La Tabla Periódica
El científico inglés H. Moseley (1887-1915) propuso ordenar los elementos según valores crecientes de su número atómico (Z). De este modo, su posición en la tabla quedaba relacionada con su estructura atómica y esta con las propiedades de los elementos. El Sistema Periódico (SP) actual consta de siete filas o periodos y dieciocho columnas o grupos.
En el SP, los elementos se ordenan según el valor creciente de Z.
Los elementos de un grupo tienen propiedades químicas similares.
Estas propiedades están relacionadas con el número de electrones de valencia, es decir, los situados en la última capa (capa de valencia).
Los Gases Nobles y la Regla del Octeto
Los gases nobles poseen átomos muy estables que no se combinan con otros átomos y no modifican su estructura electrónica. Curiosamente, todos ellos tienen 8 electrones en su último nivel, salvo el helio, que tiene 2. De ello se deduce que la disposición electrónica característica de un gas noble es particularmente estable y se llama disposición de octeto.
Regla del octeto: los átomos, al unirse, intercambian electrones hasta adquirir 8 electrones en su última capa.
No Metales en la Materia Viva
En la Atmósfera
Proporción
- Bioelementos primarios (96%): H, O, C, N, S, P
- Bioelementos secundarios (3.3%): Hacen funciones vitales. Ca, Na, K, Mg, Cl
- Oligoelementos (0.1%): Fe, Mn, Cu…
| % Humano | % Corteza Terrestre |
|---|---|
| O 64 | O 46 |
| C 18 | Si 27 |
| H 10 | Al 8.2 |
| N 3 | Fe 6.3 |
| Ca 1.5 | Ca 5 |
Metales
Los más numerosos pero en pequeñas cantidades. De todos los elementos del sistema periódico, aproximadamente las cuatro quintas partes son metales. Su química es determinante para nosotros pero en proporción, son los menos abundantes.
Semimetales
Los componentes de la era de la electrónica. Los elementos situados en la frontera entre los metales y los no metales tienen características propias. Elementos como el Si, Ge o As se llaman semiconductores y son la base de los actuales componentes electrónicos.
Agrupaciones de Átomos
Las agrupaciones de átomos se diferencian entre sí por el número y tipo de átomos que las forman y por el modo en que se disponen en el espacio.
Existen dos tipos de agrupaciones atómicas: las moléculas y los cristales.
Las Moléculas
Están formadas por un número definido de átomos, generalmente pequeño. Se denominan diatómicas si contienen dos átomos, triatómicas si contienen tres, etc. Asimismo, pueden ser:
- Moléculas de elementos: Están formadas por átomos iguales.
- Moléculas de compuestos: Están formadas por átomos diferentes.
Los Cristales
Las redes cristalinas o cristales están formados por un número variable, generalmente muy grande, de átomos, iones o moléculas que se disponen formando una estructura tridimensional regular. Se dice que constituyen estructuras gigantes en las que trillones de átomos se unen de forma ininterrumpida. Igual que las moléculas, los cristales pueden ser:
- Cristales de elementos: Formados por átomos iguales.
- Cristales de compuestos: Formados por átomos diferentes.
Enlace Iónico
Formación de un Enlace Iónico
De acuerdo con la regla del octeto, muchos átomos tienden a ganar o perder electrones para adquirir mayor estabilidad.
- Los metales tienen tendencia a perder electrones, formando iones positivos o cationes.
- Los no metales tienden a ganar electrones, formando iones negativos o aniones.
Estos iones, al tener cargas opuestas, se atraen y permanecen unidos por fuerzas eléctricas. Cuando un número muy grande de iones positivos interacciona con un número muy grande de iones negativos, el conjunto adquiere estabilidad y se forma un cristal iónico.
Propiedades de las Sustancias Iónicas
Los compuestos iónicos son muy estables porque su estructura cristalina es muy difícil de romper. Presentan las siguientes propiedades:
- Son sólidos a temperatura ambiente y tienen puntos de fusión elevados.
- Son duros, difíciles de rayar.
- Son solubles en agua, porque en ella disminuye la fuerza eléctrica entre los iones y la red se desmorona más fácilmente.
- En estado sólido no conducen la electricidad, porque los iones están fijos en la estructura cristalina, pero fundidos o disueltos sí son conductores.
Enlace Covalente
El enlace covalente se produce por la unión entre dos átomos de elementos no metálicos que comparten electrones porque ninguno cede a perder electrones. Esta unión se representa mediante diagramas de Lewis, en los que los puntos indican electrones en la capa de valencia. El par de electrones compartido se denomina par de enlace.
El enlace covalente da lugar a los siguientes tipos de sustancias:
- Sustancias moleculares: Están formadas por moléculas. La mayoría son gases o líquidos volátiles a temperatura ambiente. No conducen el calor ni la electricidad y son poco solubles en agua, salvo excepciones.
- Cristales covalentes: Forman redes cristalinas muy estables. Son sólidos a temperatura ambiente, con puntos de fusión muy elevados. Son muy duros, no conducen el calor ni la electricidad y son insolubles en agua.
Enlace Metálico
El enlace metálico se produce cuando los iones positivos de un metal comparten una nube de electrones, ya que ninguno cede a dar electrones.
Los iones positivos se colocan en el espacio del modo más compacto posible, originando redes cristalinas tridimensionales cuya geometría depende del tamaño de los iones.
Los metales presentan las siguientes propiedades generales:
- Son sólidos a temperatura ambiente, excepto el mercurio.
- Son buenos conductores del calor y de la electricidad.
- Son dúctiles y maleables (se pueden deformar en hilos y láminas).
- Tienen brillo metálico.
Fórmulas Químicas
La química utiliza un lenguaje universal que permite representar mediante fórmulas todas las sustancias descubiertas. Los conceptos de molécula y cristal permiten distinguir entre dos tipos de fórmulas:
- Fórmula molecular: Para describir las agrupaciones de átomos que forman moléculas. Se utilizan los símbolos químicos de los átomos y subíndices que indican el número real de átomos de cada tipo que constituyen la molécula.
- Fórmula empírica: Para describir las redes cristalinas y estructuras gigantes en general. En este caso, los subíndices indican la proporción en que se encuentran los átomos de cada elemento en el cristal.
Masa Molecular
La masa molecular es la suma de las masas atómicas de los átomos que componen la unidad de fórmula. La masa molecular es una magnitud relativa porque se refiere a un patrón arbitrario que es la unidad de masa atómica (u).
Composición Centesimal
En el cálculo de la masa molecular del agua (H2O): 2 • 1 + 1 • 16 = 18 u, se observa que la aportación del hidrógeno y del oxígeno es siempre la misma: 2/18 partes del agua son hidrógeno y 16/18 partes son oxígeno, proporción que puede expresarse lo mismo en unidades de masa atómica que en gramos, kilogramos o en cualquier otra unidad de masa. Así pues, la proporción en que los átomos se combinan para dar un compuesto no cambia y viene determinada por su fórmula.
La composición centesimal de un compuesto indica qué tanto por ciento de su masa molecular corresponde a cada uno de los elementos que lo constituyen.
El Mol
- Un mol es la cantidad de sustancia que contiene tantas unidades como átomos hay en 12 g de carbono 12.
- Un mol de átomos de cualquier elemento contiene 6,02 • 1023 átomos (número de Avogadro) de ese elemento, y su masa, llamada masa molar, viene dada por la masa atómica expresada en gramos.