• AS SUSTANCIAS PURAS
• MODELO ATÓMICO DE DALTON
• NATUREZA ELÉCTRICA DA MATERIA
• MODELO ATÓMICO DE RUTHERFORD
• ELEMENTOS QUÍMICOS E ISÓTOPOS
• ESTRUTURA ELECTRÓNICA

AS SUSTANCIAS PURAS

As substancias puras son substancias con propiedades características constantes, como densidade, puntos de fusión ou ebulición. Isto é así porque a súa composición é constante. As substancias puras dividímolas en elementos e compostos químicos. Os elementos químicos non se poden descompoñer en substancias máis sinxelas, coma se pásalle aos compostos químicos. De feito a auga foi considerada durante moito tempo un elemento ata que se soubo descompoñela en hidróxeno e osíxeno.

Os elementos son substancias que só teñen un tipo de elementos. E os compostos químicos son substancias formadas por moléculas ou redes cristalinas cunha composición fixa de elementos diferentes.

Hoxe damos por sentado que existen os átomos que forman os elementos, pero como se chegou a esta idea da existencia dos átomos?

Os filósofos gregos discutiron moito acerca da natureza da materia, e concluíron que o mundo era moito máis simple do que parecía. Leucipo, no 440 a. C. aproximadamente, sostiña a teoría de que só había un tipo de materia. Pensaba que sE a materia "cortábase" (dividíase) sucesivamente, chegaría un momento en que habería unha porción que non se podería seguir dividindo. O seu discípulo, Demócrito, no 400 a. C., chamou átomos a estes anacos de materia indivisible (átomo en grego significa indivisible). Empédocles, contemporáneo de Demócrito, postulou que a materia estaba formada por catro elementos: terra, auga, aire e lume. Aristóteles, que non cría na existencia dos átomos, admitiu a teoría de Empédocles e rexeitou as teorías atomistas de Demócrito; o seu prestixio como filósofo conseguiu que a teoría dos catro elementos prevalecese no pensamento da humanidade durante 2.000 anos.

Os alquimistas primeiro e os químicos posteriormente, aínda que non coñecían como estaba constituída a materia non por iso deixaron de realizar reaccións químicas. Unha reacción química é un proceso no cal unhas substancias (Reactivos) convértense noutras (Produtos). Pode haber algo que chame máis a curiosidade dunha persoa? A quen non lle gustou xogar con mistos de pequeno?

MODELO ATÓMICO DE DALTON

A teoría atómica de Dalton é o primeiro intento de explicar a materia a partir de partículas independentes, é un modelo de materia descontinua.

A materia pódese explicar a partir dun modelo de materia continua ou dun modelo de materia descontinua. Por que escoller un ou outro?

A idea de Dalton parte do estudo das reaccións químicas. Unha reacción química é un proceso no que unhas substancias que chamamos reactivos transfórmanse noutras que chamamos produtos. Seguramente se pensas nunha reacción química venche á cabeza a combustión, é normal, o descubrimento de lume probablemente sexa o acontecemento que máis nos marcou como especie. Ao estudar as reaccións químicas atopáronse unhas regularidades que se coñecen como leis das reaccións químicas.

Antoine-Laurent de Lavoisier (1743-1794) coa súa dona Marie-Anne Pierrette Paulze

Lei de conservación da masa de Lavoisier: "Durante unha reacción química a masa mantense constante, non se crea nin se destrúe" É dicir, a masa consérvase nunha reacción química.

Observa isto nos seguintes datos que se obteñen da reacción do hidróxeno e o osíxeno para dar auga:

Hidróxeno + Osíxeno  →  Auga

       1g       +       8g      →   9g

Joseph Louis Proust (1754-1826)

Lei das proporcións definidas de Proust: "Cando dous elementos reaccionan para dar un composto fano nunha proporción fixa en masa". Polo tanto a materia non se combina en calquera proporción.

Hidróxeno + Osíxeno → Auga

      1g         +      8g      →    9g

      2g         +       8g      →   9g    +   1g de Hidróxeno

      2g         +     18g      →  18g   +   2g de Osíxeno

A proporción de hidróxeno a osíxeno é de 1:8. Se os reactivos non están nesa proporción sempre sobrará parte dos mesmos.

Que modelo de materia pode explicar estes feitos? Pódense expor dúas hipótese: 1º que a materia sexa continua e 2º que a materia sexa descontinua. Cal crees ti que está máis de acordo cos datos experimentais indicados antes?

En 1808, John Dalton para explicar estas leis experimentais propón un modelo baseado nas seguintes hipóteses:

• A materia está formada por partículas indivisibles, os átomos, que permanecen inalterables en calquera proceso químico.
• Os átomos dun mesmo elemento son todos iguais entre si, en masa, tamaño e en calquera outra propiedade, e distintos dos átomos dos outros elementos.
• Os átomos combínanse entre eles nunha proporción constante en masa para formar moléculas. As moléculas dun mesmo composto son todas iguais entre si.
• Nas reaccións químicas, os átomos nin se crean nin se destrúen, simplemente combínanse entre eles doutra forma.

Como nos imaxinamos os átomos de Dalton?

