Los elementos son sustancias puras formadas
por átomos similares y se clasifican en la tabla periódica en orden creciente de
su número atómico, mientras que los compuestos están constituidos por la unión
química de dos o más elementos distintos
Cuando dos átomos se encuentran alejados, no interactúan entre sí. Sin embargo, conforme se acercan, el electrón de uno interactúa con el núcleo de otros. Pero también surge una repulsión entre los núcleos con carga positiva, así como entre los electrones de ambos átomos.
EL ENLACE IÓNICO
Este tipo de unión se presenta entre los
iones. En general, los metales tienden a ceder sus electrones y los no metales
a aceptarlos. Lo que sucede entre el sodio (un metal) y el cloro (un elemento
no metálico). Cuando estos elementos entran en contacto el electrón de Valencia
del sodio se transfiere al átomo de cloro y se forman el ion sodio (Na+) y el
ion cloruro (Cl-). Los iones que se obtienen tienen ahora completa su capa de
Valencia con 8 electrones, de manera similar a los gases nobles.
El ión de sodio tiene carga positiva y, el
ion cloruro, carga negativa, por lo que se atraen mediante fuerzas
electrostáticas, Este tipo de unión entre iones de carga opuesta se denomina enlace
iónico
El proceso de cesión d aceptación de un
electrón entre un átomo de sodio y uno
de cloro se repite con muchos pares de
átomo de estos elementos que se acomodan de manera organizada en lo que se
conoce como red cristalina
Los compuestos formados por cationes y aniones se conocen como compuestos iónicos y son agregados de iones que forman una red cristalina. La formula de los compuestos iónicos indica la proporción de iones en el compuesto.
EL ENLACE COVALENTE
Este tipo de unión química se presenta entre
los no metales, como el hidrógeno, el carbono, el nitrógeno, el oxígeno,
el azufre y el cloro. Lewis propuso la estructura de puntos para explicar el
enlace covalente
Este tipo de enlace se presenta en átomos de elementos con cuatro o más electrones de Valencia.
Relación entre las propiedades de las sustancias con el modelo de enlace: covalente e iónico
Los compuestos iónicos
Los compuestos iónicos están constituidos por
cationes (iones con carga positiva) y aniones (iones con carga negativa),
unidos mediante enlaces iónicos debido a la gran fuerza de atracción entre sus
cargas opuestas. También dijimos que se organizan en una red o estructura
cristalina.
El modelo de enlace iónico permite explicar algunas propiedades de los compuestos iónicos: sólidos y rígidos a temperatura ambiente, porque las fuerzas de atracción entre los iones son muy fuertes, lo que los mantiene unidos en la estructura cristalina. En consecuencia, las temperaturas de fusión de los compuestos iónicos son elevadas.
Los compuestos iónicos son duros (presentan oposición a ser rayados), pero quebradizos o frágiles al aplicar una fuerza sobre ellos, como el golpe de un martillo. En general , son solubles en agua debido a la interacción entre las partículas de este líquido y los iones del compuesto. Sin embargo , algunos pueden ser pocos solubles en agua si las atracciones entre los iones son muy fuertes, como el óxido de hierro (III), Fe2O3
No conducen la electricidad en estado sólido debido a su estructura cristalina Sin embargo, si son conductores al estar fundidos o disueltos en agua . En el primer caso, al transformarse el compuesto en líquido, los iones ya no forman la estructura cristalina y están menos atraídos entre sí que en el estado sólido. Esto permite que puedan desplazarse y la corriente viaja debido al movimiento de los iones con carga . En el segundo caso, al disolverse un compuesto iónico en agua, los iones abandonan la estructura.
REGULARIDADES EN LA TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS QUÍMICOS REPRESENTATIVOS
Desde
que Moseley estableció su relación con los protones del núcleo, el número
atómico se utiliza para organizar a los elementos en la tabla periódica y se
indica junto al símbolo del elemento, además de la masa atómica.
En la
tabla periódica los elementos están ordenados en columnas y filas numeradas.
Las filas se llaman periodos y las columnas grupos o familias.
