TEMA 5 - ELEMENTOS Y COMPUESTOS. ENLACE QUÍMICO. Un elemento químico es el conjunto de todos los átomos que tienen el mismo valor de número atómico, Z. 5.1 LOS ELEMENTOS QUÍMICOS CONOCIDOS A lo largo de la historia se han ido descubriendo los distintos elementos químicos, pero la mayoría se descubrieron en los siglos XVIII, XIX y XX. Los elementos químicos naturales son los que tienen un número atómico comprendido entre 1 y 92 y se llaman así porque se encuentran en la naturaleza. Los elementos químicos artificiales se obtienen con tecnología nuclear y tienen un número atómico mayor de 92. 5.2 SÍMBOLO DE LOS ELEMENTOS QUÍMICOS Cada elemento tiene un nombre y un símbolo característico que es una abreviatura de una o dos letras del nombre del elemento. La primera letra, siempre en mayúscula, coincide con la primera letra de su nombre; la segunda, si la hubiese, va en minúscula. Los símbolos proceden del nombre histórico del elemento en latín o de un nombre latinizado de un país, un dios mitológico o un científico. 5.3 PRIMERA CLASIFICACIÓN DE LOS ELEMENTOS La clasificación más sencilla consiste en clasificarlos en metales y no metales, en función de sus propiedades físicas y de su aspecto. Los metales son elementos que en sus combinaciones sólo pueden dar electrones formando iones positivos ( cationes ) y los no metales pueden tomar electrones formando iones negativos ( aniones). Ejemplo Sal común Na (metal ) Cl ( no metal ) = Cloruro de sodio. Ejemplo Trióxido de dihierro Fe2 (metal ) O3 ( no metal ) 5.4 LA TABLA PERIÓDICA En el sistema periódico actual, los elementos aparecen colocados en orden creciente a su número atómico, Z. El número atómico, Z, aumenta de izquierda a derecha y de arriba abajo. La posición de los elementos químicos en la tabla periódica esta relacionada con su configuración electrónica. La tabla periódica se divide en grupos y períodos: Grupos: Son cada una de las columnas verticales en las que se divide la tabla periódica. Hay 18 grupos. Todos los elementos de un mismo grupo tienen igual número de electrones en su capa de valencia y, por tanto, forman el mismo tipo de ión y, por tanto, tienen propiedades químicas similares. Grupo I

Z = 1 Hidrógeno H: 1s1

Z = 3 Litio Li: 1s22s1

Grupo II

Z = 4 Berilio Be: 1s22s2

Z = 12 Magnesio Mg: 1s22s22p63s2

A todos los elementos de un mismo grupo se les llama familia. Períodos: Son cada una de las filas horizontales en que se divide la tabla. Hay 7 períodos. Todos los elementos de un mismo período llenan sus últimos electrones en la misma capa o nivel, es decir, tienen la misma capa de valencia, además, el número de la capa de valencia coincide con el número del período. Período 1:

Z = 1 Hidrógeno H: 1s1

Z = 2 Helio He: 1s2

Período 2:

Z = 3 Litio Li: 1s22s1

Z = 4 Berilio Be: 1s22s2

“Por tanto, sabiendo la configuración electrónica de un elemento puedo averiguar su lugar en la tabla periódica”. ** Averigua de que elementos se trata

Z = 15 Fósforo P: 1s22s22p63s23p3

Grupo XV Período 3

Z = 20 Calcio Ca: 1s22s22p63s23p64s2

Grupo II Período IV La tabla periódica también queda dividida en tres grandes grupos: metales, semimetales y no metales. Mientras más a la izquierda en el período y más abajo en el grupo más “metálico” es ese elemento. Mientras más a la derecha en el período y más arriba en el grupo más “no metálico” es ese elemento. ** ¿Cuál es más metálico, el C o el Li? El Litio ** ¿Cuál es menos metálico el F o el H? El Flúor 5.5 LOS ELEMENTOS QUÍMICOS EN LA NATURALEZA 5.5.1 LOS ELEMENTOS QUÍMICOS EN EL UNIVERSO Los elementos químicos más abundantes del universo son los más ligeros: el hidrógeno y el helio. Se encuentran formando parte de las estrellas. 5.5.2 LOS ELEMENTOS QUÍMICOS EN LA TIERRA El 99,7 % de porcentaje en masa de la corteza terrestre está constituido por 12 elementos químicos, por orden de abundancia: Oxigeno, silicio, aluminio y hierro.

