Física y Química 3º ESO Ideas claras

LOS ÁTOMOS Y SUS UNIONES RESÚMENES Rs-0505

126

© M

ater

ial f

otoc

opia

ble

/ GEL

V

Clasificaciones de los elementos químicos

Triadas de Döbereiner Octavas de Newlands Tabla de Mendeleiev

En 1829, el químico alemán J. W. Dö-bereiner observó que había elemen-tos químicos tenían propiedades simi-lares. Como los elementos los podíaagrupar de tres en tres los llamó tria-das.

En 1864, el químico inglés J. A. New-lands al ordenar en columnas los ele-mentos químicos en orden crecientede masas atómicas cada siete ele-mentos las propiedades quedabantambién ordenadas.

A continuación, aparecía un octavoelemento con propiedades parecidasal primero, el noveno tenía propieda-des parecidas al segundo y así suce-sivamente. A esta ordenación la llamóley de las octavas.

En 1869, el químico ruso Dimitri Men-deleiev publicó una tabla en la que alcolocar los elementos en filas en or-den creciente de masas atómicas, laspropiedades también guardaban unorden, lo que le permitió enunciar laley periódica: las propiedades de loselementos químicos varían con lamasa atómica.

Dejó algunos huecos sin rellenar paraelementos que no se habían descu-bierto y predijo las propiedades quetendrían.

Sistema periódico actual

Contiene los 117 elementos conocidos según su número atómico crecien-te, es decir, según el número de protones que contienen sus núcleos, yaque esta es la característica que identifica a un elemento químico. Cadaelemento del sistema periódico se representa por su símbolo, que constade una o dos letras que hacen referencia a orígenes muy variados, peroque responden a normas adoptadas internacionalmente.

El sistema periódico está formado por 7 periodos (filas) y 18 grupos (co-lumnas).

Periodos o filas

Los elementos de un mismo periodo tienen idéntico número de capas electró-nicas, pero a medida que avanzamos en un mismo periodo tienen un electrónmás en su última capa, lo que influye en sus propiedades físicas.

Propiedades de los periodos

• El carácter metálico disminuye al avanzar hacia la derecha. Así, para el se-gundo periodo, mientras el litio y el berilio son metales, el boro es un semi-metal y el carbono, el nitrógeno, el oxígeno, el flúor y el neón son no metales.

• La reactividad es mayor en los elementos del grupo 1, seguidos por los delgrupo 2. La reactividad disminuye hasta llegar a los elementos del grupo 16,en los que vuelve a aumentar, con la excepción de los gases nobles que noson reactivos.

Triada Triada Triada

Cloro Calcio Azufre

Bromo Estroncio Selenio

Iodo Bario Telurio

Per

íodo

1

2

3

4

5

6

7

6*

** 7

1

2

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

13 14 15 16 17

18

GasesnoblesGrupo

1 1,008

HHidrógeno

3 6,941

LiLitio

57 138,91

LaLantano

89 (227)

AcActinio

* El número de masa atómica entre paréntesis es el del isótopo conocido de vida media más larga.

1 1,008

HHidrógeno

11 22,990

NaSodio

4 9,012

BeBerilio

12 24,305

MgMagnesio

19 39,098

KPotasio

37 85,468

RbRubidio

55 132,91

CsCesio

87 (223)

FrFrancio

20 40,078

CaCalcio

38 87,62

SrEstroncio

56 137,33

BaBario

88 (226)

RaRadio

21 44,956

ScEscandio

39 88,905

YItrio

57-71

*89-103

**

22 47,867

TiTitanio

40 91,224

ZrCirconio

72 178,49

HfHafnio

104 (261)

RfRutherfordio

58 140,12

CeCerio

90 232,04

ThTorio

59 140,91

PrPraseodimio

91 231,04

PaProtactinio

60 144,24

NdNeodimio

92 238,03

UUranio

61 (145)

PmPrometio

93 (237)

NpNeptunio

62 150,36

SmSamario

94 (244)

PuPlutonio

63 151,96

EuEuropio

95 (243)

AmAmericio

64 157,25

GdGadolinio

96 (247)

CmCurio

65 158,93

TbTerbio

97 (247)

