El documento describe la clasificación y propiedades de los elementos y compuestos químicos. Explica cómo los átomos se agrupan para formar elementos como metales, no metales, moléculas y cristales, y cómo los átomos de diferentes elementos se unen para formar compuestos iónicos y moleculares. También resume las propiedades distintivas de los metales, no metales, y compuestos iónicos y moleculares.

1. TEMA 6: ELEMENTOS Y COMPUESTOS Física y Química 3º ESO

2. 1. CLASIFICACIONES DE LOS ELEMENTOS QUÍMICOS ► Para la época de Dalton (1766-1844) se conocían alrededor de 20 elementos (algunos de los cuales resultaron ser compuestos), por lo que no era preciso recurrir a ningún tipo de clasificación para facilitar el conocimiento de los mismos. ► Conforme fueron descubriéndose nuevos elementos se iba haciendo necesario algún tipo de ordenación. Así, se clasificaron como metales y no metales en función de sus características: 1.1. Hasta el siglo XIX 1.2. Metales y no metales METALES NO METALES Brillo metálico Sin brillo Son opacos Cualquier estado a T. A. Buenos conductores Malos conductores Dúctiles y maleables Frágiles y quebradizos Sólidos a T.A. (Hg no) Bajos pf y peb

3. 1.3. Clasificaciones del siglo XIX Desventaja: Muchos elementos entonces conocidos no constituían tríadas. ► Ley de Octavas de Newlands (1863) John A. Newlands (1863) Chancourtois (1864) Yo consigo colocar más elementos de forma coherente siguiendo el orden creciente de las masas atómicas. ► Döbereiner (1829) Una tríada es una agrupación de tres elementos de propiedades químicas similares. Si los ordenas atendiendo a sus masas atómicas, comprobarás que la media aritmética del 1º y el 3º es la masa atómica del segundo elemento aproximadamente: Ca(40,1) Sr( 87,6 ) Ba(137,3) 1 2 3 4 5 6 7 Li 6,9 Na 23,0 K 39,0 Be 9,0 Mg 24,3 Ca 40,0 B 10,8 Al 27,0 C 12,0 Si 28,1 N 14,0 P 31,0 O 16,0 S 32,1 F 19,0 Cl 35,5 Se ordenan los elementos de 7 en 7 por orden creciente de masas atómicas. El 8º tiene las mismas propiedades que el 1º, algo parecido a la escala musical.

4. 1.4. La clasificación periódica de Mendeleiev. Lothar Meyer (1870) ► Tabla de Mendeleiev (1869) y Meyer(1870) También yo los ordeno según sus masas atómicas, pero tengo cuidado de agrupar los que tienen propiedades similares. Dejo huecos si no es así o incluso rompo el orden de masas atómicas. Dimitri Ivanovich Mendeleiev (1869) Ley periódica : ”Las propiedades de los elementos son función periódica de sus masas atómicas.” Mi ley periódica logra justificar más adecuadamente la tabla de clasificación de los elementos, pero debí ser un poco más rápido. ¡La próxima vez será!

5. 2. LA TABLA PERIÓDICA ACTUAL Los elementos se ordenan actualmente por orden creciente de número atómico . Aquéllos elementos que poseen el mismo número de electrones en la última capa, se encuentran en una misma columna o grupo. Los elementos de un mismo grupo tienen las mismas propiedades químicas, por tanto, dichas propiedades son consecuencia de la configuración electrónica de la última capa o nivel de valencia. Los átomos de elementos de un mismo periodo tienen el mismo número de capas en la corteza.

6. NO METALES METALES

7. SERIE A : ELEMENTOS REPRESENTATIVOS

8. SERIE B : ELEMENTOS DE TRANSICIÓN

9. NOMBRE DE LOS GRUPOS DE LOS ELEMENTOS REPRESENTATIVOS alcalinos alcalinotérreos térreos carbonoideos nitrogenoideos anfígenos halógenos gases nobles

11. 2.1. Propiedades periódicas Algunas propiedades de los elementos varían regularmente al trasladarnos por un grupo o por un período de la tabla. Punto de fusión y punto de ebullición; carácter metálico; radio atómico; etc. a) Carácter metálico: - Variación en el sistema periódico CRECE Excluidos los GG.NN.

12. 3. AGRUPACIÓN DE LOS ÁTOMOS EN LA MATERIA. 3.1. AGRUPACIÓN DE LOS ÁTOMOS EN LOS ELEMENTOS. Podemos encontrar elementos en forma de átomos aislados, formando moléculas o formando cristales: a) Como átomos aislados: Los átomos de los gases nobles son especialmente estables porque tienen 8 electrones en su último nivel (excepto el helio que tiene dos), y por eso no se combinan con otros elementos. Los gases nobles son elementos cuyos átomos se encuentran aislados. ● Propiedades: Como los átomos aislados casi no presentan fuerzas interatómicas de atracción, son gases a temperatura ambiente. Tienen puntos de fusión y de ebullición muy bajos.

