sus números atómicos.

Así, basados en los antecedentes de

Döbereiner y Newlands:



Las filas horizontales reciben el nombre de períodos. Los elementos de un mismo período poseen el mismo número de capas de electrones, es decir, el mismo número de niveles de energía. Por ejemplo: el fósforo, el azufre y el cloro pertenecen al mismo período. La tabla periódica de los elementos actual presenta siete períodos.

Las columnas verticales se denominan grupos o familias. Reúnen elementos que tienen en su último nivel de energía la misma cantidad de electrones y este número generalmente coincide con el número romano de identificación que se le asigna al grupo. Por ejemplo: El cloro, el bromo y el yodo pertenecen al mismo grupo. La tabla periódica actual presenta 18 grupos.

En la tabla periódica se pueden distinguir tres grandes regiones: Elementos o gases inertes, raros o nobles: aquellos que tienen sus

orbitales completos. Se ubican en el grupo VIII A ó 18.

Elementos representativos: el último nivel de energía presenta orbitales incompletos y se los identifica en la tabla periódica con la letra A a continuación del número del grupo. Entre ellos se encuentran los elementos metálicos o dadores de electrones en los grupos IA y IIA y los no metálicos o aceptores de electrones en los grupos IIIA a VIIA.

Elementos de transición: sus átomos muestran configuraciones complejas, ya que encuentran orbitales incompletos que pueden pertenecer a distintos niveles de energía. Son todos metales y los grupos en los que se encuentran se identifican con B. También existe en subgrupo de los mismos denominados elementos de transición interna que se indican separados en la parte inferior de la tabla.



Los Metaloides Junto con los metales y los no metales, los semimetales (también

conocidos como metaloides) comprenden una de las tres categorías de elementos químicos siguiendo una clasificación de acuerdo con las propiedades de enlace e ionización. Sus propiedades son intermedias entre los metales y los no metales. Se caracterizan por presentar un comportamiento intermedio entre los metales y los no metales. Pueden ser tanto brillantes como opacos, y su forma puede cambiar fácilmente.

Propiedades Periódicas

Son todas aquellas propiedades físicas que poseen los elementos químicos que muestran variaciones periódicas. Entre ellas se encuentra: el radio atómico, el radio iónico, el potencial de ionización y la afinidad electrónica (átomos aislados) ó electronegatividad (átomos combinados).

La electronegatividad es la medida de la capacidad de un átomo para atraer hacia él los electrones, cuando forma un enlace químico en una molécula. La electronegatividad de un átomo determinado, esta afectada fundamentalmente por dos magnitudes: su masa atómica y la distancia promedio de los electrones de valencia con respecto al núcleo atómico. Esta propiedad se ha podido correlacionar con otras propiedades atómicas y moleculares. Fue Linus Pauling el investigador que propuso esta magnitud por primera vez en el año 1932, como un desarrollo más de su teoría del enlace de valencia. El flúor es el elemento con más electronegatividad, el francio es el elemento con menos electronegatividad.



Uniones entre Átomos Cuando el último nivel está incompleto, el átomo es inestable y tiende a completarlo. Para ello puede ceder, ganar o compartir electrones con otros átomos. Así se unen y forman agrupaciones de dos o más átomos que se denominan uniones químicas o enlace químico. Símbolos de Lewis Los electrones que participan en los enlaces químicos se denominan electrones de valencia los que residen en la capa exterior incompleta de los átomos.

El químico estadounidense G. N. Lewis (1875-1946) sugirió una forma sencilla de representar los electrones de valencia de los átomos y de seguirles la pista durante la formación de enlaces, utilizando lo que ahora se conoce como símbolos de Lewis. El símbolo de Lewis para un elemento consiste en el símbolo químico del elemento más un punto por cada electrón de valencia. Los puntos se colocan en los cuatro lados del símbolo atómico: arriba, abajo, a la izquierda y a la derecha. Regla del Octeto

Los átomos con frecuencia ganan, pierden o comparten electrones tratando de alcanzar el mismo número de electrones que los gases nobles más cercanos a ellos en la tabla periódica.

Los gases nobles tienen acomodos de electrones muy estables, como revelan sus altas energías de ionización, su baja afinidad por electrones adicionales y su falta general de reactividad química.

Puesto que todos los gases nobles (con excepción del He) tienen ocho electrones de valencia, muchos átomos que sufren reacciones, también terminan con ocho electrones de valencia.

Esta observación ha dado lugar a una pauta conocida como regla del octeto: los átomos tienden a ganar, perder o compartir electrones hasta alcanzar la configuración electrónica del gas noble más cercano. Enlace Iónico

Un átomo cede a otro uno o varios electrones, ambos adquieren carga eléctrica y pierden su electroneutralidad formando iones. - El que gana electrones queda cargado negativamente y se denomina anión. - El que pierde electrones queda con carga positiva y recibe el nombre de

catión. - Como las cargas eléctricas se atraen el catión se une al anión y forma un

compuesto iónico.



- Este tipo de enlace suele darse entre elementos que están a un extremo y otro de la tabla periódica. O sea, el enlace se produce entre elementos muy electronegativos (no metales) y elementos poco electronegativos (metales).

- A temperatura ambiente los compuestos iónicos son sólidos y forman redes cristalinas de millones de aniones y cationes.

Enlace covalente

Cuando el átomo no cede ni gana electrones, sino que los comparte con otro u otros átomos el tipo de unión que se produce se denomina covalente. La estructura resultante es una molécula.

Es el enlace que se da entre elementos de electronegatividades altas y muy parecidas.

Cl

17p 18n

Na

11p 12n

El átomo de sodio cede un electrón.

Catión sodio (Na+)

El átomo de cloro acepta un electrón.

Anión cloruro (Cl-) Cloruro de sodio (sal de mesa)



Cl2

Enlace metálico

Este tipo de enlace se produce entre elementos poco electronegativos (metales).

Los electrones que se comparten se encuentran deslocalizados entre los átomos que los comparten.

Es el enlace que se da entre elementos de electronegatividades bajas y muy parecidas, en estos casos ninguno de los átomos tiene más posibilidades que el otro de perder o ganar los electrones. La forma de cumplir la regla de octeto es mediante la compartición de electrones entre muchos átomos. Se crea una nube de electrones que es compartida por todos los núcleos de los átomos que ceden electrones al conjunto.

Este tipo de enlace se produce entre elementos poco electronegativos (metales).

Los electrones que se comparten se encuentran deslocalizados entre los átomos que los comparten.

Cl

17p 18n

Los átomos de cloro comparten un electrón. Formación de una molécula de cloro

Cl

17p 18n

Cl

Cl

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