NATUREZA ELÉCTRICA DA MATERIA

O átomo para Dalton era indivisible, pero os experimentos posteriores que levaron ao descubrimento das partículas fundamentais do átomo contradin este modelo atómico de Dalton.

Michael Faraday estudando a descomposición por electrólise dalgunhas substancias chega á conclusión de que a materia ten unha natureza eléctrica.

Thomson estudando a condutividade de gases en tubos de vidro a baixa presión descobre unha partícula con carga negativa que recibe o nome de ELECTRÓN.

En estudos semellantes descóbrese unha partícula positiva, o PROTÓN.

Posteriormente estudando a radioactividade artificial descóbrese unha partícula sen carga, o NEUTRÓN.

As propiedades destas partículas fundamentais recóllense na seguinte táboa:

 EXERCICIOS PARA PRACTICAR

MODELO ATÓMICO DE RUTHERFORD

ELEMENTOS QUÍMICOS E ISÓTOPOS

Nas substancias simples só hai átomos do mesmo elemento.

Os elementos que hai na Natureza son uns 90, e fabricados polo home uns poucos máis. Telos na Táboa Periódica que estudaremos despois. Fíxate que todos teñen un nome e un símbolo de ata dúas letras, a primeira maiúscula e a segunda minúscula. Le os nomes dos elementos procurando reter os seus símbolos.

Non sei se che farias algunha vez esta pregunta: Onde se formaron os átomos que hai na natureza? Pode que este vídeo sorpréndache:

Que identifica os átomos dun elemento, e fai que sexan distintos aos demais? Moseley, en 1913, comprobou que todos os átomos dun elemento teñen o mesmo número de protóns no núcleo. Átomos de diferentes elementos químicos terán distinto número de protóns. Este número de protóns identifica a cada elemento.

NÚMERO ATÓMICO é o número de protóns que ten o núcleo de cada un dos átomos dun elemento químico. Represéntase pola letra Z.

Z = nº protóns

Se o átomo é neutro tamén coincide co número de electróns.

Os átomos dun mesmo elemento químico poden ter masas distintas, debido a que poden ter distinto número de neutróns no núcleo. Estes átomos chámanse isótopos deste elemento químico.

EXERCICIOS PARA PRACTICAR

ISÓTOPOS son os átomos dun mesmo elemento que teñen distinto número de neutróns.

NÚMERO MÁSICO é a suma do número de protóns e neutróns que ten o núcleo dun átomo. Represéntase pola letra A.

A = nº protóns + nº neutróns

Os isótopos dun elemento represéntanse polo seu símbolo, escribindo á esquerda como subíndice o número atómico, Z, e como superíndice o número másico, A.

Por exemplo, o carbono presenta tres isótopos:

A partir da notación dos isótopos podemos saber cales son as partículas que posúe un átomo.

Chamaremos estrutura atómica á descrición das partículas dun átomo distribuídas entre a cortiza e o núcleo.

Exemplo 1: Cal é a estrutura atómica do átomo ²³₁₁Na?

Exemplo 2: Cal é a estrutura atómica do ión ³⁷₁₇Cl^- ?

Exemplo 3: Cal é a estrutura atómica do ión ⁵⁶₂₆Fe²⁺ ?

SIMULACIÓN: ESTRUCTURA ATÓMICA, en phet.colorado.edu

EXERCICIOS PARA PRACTICAR

Seguro observaches na Táboa Periódica que non vén o número másico, aínda que si outro número de valor próximo e varios decimais, é a masa atómica. A masa atómica é a masa dun átomo dun elemento. Como se determina? A masa do átomo é debida sobre todo aos protóns e neutróns xa que os electróns teñen unha masa despreciable fronte a estes. A masa atómica non se expresa en quilogramos, xa que os valores serían demasiado pequenos, necesitamos unha unidade de comparación máis próxima á masa dos átomos. Escolleuse, inicialmente, como unidade de masa atómica a masa do átomo de hidróxeno. A unidade de masa atómica defínese actualmente como:

Unidade de masa atómica é a doceava parte da masa do ¹²₆C, equivale á masa dun protón ou un neutrón, aproximadamente. Represéntase por u.

Pero como non son iguais todos os átomos dun elemento a masa atómica é a masa media ponderal de todos os isótopos do elemento.

Exemplo 4: Calcula a masa atómica do cloro sabendo que ten os seguintes isótopos ³⁵₁₇Cl   ³⁷₁₇Cl , que se presentan na natureza cunha abundancia do 75,5% e do 24,5%, respectivamente.

EXERCICIOS PARA PRACTICAR

ESTRUTURA ELECTRÓNICA

A pregunta seguinte é como se distribúen os electróns ao redor do núcleo. Podemos dicir que os electróns se distribúen por capas electrónicas. Cada elemento ten un electrón máis que o seu elemento anterior. E os gases nobres, e isto é moi importante, caracterízanse por ter as capas electrónicas completas para o número de electróns que teñen, é dicir, cando pasamos dun gas nobre ao seguinte elemento sempre se inicia unha nova capa.