5.5.3 LOS ELEMENTOS QUÍMICOS EN LOS SERES VIVOS Según la proporción en que se encuentran en los seres vivos, los elementos químicos, se clasifican en: BIOELEMENTOS: Son los más abundantes ya que constituyen el 99% en masa de los seres vivos. Son los que forman las biomoléculas (azúcares, proteínas, grasas…. ) y, por tanta, los que forman su estructura. Los más abundantes carbono, hidrógeno, nitrógeno y oxigeno. OLIGOELEMENTOS: Son elementos químicos esenciales, pero que están en una proporción muy pequeña, ya que constituyen, aproximadamente, el 0,1% de la masa del ser vivo y son imprescindibles en funciones muy concretas del organismo. Entre ellos tenemos: Fe, Co, Zn, F, Cl y I. 5.6 LAS FÓRMULAS QUÍMICAS Cada elemento químico se representa con un símbolo y cada compuesto químico con una fórmula química. “Una fórmula química expresa la composición cualitativa y cuantitativa de los elementos que forman un compuesto químico”. La composición cualitativa nos indica qué elementos químicos forman parte del compuesto. La composición cuantitativa nos indica el número de átomos de cada elemento que hay en el compuesto. Si el subíndice es uno, no se pone, se sobreentiende. La fórmula de una sustancia atómica coincide con el símbolo químico del elemento. La fórmula de una sustancia molecular coincide con su fórmula molecular, la cual nos indica los elementos que la componen y el número de átomos de cada elemento. La fórmula de una sustancia iónica se expresa mediante la fórmula empírica, que representa la relación numérica más pequeña en la que se encuentran los iones de cada signo para que el compuesto sea eléctricamente neutro. Ejemplos: Cloruro de sodio. El compuesto está formado por iones positivos Na+ e iones negativos Cl - . Como los dos iones tienen la misma carga pero de distinto signo, han de estar en la misma proporción, es decir deben encontrarse en la relación 1:1; por eso, su fórmula química ( fórmula empírica ) es Na Cl : Na+ Cl - . Fluoruro de magnesio. Este compuesto está formado por iones positivos Mg2+ e iones negativos F- . Como la carga de los iones Mg2+ es el doble que la de los iones F- , por cada ión Mg2+ tiene que haber dos de F- . De esta manera, el compuesto será eléctricamente neutro. La fórmula química será MgF : (F- Mg2+ F- ). 5.7 EL ENLACE QUÍMICO Se llama enlace químico a la fuerza que mantiene unidos a dos o más átomos. Dos o más átomos se unen porque así adquieren la configuración electrónica del gas noble más próximo, con la capa de valencia completa. De esta forma son más estables que cuando estaban separados. Esta es la regla del octeto, denominada así porque los átomos después de unirse, tienen 8 electrones en su última capa, excepto los más ligeros, como el hidrógeno, helio y litio, que se quedan con 2. Viendo una configuración electrónica puedo saber cual es la capa de valencia de un elemento y cuantos electrones de valencia: Ne ( Z=10 ) ----- 1s22s22p6 -------------------------------- 8 electrones de valencia. Al ( Z= 13 ) ------ 1s22s22p63s23p1------------------------- 3 electrones de valencia. Mg ( Z= 12 ) ------- 1s22s22p63s2 ------------------------------ 2 electrones de Valencia.

Hay 2 formas de que un átomo complete su capa de Valencia: - Intercambiando electrones: un átomo de un elemento metálico cede electrones a otro de un elemento no metálico. Así, tenemos el enlace iónico. - Compartiendo electrones : Esto ocurre cuando se unen:

a) Elementos no metálicos, dando el enlace covalente. b) Elementos metálicos, originándose el enlace metálico.

5.7.1 ENLACE IÓNICO El enlace iónico es la unión de dos iones de carga eléctrica opuesta. Se da cuando se combina un elemento metálico y uno no metálico. El átomo del metal cede sus electrones de la capa de valencia que acepta el átomo del elemento no metálico. Los iones de signo opuesto se unen formando una red cristalina. Los compuestos así formados, se llaman sales.

Propiedades de las sustancias iónicas: - Forman redes cristalinas.

- Salvo excepciones, son solubles en agua.

- No son conductoras de la corriente eléctrica en estado sólido, pero si las disolvemos en agua o las fundimos, si.

- A temperatura ambiente, todas son sólidas. Las temperaturas de fusión y ebullición son elevadas.

- Son frágiles, se rompen con facilidad.