Los periodos se enumeran del 1 al 7, lo que corresponde a los niveles de energía en que están acomodados los electrones de un átomo, así, los elementos del periodo 7 tienen más capas electrónicas que los del periodo 1. En los grupos o las familias, los elementos tienen propiedades químicas similares e igual valencia , como observó Mendeleiev.
En la mayoría de las tablas periódicas actuales encontramos a los grupos numerados 1 al 18, aunque todavía es posible encontrar ejemplos en que los grupos tenga números romanos, seguidos de las letras A o B.
Los elementos que se encuentran
por separada en casi todos los esquemas de
la tabla periódica, se denomina
de transición interna.
El concepto central de la periodicidad química es que las propiedades de los elementos cambian al aumentar el número atómico y se repiten al iniciar un nuevo periodo. Esta observación la hizo Mendeleiev y sus contemporáneos, al notar que ciertos elementos, aunque tuvieran diferentes pesos atómicos, compartían propiedades similares que permitían agruparlos en familias.
CARÁCTER METÁLICO, VALENCIA, NÚMERO Y MASA ATÓMICA
CARÁCTER METÁLICO
El carácter
metálico describe el conjunto de propiedades químicas que se asocian con los
elementos clasificados como metales en la tabla periódica. El carácter metálico
depende de la capacidad de un elemento para perder sus electrones de valencia
externa.
Ejemplos de propiedades relacionadas con el carácter metálico incluyen la conductividad térmica y eléctrica, el brillo metálico, la dureza, la ductilidad y la maleabilidad. El elemento más «metálico» es el francio, seguido del cesio. En general, el carácter metálico aumenta a medida que se desplaza hacia la parte inferior derecha de la tabla periódica.
CARÁCTER METÁLICO FRENTE A METALICIDAD
En química, los términos carácter metálico y metalicidad pueden utilizarse indistintamente para referirse a la naturaleza metálica de una muestra. En astronomía, la metalicidad se refiere a la abundancia de elementos más pesados que el hidrógeno o el helio, independientemente de si estos elementos son realmente metales o no.
VALENCIA
En química, hablamos de valencia para referirnos al número de electrones que un átomo de un elemento determinado posee en su último nivel de energía, es decir, en su órbita más externa. Estos electrones son de especial relevancia pues son los responsables de los enlaces covalentes (covalente: comparten valencia) e intervienen a la hora de las reacciones químicas.
Un átomo puede tener una o más valencias, sin embargo, y por ese motivo este concepto, creado en el siglo XIX para explicar las “afinidades” entre los distintos átomos que se conocían, ha sido sustituido con el de “número de oxidación”, que finalmente representa lo mismo.
Así, por ejemplo, el átomo de hidrógeno tiene valencia 1, lo que significa que puede compartir un electrón en su última capa; el de carbono, en cambio, tiene valencia 2 o 4, es decir, puede ofrecer dos o cuatro electrones. De allí que el número de valencia representa la capacidad del elemento.
MASA ATÓMICA
Se trata de
la masa de un átomo expresada en ‘uma’, o ‘u’ (por sus siglas ‘unidad de
masa atómica’), aunque también se le puede llamar Dalton (Da).
Tiene un valor aproximado de 1,6605·10-27 kg que
corresponde a la doceava parte de la masa del átomo de carbono-12.
A la masa atómica de un elemento contribuyen proporcionalmente todos los isótopos del mismo. A efectos prácticos, la masa atómica viene a ser aproximadamente igual a la suma de las masas de los protones y neutrones, ya que la de los electrones es muy pequeña. Al hidrógeno-1, que tiene un electrón y un protón, se le asignaría una masa unidad y así se obtendrían las masas de los demás elementos. El helio-4 tiene dos protones y dos neutrones, por lo que su masa atómica sería 4. Para los cálculos se utiliza mucho el concepto de átomo-gramo, que es la masa atómica expresada en gramos.
IMPORTANCIA DE LOS ELEMENTOS QUÍMICOS PARA LOS SERES VIVOS
Los elementos químicos tienen una gran importancia para los seres vivos, ya que sin los primeros no sería posible la vida de los segundos.