EXERCICIOS PARA PRACTICAR

Segundo o modelo máis actual do átomo estes electróns distribúense en orbitais, que son zonas ao redor do átomo nas que é moi probable atopar ao electrón. Estes orbitais xorden de considerar que o electrón se pode comportar nos átomos como partícula e como onda, o que se coñece como dualidade onda-partícula, que xa estudarás máis adiante.

Para coñecer a configuración electrónica, é dicir como se reparten os electróns entre os distintos orbitais, será suficiente coñecer unhas poucas regras que seguirás estudando e profundando en cursos posteriores.

1. Os electróns distribúense por capas desde a de máis baixa enerxía, a 1, ás seguintes.

2. En cada capa hai distintos tipos de orbitais. Estes poden ser orbitais s, orbitais p, orbitais d e orbitais f.

3. En cada capa hai tantos tipos de orbitais como indica o número da capa. Así na capa 1 só hai orbitais s, na 2 orbitais s e p, na 3 orbitais s, p e d, e na 4 orbitais s, p, d e f.

4. En cada capa o orbital s é único, o p aparece en grupos de 3, o d en grupos de 5 e o f en grupos de 7. Son o que se coñece como orbitais dexenerados ou de mesma enerxía.

5. En cada orbital só caben 2 electróns como máximo.

6. En cada capa os orbitais teñen distintas enerxías, os s son os de máis baixa enerxía, os p os seguintes en enerxía e séguenlle os d e os f.

7. Para escribir as configuracións electrónicas dos átomos, só necesitamos saber o número de electróns que teñen e seguir os que se coñece como a regra de enchido de orbitais.

Os electróns van enchendo os orbitais, enchendo primeiro os de máis baixa enerxía.

SIMULACIÓN: CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA 1, en educaplus.org

SIMULACIÓN: CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA 2, en educaplus.org

Exemplo 5: Escribe as configuracións electrónicas dos seguintes átomos: Li, N, Mg, Cl, Fe, Sn e Hg.

[₃Li]  = 1s² 2s¹

Lembra que enchemos os orbitais seguindo as diagonais de abaixo a arriba, e que en cada orbital caben como máximo 2 electróns.

[₇N]  = 1s² 2s² 2p¹ 2p¹ 2p¹

Lembra que os orbitais p sempre aparecen de tres en tres. Cando atopes orbitais de mesma enerxía, como estes 3 orbitais p, séguese outra regra, coñecida como regula de máxima multiplicidade, e di que non se enche un orbital deste conxunto mentres haxa orbitais baleiros.

[₁₂Mg]  = 1s² 2s² 2p² 2p² 2p² 3s² 

[₁₇Cl]  = 1s² 2s² 2p² 2p² 2p² 3s² 3p² 3p² 3p¹ 

Os orbitais dexenerados debemos escribilos separados se non están completos, se están cheos podemos agrupalos, pero lembra que 2 p⁶ = 2 p² 2 p² 2 p² e non significa que haxa 6 electróns nun orbital 2 p. Por iso tamén poderiamos escribir o cloro desta forma:

[₁₇Cl]  = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p² 3p² 3p¹ 

[₂₆Fe]  = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d² 3d¹ 3d¹ 3d¹ 3d¹ 

Lembra que os orbitais d son 5.

[₅₀Sn]  = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p¹ 5p¹ 5p⁰ 

Tamén podemos escribir:

[₅₀Sn]  = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p¹ 5p¹ 

[₈₀Hg]  = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 6s² 4f¹⁴ 5d¹⁰  

EXERCICIOS PARA PRACTICAR

Chamamos electróns de valencia aos electróns da última capa electrónica. Estes electróns son moi importantes pois vannos indicar o comportamento químico dos átomos. Fíxate que os elementos que están nun mesmo grupo da Táboa Periódica teñen o mesmo número de electróns de valencia, cando Mendeleyev colocounos en grupos é porque tiñan propiedades químicas similares, por tanto podemos pensar que é ter os mesmos electróns de valencia o que lle confire un comportamento químico similar aos átomos dun mesmo grupo.

Como se chaman os distintos grupos da Táboa Periódica e cantos electróns de valencia teñen?

Grupo 1: Metais alcalinos (Li, Na, K, Rb, Cs) 1 e⁻ de valencia.

Grupo 2: Metais alcalinotérreos (Be, Mg, Ca, Sr, Ba) 2 e⁻ de valencia.

Grupo 3 ao 12: Metais de transición.

Grupo 13: Grupo do B (B, Al, Ga, In, Tl) 3 e⁻ de valencia.

Grupo 14: Grupo do C (C, Si, Ge, Sn, Pb) 4 e⁻ de valencia.

Grupo 15: Grupo do N (N, P, As, Sb, Bi) 5 e⁻ de valencia.

Grupo 16: Calcóxenos ou anfíxenos (O, S, Se, Te) 6 e⁻ de valencia.

Grupo 17: Halóxenos (F, Cl, Br, I) 7 e⁻ de valencia.

Grupo 18: Gases nobres (He, Ne, Ar, Kr, Xe) 8 e⁻ de valencia.

EXERCICIOS PARA PRACTICAR