BkBerkelio

66 162,50

DyDisprosio

98 (251)

CfCalifornio

67 164,93

HoHolmio

99 (252)

EsEinstenio

68 167,26

ErErbio

100 (257)

FmFermio

69 168,93

TmTulio

101 (258)

MdMendelevio

70 173,04

YbIterbio

102 (259)

NoNobelio

71 174,97

LuLutecio

103 (262)

LrLaurencio

23 50,942

VVanadio

41 92,906

NbNiobio

73 180,95

TaTántalo

105 (262)

DbDubnio

24 51,996

CrCromo

42 95,94

MoMolibdeno

74 183,84

WWolframio

106 (266)

SgSeaborgio

25 54,938

MnManganeso

43 (98)

TcTecnecio

75 186,21

ReRenio

107 (264)

BhBohrio

26 55,845

FeHierro

44 101,07

RuRutenio

76 190,23

OsOsmio

108 (270)

HsHassio

27 58,993

CoCobalto

45 102,91

RhRodio

77 192,22

IrIridio

109

MtMeitnerio

28 58,693

NiNíquel

46 106,42

PdPaladio

78 195,08

PtPlatino

110 (281)(268)

DsDarmstadtio

29 63,546

CuCobre

47 107,87

AgPlata

79 196,97

AuOro

111 (272)

RgRoentgenio

30 65,409

ZnCinc

48 112,41

CdCadmio

80 200,59

HgMercurio

112 (285)

CpCopernicium

31 69,723

GaGalio

13 26,982

AlAluminio

5 10,811

BBoro

49 114,82

InIndio

81 204,38

TlTalio

113 (284)

UutUnuntrio

32 72,64

GeGermanio

50 118,71

SnEstaño

82 207,2

PbPlomo

114 (289)

UuqUnuncuadio

33 74,922

AsArsénico

51 121,76

SbAntimonio

83 208,980

BiBismuto

115 (288)

UupUnunpentio

34 78,96

SeSelenio

52 127,60

TeT

84 (209)

elurio

PoPolonio

116 (291)

UuhUnunhexio

35 79,904

BrBromo

53 126,90

IYodo

85 (210)

AtAstato

117

––

36 83,798

KrKriptón

54 131,29

XeXenón

86 (222)

RnRadón

118 (294)

UuoUnunoctio

14 28,086

SiSilicio

15 30,974

PFósforo

16 32,065

SAzufre

17 35,453

ClCloro

18 39,948

ArArgón

6 12,011

CCarbono

7 14,007

NNitrógeno

8 15,999

OOxígeno

9 18,998

FFlúor

10 20,180

NeNeón

2 4,003

HeHelio

Nombredel elemento

MetalesNo metalesMetaloidesGases nobles

Número atómico Masa atómica*

Símbolo químico

IDEAS CLARAS

117-142 19383D_FYQ_3ESO RES.qxp:- 4/3/10 11:34 Página 126

05

127

LOS ÁTOMOS Y SUS UNIONES RESÚMENES Rs-05

Física y Química 3º ESO Ideas claras

© M

ater

ial f

otoc

opia

ble

/ GEL

V

Grupos o columnas

En los 18 grupos, numerados del 1 al 18, se pueden distinguir cuatro zonas:

• Zona gris, grupos 14 a 17, incluido el hidrógeno (que suele situarse en el grupo 1). En esta zona seencuentran los no metales.

• Zona blanca, grupos 1 a 15. Son los metales. En esta zona y fuera de la tabla, hay dos series de 14elementos cada una: lantánidos y actínidos.

• Zona de puntos, la diagonal de los grupos 13 a 16. Son los semimetales.

• Zona negra, formada por el grupo 18; la ocupan los gases nobles, que se caracterizan por su bajareactividad química.

Propiedades de los grupos

Los elementos de un mismo grupo tienen el mismo número de electrones en la última capa, por loque presentan propiedades químicas parecidas.

• La reactividad

- Los alcalinos producen una reacción muy violenta con el agua, más violenta cuanto más abajo enel grupo se encuentra el elemento.

- Los alcalinotérreos reaccionan de forma algo más suave.

- Las reacciones se van suavizando aún más para los grupos centrales.