Los elementos son sustancias que no pueden ser descompuestas por otras sustancias. Hoy en día se reconocen unos 115 elementos químicos, que se dividen en metales, metales de transición, no metales y gases nobles.
A su vez,
los elementos químicos se dividen en 18 grupos:
Metales: metales alcalinos (grupo 1) y metales alcalinotérreos (grupo 2).
Metales de transición: familia del escandio (grupo 3), familia del titanio (grupo 4), familia del vanadio (grupo 5), familia del cromo (grupo 6), familia del manganeso (grupo 7), familia del hierro (grupo 8), familia del cobalto (grupo 9), familia del níquel (grupo 10), familia del cobre (grupo 11) y familia del zinc (grupo 12).
No metales: térreos (grupo 13), carbonoideos (grupo 14), nitrogenoideos (grupo 15), calcógenos (grupo 16) y halógenos (grupo 17).
Gases nobles (grupo 18).
Dos o más elementos se pueden combinar para producir compuestos más complejos. De hecho, toda la materia existente está compuesta de elementos químicos, incluso los seres vivos (plantas, animales y humanos) son conglomerados de miles de millones de átomos. De ahí, su importancia.
ELEMENTOS QUÍMICOS Y LOS SERES VIVOS
Como se dijo anteriormente, los seres vivos están compuestos de múltiples elementos químicos. Cabe destacar que los que se encuentran con más frecuencia en los organismos vivientes son el carbono, el hidrógeno, el oxígeno y el nitrógeno, los cuales constituyen el 90% de la materia viva.
Estos cuatro elementos son los componentes de ciertas moléculas biológicas (u orgánicas) como los carbohidratos, las proteínas, los lípidos y los ácidos nucléicos (como el ácido ribonucleico -ARN- y el ácido desoxirribonucleico -ADN-). Otros elementos, como el fósforo, el azufre, el calcio y el potasio, se encuentran en menor cantidad.
EL CARBONO Y LOS SERES VIVOS
El carbono
es el cuarto elemento más abundante en el universo y es la base esencial de la
vida en el planeta Tierra.
Como se
explicó en el apartado anterior, todos los seres vivos se componen de carbono.
Este elemento tiene una estructura molecular que le permite crear diversos
enlaces con múltiples elementos, lo que constituye una ventaja.
El carbono circula a través de la tierra, del océano y de la atmósfera, creando lo que es conocido como el ciclo del carbono.
EL CICLO DEL CARBONO
El ciclo
del carbono se refiere al proceso de reciclaje de este elemento. Los animales
consumen glucosa (C6H1206) durante el metabolismo de los alimentos y la
respiración.
Esta
molécula se combina con el oxígeno (02), generando así dióxido de carbono
(CO2), agua (H02) y energía, que se libera en forma de calor.
Los animales no necesitan el dióxido de carbono, por lo que lo liberan a la atmósfera. Por otra parte, las plantas sí pueden aprovechar este gas a través de un proceso llamado “fotosíntesis”. Dicho proceso requiere la presencia de tres elementos:
El dióxido de carbono, que entra a las plantas a través de las
estomas en sus hojas.
El agua, que es absorbida gracias a las raíces de las plantas.
La energía solar, que es captada por la clorofila.
El CO2,
sumado a las moléculas del agua y a la energía proveniente de la luz solar,
permite que las plantas:
Liberen oxígeno durante la fase luminosa de la fotosíntesis.
Sinteticen hidratos de carbono, como la glucosa, durante la fase
obscura de la fotosíntesis.
Reacción
química de la fotosíntesis
CO2 + H2O + luz y clorofila → CH2O + O2
Dióxido de carbono + Agua + Luz → Hidratos de carbono + oxígeno
Los animales captan el oxígeno y consumen la glucosa de las plantas y así comienza el ciclo de nuevo.
INFLUENCIAS DE OTROS ELEMENTOS EN PLANTAS, ANIMALES Y PROCARIOTAS
A continuación, se presenta una tabla en la que se señalan algunos de los roles que desempeñan el azufre, el calcio, el fósforo, el hierro, y el sodio en plantas, animales y procariotas.
