IES Padre Feijoo

Departamento de Física y Química

3º ESO

UD 3

Atomos, Moléculas e Iones

IntroduccióIntroducciónn

> Orígen de la teoría atómica: Grecia (Platón y Aristóteles Orígen de la teoría atómica: Grecia (Platón y Aristóteles proponen que la naturaleza es: fuego, tierra, aire y proponen que la naturaleza es: fuego, tierra, aire y agua).agua).

> ¿Se puede dividir la materia infinitamente, o hay un ¿Se puede dividir la materia infinitamente, o hay un límite?límite?

> Demócrito define el ÁDemócrito define el ÁTOMOTOMO, pero su idea no prevalece , pero su idea no prevalece pues va en contra de las ideas de los grandes filósofos.pues va en contra de las ideas de los grandes filósofos.

> Siglo XIX, John Dalton publica una Siglo XIX, John Dalton publica una > Teoría AtómicaTeoría Atómica significativa significativa > basada en 6 postulados basada en 6 postulados > fundamentales:fundamentales:

PostuladoPostulados:s:

> Todo elemento está compuesto de átomos;Todo elemento está compuesto de átomos;

> En un elemento todos los átomos son idénticos;En un elemento todos los átomos son idénticos;

> Los átomos de elementos diferentes tienen Los átomos de elementos diferentes tienen

propiedades diferentes; propiedades diferentes;

> Los átomos no se crean ni se destruyen en las Los átomos no se crean ni se destruyen en las

reacciones químicas;reacciones químicas;

> Los compuestos son combinaciones químicas de más Los compuestos son combinaciones químicas de más

de un elemento;de un elemento;

> En un compuesto dado el número relativo de una clase En un compuesto dado el número relativo de una clase

de átomos es constante.de átomos es constante.

Postulados: una visión

Atomos del Atomos del Compuesto X2Y de elemento X elemento Y los elementos X y Y

Teoría de Dalton

Imágen a escala atómica del Imágen a escala atómica del átomoátomo

Hasta poco tiempo, todas las evidencias para la existencia Hasta poco tiempo, todas las evidencias para la existencia de los átomos eran indirectas. En los últimos 15 años se de los átomos eran indirectas. En los últimos 15 años se ha desarrollado la microscopía electrónica de efecto túnel ha desarrollado la microscopía electrónica de efecto túnel (STM), la cual es capaz de proporcionar la imágen de (STM), la cual es capaz de proporcionar la imágen de átomos individuales sobre superficies sólidas.átomos individuales sobre superficies sólidas.

Imagen de una superficie del Imagen de una superficie del semiconductor (arseniuro de semiconductor (arseniuro de galio), GaAs. Se añade color galio), GaAs. Se añade color por computadora para por computadora para distinguir los átomos de galio distinguir los átomos de galio de los de arsénico.de los de arsénico.

Ga

As

Leyes de Leyes de Combinación QuímicaCombinación Química

> Ley de la Conservación de la MateriaLey de la Conservación de la MateriaLa masa total de las sustancias antes y después de una La masa total de las sustancias antes y después de una reacción química es la mismareacción química es la misma

> Ley de la Composición ConstanteLey de la Composición ConstanteEn un compuesto dado el número relativo y las clases En un compuesto dado el número relativo y las clases de átomos que lo forman son constantesde átomos que lo forman son constantes

> Ley de las Proporciones MúltiplesLey de las Proporciones MúltiplesSi A y B se combinan, las masas de B que se combinan Si A y B se combinan, las masas de B que se combinan con una masa dada de A están en relación de números con una masa dada de A están en relación de números enteros pequeñosenteros pequeños

Estructura Atómica: inicios

Rayos catódicos y electrones (Thomson, 1897)

placas con carga eléctrica (CE)

alto voltaje magneto (CM)

Trayectoriaselectrónicas

Pantallafluorescente

La relación masa-carga del electrón se determina midiendo los La relación masa-carga del electrón se determina midiendo los efectos de los campos (CE y CM) sobre el movimiento del haz: efectos de los campos (CE y CM) sobre el movimiento del haz: r = 1.76x10r = 1.76x1088C/g. C/g.

Estructura Atómica: iniciosExperimento de Millikan (1909)

fuente de rayos X

rocío de aceite

atomizador

Visor delmicroscopio

placas concarga eléctrica

Midiendo el efecto del voltaje sobre la rapidez de caida de las gotas cargadas, Millikan dedujo la carga del e , qe = 1.60x10-19C, y de aquí la masa del mismo, me = 9.10x10-28g.