- Las reacciones vuelven a ser más enérgicas cuando se llega a los halógenos.

• El radio de los átomos aumenta, ya que aumenta el número de capas electrónicas.

• El carácter metálico aumenta; si bien todos los halógenos son no metales, el yodo posee brillo me-tálico.

117-142 19383D_FYQ_3ESO RES.qxp:- 4/3/10 11:34 Página 127

Física y Química 3º ESO Ideas claras

LOS ÁTOMOS Y SUS UNIONES RESÚMENES Rs-0505

128

© M

ater

ial f

otoc

opia

ble

/ GEL

V

Tipos de enlaces

Enlace covalente

Se forma por compartición de electrones de varios átomos y pueden originar compuestos con dos estructuras diferen-tes: moléculas y cristales.

Formación de moléculas. Es la asociación de un número pequeño de átomos que existe de forma independiente y queposee las propiedades de la sustancia a la que pertenece.

Si son átomos iguales constituyen una sustancia pura (por ejemplo, losátomos que forman el elemento hidrógeno tienen un único electrón en lacorteza, por lo que cuando están aislados son inestables y para estabili-zarse tienen que adquirir la configuración de gas noble uniéndose a otroátomo igual, y compartir su electrón).

Y si son átomos distintos forman un compuesto químico (por ejemplo, laformación de la molécula resultante de la unión entre un átomo de hidró-geno y un átomo de flúor. Las estructuras electrónicas de ambos átomosson 1H: 1 y 9F: 2, 7, por lo que a ambos átomos les falta un electrón paraser estables; por tanto, comparten ese electrón).

• Tienen bajos puntos de fusión y de ebullición. Por ello, muchas de estas moléculas son gases a temperatura ambien-te como el hidrógeno (H2), oxígeno (O2) o dióxido de carbono (CO2); o líquidos como el bromo (Br2) o agua (H2O); o sóli-dos que se vaporizan o funden con facilidad como el yodo (I2).

• Tienen bajas densidades.

• No conducen la electricidad o lo hacen con dificultad.

Formación de cristales. Es la asociación de un gran número de átomos, que se ordenan formando redes en el espacio. Son só-lidos, cuyos átomos o moléculas se encuentran ordenados en las tres direcciones del espacio con ciertas reglas de simetría.

Enlace iónico Enlace metálico

Se forma entre elementos metálicos (que tienen pocoselectrones en su última capa y tienden a perderlos for-mando un catión) y elementos no metálicos (que tienenmuchos electrones en su última capa y tienden a captarlosformando un anión). Los cationes y los aniones se unendebido a la atracción electrostática que se produce, comosucede en la formación del NaCl.

11Na: 2, 8, 1 17Cl: 2, 8, 7

Al átomo de sodio le sobra un electrón para tener ocho ensu última capa, mientras que al átomo de cloro le faltauno. Esto hace pensar que el sodio pierda un electrón y elcloro lo gana, es decir, se forman sus iones:

Na → Na+ + 1 e– Cl + 1 e– → Cl–

• Tienen elevados puntos de fusión y ebullición; a tempe-ratura ambiente son sólidos cristalinos.

• Se disuelven en agua.

• Conducen la electricidad, disueltos o fundidos.

Se forma entre los átomos de los metales situados en laparte izquierda, en la central y en algunos lugares de laderecha del sistema periódico.

Los metales tienen pocos electrones en su última capa,por lo que tienden a perderlos para adquirir la configura-ción más estable de gas noble. Pero los cationes formadosno se atraen entre sí porque tienen la misma carga (posi-tiva).

A medida que se acercan los cationes, sus capas electróni-cas se deforman hasta formar un conjunto de cationes ro-deado por capas de electrones comunes a todo el metaldonde se sitúan los electrones que sobran a todos ellos.

• Son sólidos a temperatura ambiente, salvo el mercurio.

• Tienen un brillo característico llamado brillo metálico.

• Conducen bien la electricidad y del calor.

• Son dúctiles (se pueden estirar en hilos) y maleables(pueden formar láminas).

Uniones entre átomos

Regla del octeto: los átomos se unen para adquirir ocho electrones en su última capa; esdecir, conseguir la configuración electrónica de gas noble.