ACTIVIDADES **.- razona la veracidad o falsedad de la siguiente frase: “El enlace iónico consiste en una transferencia de electrones del átomo no metálico al átomo metálico “

FALSO El enlace iónico consiste en una transferencia de electrones del átomo metálico al átomo no metálico, además los no metales no pueden ceder electrones, por que si no se comportarían como metales. **.- ¿ Qué reajuste electrónico experimentan los átomos de oxigeno y calcio al unirse ? Z = 8 Oxígeno O: 1s2 2s22p4 Ca Z= 20 1s2 2s22p6 3s23p63d2 Según la configuración electrónica, y para tener la capa de valencia completa y formar el octeto electrónico, ambos átomos comparten electrones, el Ca cede 2 electrones que son los que necesita el oxigeno para completar su última capa.

**.- Indica el tipo de enlace que tiene lugar cuando se unen: a) oxigeno y oxigeno: Enlace covalente, comparten 4 electrones

b) Oxigeno con sodio: Enlace iónico c) Oxigeno y flúor : Enlace covalente d) Sodio y sodio : Enlace metálico. e) Oxigeno y calcio : Enlace iónico.

**.- Explica la presencia del enlace iónico en el bromuro de calcio.

Z = 35 Bromo Br: 1s22s22p63s23p63d104s24p5

Z = 20 Calcio Ca: 1s22s22p63s23p64s2

El Ca actúa de metal cediendo dos electrones al bromo para completar su capa de valencia. **. ¿ Sabrías justificar por qué la fórmula química del Fluoruro de magnesio es MgF2 ? ¿ Por qué no podría ser MgF ? Primero se indica el positivo y segundo el negativo, intercambiamos valencias y ponemos los subíndices. Valencia del Mg : +2 Valencia del Fluor : -1

5.7.2 ENLACE COVALENTE Es la unión de 2 átomos que comparten uno o más pares de electrones. Tiene lugar entre elementos no metálicos. Como los no metales tienen la misma tendencia a tomar electrones, la única posibilidad que tienen estos átomos es compartir electrones de dos en dos, o por pares. Los pares compartidos pertenecen a ambos átomos de tal manera que su capa de valencia es completa. Propiedades de las sustancias covalentes: Las sustancias covalentes pueden formar dos tipos de estructuras: moléculas y redes cristalinas y cada una de ellas tienen propiedades totalmente diferentes. Propiedades de las moléculas covalentes: - Al formar moléculas, tienen bajos puntos de fusión y ebullición y, por tanto, a temperatura ambiente, son sólidos o líquidos blandos. - No conducen la corriente eléctrica. Ejemplos de moléculas covalentes: H2O, CO2, NH3, F2 (gás), Cl2 ( gás), Br2 ( liq ), C6H12O6. Propiedades de las Redes cristalinas covalentes. Es el caso del diamante o el cuarzo. En estas sustancias no hay moléculas, sino una red de átomos. Son: - Sólidos cristalinos, insolubles en agua, de gran dureza y con temperaturas de fusión y ebullición muy elevadas. - Aislantes, es decir, no conducen la corriente eléctrica, salvo el grafito.

** Explica la formación de la molécula de Cl2. Su configuración electrónica es :

Z = 17 Cloro Cl: 1s22s22p63s23p5

** ¿Qué tipo de sustancia es el agua, molecular o cristal covalente?

Z = 1 Hidrógeno H: 1s1

Z = 8 Oxígeno O: 1s22s22p4

El agua es una sustancia molecular, los átomos de hidrógeno se unen al oxigeno mediante dos enlaces covalentes.

** ¿Qué tipo de sustancia es el diamante, molecular o cristal covalente?

5.7.2 ENLACE METÁLICO Es la unión que se forma cuando se unen átomos metálicos del mismo elemento, formando redes cristalinas metálicas. Los metales tienen pocos electrones en su capa de valencia, por tanto, para estabilizarse, ceden los electrones de valencia, convirtiéndose en iones positivos o cationes, que se sitúan en los vértices de las redes cristalinas. Los electrones cedidos forman una nube electrónica que envuelve a los cationes y los mantiene unidos. Resumiendo, el enlace metálico es la unión que existe entre los cationes y la nube electrónica negativa que los envuelve.

Propiedades de las sustancias metálicas

** Copia en tu cuaderno y completa la siguiente tabla:

ESPECIE QUÍMICA PROPIEDAD O2 Fe NaF

Estado de agregación Gas Sólido Sólido Conduce la electricidad No Si No Cristal/molécula Molécula Cristal Cristal Temperatura de ebullición Baja Alta Alta

a) Buenos conductores de la electricidad: K, Cu. b) Solubles en agua: Amoniaco, NaBr, KCl. c) Forman redes cristalinas: SiO2 (Óxido de silicio IV). d) Bajas temperaturas de ebullición: SiO2, Amoniaco.