A la tabla periódica se descubrió gracias al químico italiano Stanislao Cannizzaro (1826-1910). En 1858 publicó una lista de pesos atómicos fijos (que ahora se conocen como masas atómicas relativas) para los sesenta elementos que entonces se conocían. Al ordenar los elementos de menor a mayor peso atómico, las propiedades químicas se repetían curiosamente a intervalos regulares.
Cinco
años más tarde, el químico ruso Dmitri Ivanovich Mendeleiev (1834-1907) hizo
prácticamente el mismo descubrimiento. Sin embargo, lo que hizo fue mucho más
impresionante y es justo que haya pasado a la historia como el descubridor de
la tabla periódica.
En 1869, al trabajar en su libro Principios de la química, Mendeleiev escribió los nombres de los elementos, así como algunas de sus propiedades principales, en fichas individuales, para poderlos ordenar adecuadamente en la exposición de sus propiedades químicas.
Desde 1869, fecha en que Mendeleiev explicó su tabla, se han encontrado o producido por medio de reacciones nucleares 40 elementos más y se ha rediseñado la tabla periódica para hacerles lugar. Mendeleiev todavía vivió para conocer el descubrimiento del electrón, pero ya no llegó a conocer la disposición de los electrones alrededor del núcleo del átomo, base de la estructura de la tabla.
Los metales tienen características de gran utilidad que fueron aprovechadas por nuestros ante pasados unos cuatro mil años antes de nuestra era. Los descubrimientos muestran que se comenzaron a combinar materiales como la madera, el marfil etc. La mayoría de los metales se encuentran estado sólido a excepción del mercurio y el galio los cuales so líquidos temperatura ambiente, los metales los utilizaban y sigue utilizando para armas, cuchillos, herramientas, unte cilios para comer etc.
LOS METALES Y SUS CARACTERÍSTICAS
Probablemente has observado propiedades que caracterizan a los metales como el color y el brillo.
BRILLO
Se suele distinguir los minerales con brillo metálico de aquellos con brillo no metálico, si bien una clara separación entre ambos grupos es algo ambigua, al punto de considerarse en ocasiones un grupo de minerales con brillo submetálico.
BRILLO METÁLICO
Es propio de aquellos minerales con enlace metálico puro o predominante, siendo totalmente opacos a la luz.
LOS MINERALES CON BRILLO NO METÁLICO
Son, por lo general, de colores claros y transmiten la luz, por lo menos, en secciones delgadas.
TENACIDAD
Es la energía de deformación total que es capaz de absorber o acumular un material antes de alcanzar la rotura en condiciones de impacto, por acumulación de dislocaciones. Se debe principalmente al grado de cohesión entre moléculas. En mineralogía la tenacidad es la resistencia que opone un mineral u otro material a ser roto, molido, doblado, desgarrado o suprimido.
DUCTILIDAD
Es una propiedad que presentan algunos materiales, como las aleaciones metálicas o materiales asfálticos, los cuales bajo la acción de una fuerza, pueden deformarse plásticamente de manera sostenible sin romperse, permitiendo obtener alambres o hilos de dicho material. A los materiales que presentan esta propiedad se les denomina dúctiles. Los materiales no dúctiles se califican como frágiles. Aunque los materiales dúctiles también pueden llegar a romperse bajo el esfuerzo adecuado, esta rotura sólo sucede tras producirse grandes deformaciones.
EJEMPLOS
Bronce
Latón
LOS METALES Y EL DESARROLLO TECNOLÓGICO
El cobre, la plata y el oro parecen ser los primeros
metales empleados de los que se tenga
registro.
Las culturas prehispánicas de nuestro país utilizaron el
oro y la plata para adornos y joyas; el cobre para elaborar monedas, cascabeles
y adornos
Existen materiales llamados…
SUPERCONDUCTORES
Son un tipo especial de materiales que pueden conducir la corriente eléctrica casi sin ofrecer resistencia, y, por tanto, sin que se produzca una “pérdida” energética. Es decir, los metales son buenos conductores, tanto térmicos como eléctricos, pero estos se calientan al conducir un flujo de electrones, porque los átomos del metal vibran y chocan contra estos. Ofrecen resistencia y se pierde energía en forma de calor. Esto no es rentable en algunas ocasiones.