13. b) Formando moléculas: Los elementos que no tienen 8 electrones en su último nivel no son tan estables como los gases nobles. Para alcanzar esa estabilidad pueden compartir electrones. El enlace covalente se da entre átomos de no metales que comparten electrones para conseguir su configuración de gas noble, formando moléculas de un reducido número de átomos. Por ejemplo, el hidrógeno (H 2 ) + + + + + átomo de H átomo de H molécula de H 2 ● Propiedades: - El enlace covalente es muy fuerte, pero las fuerzas intermoleculares son muy débiles, por lo que suelen ser gases a temperatura ambiente, o líquidos de bajo punto de ebullición o sólidos de bajo punto de fusión.

14. c) Formando cristales: Un cristal es una estructura sólida y tridimensional formada por partículas ordenadas siguiendo siempre el mismo patrón. En raras ocasiones, el enlace covalente se produce entre un gran número de átomos no metálicos del mismo elemento formando un cristal, como por ejemplo sucede con el grafito o el diamante. C.1) Cristales covalentes. 6 + ● Propiedades: En los cristales covalentes, todos los átomos están unidos mediante enlaces covalente muy fuertes, por lo que son sólidos muy duros. Los puntos de fusión y ebullición son elevadísimos.

15. C.2) Cristales metálicos. Los elementos metálicos se caracterizan por tener muy pocos electrones en su último nivel, por lo que les resulta más fácil perderlos para conseguir la configuración estable de gas noble. El enlace característico de los metales se llama enlace metálico. Consiste en la agrupación de muchos átomos de un elemento metálico, formando un cristal de iones positivos que no se repelen gracias a los electrones libres que “bañan” a la estructura de iones. ● Propiedades: Son buenos conductores de la electricidad y del calor. Son dúctiles y maleables. Son sólidos a temperatura ambiente (excepto el mercurio).

16. La conductividad eléctrica de los metales: + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + batería + - Los electrones libres pueden trasladarse de una zona a otra del metal por la acción de un campo eléctrico. Los metales son conductores de primera especie. + +

17. -Conductividad térmica : Los electrones libres pueden transmitir la energía cinética de una parte a otra del metal. -Estado de agregación : El enlace metálico es muy fuerte, por lo que son sólidos a T ambiente (excepto el Hg). -Propiedades mecánicas : Pueden ser deformados (maleables) y ser estirados en hilos (dúctiles), puesto que cualquier deformación de la estructura no cambia la disposición relativa de los iones positivos. Explicación de otras propiedades de los metales + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

18. 3.2. AGRUPACIÓN DE LOS ÁTOMOS EN LOS COMPUESTOS. Cuando son átomos de elementos diferentes los que se combinan para conseguir la configuración estable de gas noble, se dice que se ha formado un compuesto. Pueden unirse un reducido número de átomos para formar una molécula o un gran número de átomos para formar un cristal: a) Formando moléculas covalentes: Se da entre un determinado número de átomos de elementos no metálicos. Todos ellos tienen tendencia a ganar electrones para conseguir la configuración de gas noble, así que deben compartirlos (enlace covalente). moléculas de agua ● Propiedades: No conducen la electricidad y tienen puntos de fusión y de ebullición bajos. + + 8 +

19. b) Formando cristales iónicos: Los metales son elementos que para adquirir la configuración estable de gas noble tienden a perder electrones, mientras que los no metales tienden a ganarlos. Cuando esto sucede forman iones positivos y negativos respectivamente, que se atraen por ser cargas de signo opuesto y forman una estructura sólida tridimensional. Los metales y los no metales se unen entre sí mediante enlace iónico . Un ejemplo de compuesto iónico es el fluoruro de litio (LiF): 3 + 9 + Li ( 3e - ) F ( 9e - ) Li + ( 2e - ) + F - ( 10 e - ) -

20. Propiedades de los compuestos iónicos a) Estado de agregación Sólidos a temperatura ambiente y con elevados puntos de fusión b) Solubilidad Son solubles en disolventes polares (agua, ácidos, ...) porque los iones pueden estabilizarse por solvatación (tanto más solubles cuanto menor sea su energía reticular). Son insolubles en disolventes apolares (benceno, aceite, etc.) puesto que no pueden estabilizar la carga de los iones por solvatación.  +  -  +  -  +  -  +  -  +  -  +  -  +  -  +  -  +  -  +  -  +  -  +  -  +  -  +  -  +  -  +  -  +  -  +  -  +  -  +  -  +  -  +  -  +  -  +  -  +  -  +  -  +  -  +  -  +  -  +  -  +  -  +  -  +  -  +  -  +  -  +  -  +  -  +  -  +  -