Para lograrlo, los átomos pueden compartir electrones o ceder o ganar electrones, es decir,formar iones. En ambos casos se forman enlaces químicos debido a una fuerza electrostá-tica que mantiene unidos a los átomos.

Los gases nobles no son reactivos, por tanto, tienden a quedarse como están no combinán-dose con ningún elemento.

2 átomos de hidrógeno

1 átomo 1 átomode flúor + de hidrógeno

1 molécula de HF

1 molécula de hidrógeno

117-142 19383D_FYQ_3ESO RES.qxp:- 4/3/10 11:34 Página 128

05

129

LOS ÁTOMOS Y SUS UNIONES RESÚMENES Rs-05

Física y Química 3º ESO Ideas claras

© M

ater

ial f

otoc

opia

ble

/ GEL

V

Fórmulas químicas

Es la representación de una sustancia, y en ella se expresa la clase y el número de átomos que la for-man.

Su expresión general es AnBm, donde n y m es el número de átomos de los elementos A y B que for-man la molécula o la proporción en la que se encuentran en un cristal.

Así, por ejemplo, el amoníaco tiene por fórmula química NH3, ya que su molécula está formada por unátomo de nitrógeno y tres átomos de hidrógeno.

Masa molecular

Es la suma de las masas atómicas de los átomos que la forman. Por tanto, su unidad será la unidadde masa atómica (u).

Para calcular la masa molecular de una sustancia debemos conocer su fórmula química y las masasatómicas de todos los átomos la forman.

Ejemplo

a) La masa molecular relativa del oxígeno se calcula de la siguiente forma:

La fórmula del oxígeno es O2: cada molécula está formada por dos átomos de oxígeno, cuya masaatómica es 16.

masa molecular relativa del O2 = 16 · 2 = 32

b) La masa molecular relativa del agua se calcula de la siguiente forma:

La fórmula del agua es H2O: cada molécula está formada por dos átomos de hidrógeno, cuya masaatómica es 1, y uno de oxígeno, cuya masa atómica es 16.

masa molecular relativa del H2O = 1 · 2 + 16 = 18

Esto significa que la masa del oxígeno y la del agua son, respectivamente, 32 y 18 veces la doceavaparte de la masa del átomo de carbono 12.

Mol

Es la cantidad de sustancia que contiene tantas partículas como átomos hay en 12 g de carbono-12.Su símbolo es mol.

1 mol de átomos = 6,022 · 1023 átomos

1 mol de moléculas = 6,022 · 1023 moléculas

Masa molar

Es la masa, expresada en gramos, que tiene un mol de partículas. Se representa por M y su unidad esg/mol o kg/mol.

Cuando la masa molar se expresa en g/mol, el valor numérico de un mol de partículas coincide con lamasa atómica o molecular de la partícula. Así, para cualquier sustancia y cualquier masa, se puedeescribir:

n = = m (g)

M (g/mol)masa (g)

masa molar (g/mol)

Ejemplo

Si disponemos de 54 g de agua, para hallar: a) la cantidad de sustancia; b) el número de moléculas deagua; c) el número de átomos de oxígeno; d) el número de átomos de hidrógeno, se calcula de la si-guiente forma:

a) Calculamos la masa molar del H2O: M (H2O) = 1 · 2 + 16 = 18 g/mol

n = = = 3 mol de H2O

b) Como un mol de moléculas contiene el número de Avogadro de moléculas:

= ⇒ x = 18,066 · 1023 moléculas de H2O

c) Cada molécula de H2O contiene un átomo de oxígeno, por lo que el número de átomos de oxígenocoincide con el de moléculas:

n.º de átomos O = 18,066 · 1023 átomos de O

d) Cada molécula de H2O contiene dos átomos de hidrógeno, luego el número de átomos de este ele-mento es el doble que el de moléculas:

n.º de átomos de H = 2 · 18,066 · 1023 = 36,132 · 1023 átomos de H

3 mol H2Ox

1 mol H2O6,022 · 1023 moléculas

54 (g)18 (g/mol)

m (g)M (g/mol)

117-142 19383D_FYQ_3ESO RES.qxp:- 4/3/10 11:34 Página 129