TOMA DE DECISIONES RELACIONADA CON: RECHAZO, REDUCCIÓN, REUSO Y RECICLADO DE METALES
DESECHOS SÓLIDOS
Los metales pesados son parte de los contaminantes que contiene el lixiviado, este es generado por la descomposición de los residuos sólidos urbanos, el cual por su toxicidad puede causar severos problemas al ambiente. En sitios controlados o en tiraderos a cielo abierto, da lugar a la generación de lixiviado y biogás, derivados de los procesos de descomposición microbiana y de los componentes de los residuos.
QUÉ HACER CON LOS METALES QUE DESECHAMOS?
Es importante saber cómo podemos reutilizarlos para reducir
el consumo y la explotación de estos.
Ejemplos que podemos usar para reducir…
RECHAZO
Negarse a producir mucha basura: evitar empaques voluminosos e innecesarios. Prescindir del papel aluminio.
REDUCCIÓN
Disminuir la cantidad y volumen de basura.
RECICLADO
Llevar latas, cables, láminas, etcétera, a un centro de acopio para que llegue a los centros de reciclado.
REUSO
Valorar si un objeto es reparable o puede emplearse para otro fin Los botes de metal vacíos sirve para guardar semillas
Rangel A., (noviembre 24,2014) Cuál es la importancia de rechazar, reducir, reusar y reciclar los metales? Noviembre 25,2014 de Blogspot. Sitio web: lascuatrorse2.blogspot.com
El pensador griego Demócrito (460-370 a. de C.) decía que la materia está formada por unidades indivisibles llamadas átomos.
Aristóteles (384-322 a. de C.) aseguraba que las cosas estaban formadas por materia y que no contenía espacios vacíos.
El científico inglés John Dalton (1766-1844) propuso que existía un punto en el cual ya no era posible dividir la materia y se obtenían partículas indivisibles: los átomos. Dalton también realizó experimentos que le permitieron calcular la masa atómica (Es la masa media de un átomo de un elemento dada en gramos) relativa de algunos elementos.
John Joseph Thomson (1856-1940) propuso la existencia de partículas diminutas con carga negativa en los átomos, a las que llamó electrones, propuso un modelo atómico que consideraba el átomo como una esfera de materia cargada positivamente en cuyo interior estaban incrustados los electrones.
El inglés Ernest Rutherford (1871-1937), dedujo que el átomo debía estar formado por un núcleo central con carga positiva, alrededor del cual giraban los electrones. También propuso la existencia del protón, partícula atómica con carga positiva, con una masa mucho mayor que la del electrón.
El físico inglés James Chadwick (1891-1937) descubrió una partícula nuclear sin carga con una masa semejante a la del protón y la denominó neutrón.
El conocimiento científico ha encontrado evidencias de que la materia está compuesta por partículas entre las cuales existe vacío, es decir, es discontinua.
EL MODELO ATÓMICO DE BOHR
Durante el siglo XX, los avances en el conocimiento de la estructura de la materia y el desarrollo tecnológico propiciaron el surgimiento de otros modelos atómicos como el propuesto por el físico danés Niels Bohr (1885-19629), en 1913, basándose en el modelo de su maestro y amigo Ernest Rutherford.
Bohr propuso un modelo planetario en el cual los electrones se mueven alrededor del núcleo, la parte central del átomo, en regiones con un determinado valor de energía, de manera similar al movimiento de los planetas en órbitas alrededor del Sol.
Para explicar por qué emiten luz los elementos cuando se calientan, Bohr propuso que los electrones absorben energía y «saltan» de un nivel de menor energía a otro de mayor energía. Los electrones tienden a regresar al nivel original y cuando lo hacen, liberan energía en forma de luz.
En cada nivel de energía se ubica un número determinado de electrones. Sin embargo, dicho número se modificó y en cada nivel de energía existen subniveles en los cuales se ubican los electrones.