21. c) Conductividad eléctrica + - + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - batería No pueden conducir la corriente eléctrica en estado sólido. Los iones no tienen libertad de movimientos. Sí pueden hacerlo en estado líquido (fundido) o en disolución. + + + + + - - - - - batería + - - - - - + + + +

22. d) Propiedades mecánicas - Son duros . Cuando se rayan se arrancan algunos iones. Cuesta conseguirlo puesto que los iones se atraen por fuerzas electrostáticas que son intensas. - Son frágiles . Un golpe puede provocar el desplazamiento de una capa de iones sobre otra, generando grandes repulsiones. + - + + + + + - - - - - + + + + + + - - - - - - + - + + + + + - - - - - + + + + + + - - - - - -

23. 4. LAS FÓRMULAS DE LOS COMPUESTOS. Un compuesto es una sustancia pura, constituida por átomos de varios elementos en proporción fija. Para representarlos se utilizan las fórmulas químicas, como por ejemplo: De las fórmulas se obtiene información de los elementos y la proporción con que forman parte del compuesto. Interpreta la fórmula siguiente: Los elementos que forman al compuesto son el calcio, el fósforo y el oxígeno. Cada molécula del compuesto contiene 3 átomos de Ca, 2 átomos de P y 8 átomos de O.

24. 5. EL CONCEPTO DE MOL Magnitud : Cantidad de sustancia química. Unidad : mol Problema : Queremos obtener moléculas de sulfuro de hierro (II) a partir de la reacción entre sus elementos (Fe y S), de forma que no sobre ningún átomo de los mismos. Sabemos que un átomo de hierro se combina con un átomo de azufre para formar una molécula de sulfuro de hierro (II). Las masas atómicas son de 56 uma para el átomo Fe y 32 uma para el átomo de S , así que para obtener una molécula de FeS solo necesito 56 uma de Fe y 32 uma de S. ¡¡Vamos a pesarlas!! + S Fe

25. Lo primero será buscar una balanza que pese umas, pero resulta que NO EXISTEN balanzas tan sensibles. Una uma equivale a 1,66.10 -24 g. O sea, 1 átomo de Fe pesa 56 uma que equivalen a 9,3.10 -23 g y 1 átomo de S pesa 32 uma que equivalen a 5,3.10 -23 g. ¡¡Es imposible pesar 1 átomo de hierro o de azufre con una balanza, por muy precisa que ésta sea!! Se introduce la unidad llamada mol que corresponde a una cantidad de gramos medible en una balanza y que, a la vez, contiene un determinado número de partículas. Debemos manejar muchos átomos de azufre y muchos átomos de hierro hasta reunir cantidades que puedan ser pesadas con una balanza, por lo que es necesario introducir otra unidad más adecuada que la uma.

26. El número de partículas contenidos en un mol de cualquier sustancia se conoce como Número de Avogadro ( N A ), cuyo valor es 6,023.10 23 partículas. Es decir: N A = 602.300 3 000.000 2 000.000 1 000.000 partículas Un mol de átomos de azufre contiene 6,023.10 23 átomos y un mol de átomos de hierro contiene 6,023.10 23 átomos, pero como los átomos de uno y otro elemento no pesan lo mismo, tampoco pesarán lo mismo un mol de azufre y un mol de hierro. El peso de un mol de un elemento coincide con la masa atómica del mismo, expresado en gramos y contiene un N A de átomos. Así, un mol de hierro pesa 56 g y un mol de azufre pesa 32 g. Si pesamos un mol de hierro (56 g) y un mol de azufre (32 g) y los hacemos reaccionar se obtendrán 6,023.10 23 moléculas de sulfuro de hierro (II), es decir, un mol de moléculas de FeS que pesará 88 g.

27. 6. Masa molecular y masa molar. ● Se define la masa molecular como la que corresponde a una sola molécula de un compuesto. Se obtiene sumando las masas atómicas de todos los átomos que forman el compuesto y se expresa en umas. Por ejemplo , calculamos la masa molecular del ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ) sabiendo que las masas atómicas son: H = 1 u; S = 32 u; O = 16 u. Es decir, una sola molécula de ácido sulfúrico pesa 98 u. ● Se define la masa molar de una sustancia como el peso (en gramos) de un mol de dicha sustancia. Por ejemplo , la masa molar del ácido sulfúrico coincide con su masa molecular expresada en gramos, es decir 98 g. Un mol de un compuesto pesa su masa molecular expresada en gramos y contiene un N A de moléculas.

28. EJEMPLOS: 1 . Sabiendo que las masas atómicas del hidrógeno y del oxígeno son 1 u y 16 u respectivamente, calcular la masa molecular y la masa molar del agua (H 2 O). 2 . ¿Cuántos moles de agua hay en 45 g de dicho compuesto? 3 . ¿Cuántos moles de H y de O hay en 2,5 moles de agua? 4 . Cuantos gramos de H y de O hay en 2,5 moles de agua?