En cada átomo se llenan primero las órbitas más cercanas al núcleo o de menor energía, y a las partículas que se encuentran allí se les conoce como electrones internos.
La órbita más alejada del núcleo, la de mayor energía se llama capa de valencia y los electrones ahí ubicados se llaman electrones de valencia.
La propuesta de la existencia de los electrones de valencia sentó las bases para entender cómo se combinan los átomos, la fuerza que los mantiene unidos se conoce como enlace químico.
ENLACE QUÍMICO
ESTRUCTURAS DE LEWIS: En 1916, Gilbert Newton Lewis (1875-1946) propuso una forma gráfica de representar los átomos y sus electrones de valencia. Su modelo, conocido como estructura de Lewis o diagrama de puntos, se escribe el símbolo del elemento y a su alrededor se dibujan puntos que representan los electrones de valencia.
Los primeros cuatro electrones de valencia se colocan arriba, abajo, a la derecha y a la izquierda del símbolo del elemento. Si existen más de cuatro electrones de valencia se forman parejas.
Entre 1868 y 1898 se descubrieron gases muy estables, es decir, no se unían o enlazaban con otros elementos. Se denominaron gases nobles o inertes. La estabilidad de los gases nobles se explicó por el hecho de que poseen ocho electrones de valencia, por lo que tienen completa su capa externa.
Para adquirir una configuración parecida a un gas noble se le conoce como regla del octeto.
Cuando los átomos se unen y comparten pares de electrones se forman las moléculas, partículas constituidas por un átomo o más, de un mismo elemento o de diferentes.
Cuando dos átomos se unen compartiendo un par de electrones se forma un enlace covalente sencillo.
Un enlace covalente doble se comparten cuatro electrones entre los átomos.
Un enlace covalente triple participan seis electrones.
REPRESENTACIÓN QUÍMICA DE ELEMENTOS, MOLÉCULAS, ÁTOMOS, IONES
Los elementos se representan con símbolos integrados por una o dos letras de su nombre en latín.
Para representar las moléculas se utiliza el símbolo del elemento y, a la derecha, e coloca como subíndice un número que indica la cantidad de átomos que la forman.
LOS ÁTOMOS
En los átomos existen dos zonas: el núcleo, donde se ubican los protones y los neutrones, y el área en la que se encuentran los electrones que giran a su alrededor.
La cantidad de protones se denomina número atómico y se representa con la letra Z.
Para distinguir los isótopos de un elemento, es útil el número de masa, que indica la cantidad de protones y de neutrones presentes en el núcleo. Este se representa con la letra A.
A= cantidad de protones + cantidad de neutrones
A= número atómico + cantidad de neutrones
A= Z + cantidad de neutrones
LOS IONES (ANIONES Y CATIONES)
Cuando los átomos ceden o aceptan electrones se forman los iones.
Al ceder electrones, los iones adquieren carga positiva y se denominan cationes.
Al aceptar un electrón, los iones con carga negativa se conocen como aniones.
Ramírez J., (diciembre 20, 2005) Modelos atómicos. Diciembre 21, 2005 de Cnice. Sitio web: concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/atomo/modelos.htm
MEZCLA: Combinaciones de sustancias cuyas propiedades originales no se alteran al unirse.
Esta es una mezcla homogénea
SUSTANCIA PURA: Si una mezcla se somete a un método de separación para obtener los componentes que la forman y estos a su vez ya no pueden separarse.
ELEMENTOS: Sustancia básica que no puede descomponerse para dar otras más sencillas.
COMPUESTOS: Sustancias puras formadas por átomos de dos o más elementos distintos.
Esquema de cómo se divide la materia
TEORÍA CINÉTICA DE PARTÍCULAS O MODELO CORPUSCULAR DE LA MATERIA: Establece que la materia está formada por un enorme cantidad de partículas en movimiento, entre las cuales existe un espacio vacío. Es útil para explicar los estados de agregación de la materia.
En el modelo corpuscular, las partículas se representan como esferas rígidas, no es necesario especificar si son elementos, compuestos o mezclas se considera que las propiedades generales son independientes del tipo de material.
Química H5O 