Estructura Atómica: DesarrolloRadiactividad y el átomo nuclear: P. y M. Curie, Rutherford

Electronnegativo

Carga positivaesparcida dentro de

la esfera

Bloque de plomo

Sustancia radiactiva Placas cargadas eléctricamente Placa fotográfica

Rayos

Rayos Rayos

Modelo de J.J.Thomson

“pudín de ciruela”

Estructura Atómica: desarrollo

Experimento y modelo de Rutherford (1911)

Fuente dePartículas

PantallaFluorescente

circular

La mayoría departículas nose desvian

Partículas dispersadas

Lámina de oro delgadaHaz departículas

átomos de oro

núcleo

Partículas incidentes

Núcleo de Rutherford

Estructura Atómica Moderna> Partículas subatómicas:

> Núcleo: protones (+)neutrones

> Espacial: electrones (-)1.602x10-19 C

> Propiedades básicas:

Masa: unidades de masa atómica (uma) 1 uma = 1.66053x10-24 g

Radio atómico (rat): angstrom (Å); 1 Å = 1x10-10 m

Localización de partículas sub-atómicas

protón

neutrónrat

¿Qué tan pequeño es un átomo?

Supongamos una moneda con un Supongamos una moneda con un = 19 mm. ¿Cuántos = 19 mm. ¿Cuántos átomos de Cu se podrían acomodar lado a lado sobre un átomos de Cu se podrían acomodar lado a lado sobre un linea recta a través de su linea recta a través de su ?.?.

RespuestaRespuesta

Sabemos que: Sabemos que: CuCu = 2.6 Å (relación entre número de = 2.6 Å (relación entre número de

átomos y distancia), así que:átomos y distancia), así que:

Esto es, 73 millones de átomos de Cu se pueden colocar Esto es, 73 millones de átomos de Cu se pueden colocar lado a lado a lo largo de una moneda de 19 mm de diámetro.lado a lado a lo largo de una moneda de 19 mm de diámetro.

19 mm

0.001m

1 mm

1 A

o

10-10 m

1 át. Cu

2.6 Ao

= 7.3 x 107 átomos de Cu

Estructura Atómica Estructura Atómica ModernaModerna

> Todos los átomos de un elemento tienen el mismo Todos los átomos de un elemento tienen el mismo número de protones, número al cual se le denominanúmero de protones, número al cual se le denomina NÚMERO ATÓMICO.NÚMERO ATÓMICO.

> Atomos de un mismo elemento que difieren en el Atomos de un mismo elemento que difieren en el número de neutrones, y por tanto en su masa, se número de neutrones, y por tanto en su masa, se denominandenominan ISÓTOPOSISÓTOPOS.

> El número total de protones más neutrones en el El número total de protones más neutrones en el átomo, se denominaátomo, se denomina NÚMERO DE MASANÚMERO DE MASA.

> Un átomo de un isótopo específico, se denominaUn átomo de un isótopo específico, se denomina NúCLIDONúCLIDO.

Estructura Atómica Estructura Atómica ModernaModerna

Algunos de los isótopos del átomo de carbono (C)Algunos de los isótopos del átomo de carbono (C)

símbolosímbolo nº protonesnº protones nº electronesnº electrones nº neutronesnº neutrones

1111CC 6 6 66 55

1212CC 6 6 66 66

1313CC 6 6 66 77

1414CC 6 6 66 88

La Tabla La Tabla PeriódicaPeriódica

> Importantes esfuerzos de observación y clasificación Importantes esfuerzos de observación y clasificación de propiedades de los elementos, culminan en 1869 en de propiedades de los elementos, culminan en 1869 en el desarrollo de la el desarrollo de la tabla periódica.tabla periódica.

> Varios elementos exhiben fuertes similitudes, p. ej., Varios elementos exhiben fuertes similitudes, p. ej., LiLi, , NaNa y y KK son todos son todos metales suaves y muy reactivosmetales suaves y muy reactivos. . HeHe, , NeNe y y ArAr son gases inertesson gases inertes. El arreglo en orden creciente . El arreglo en orden creciente de su N.A., muestra regularidades periódicas de sus de su N.A., muestra regularidades periódicas de sus propiedades.propiedades.

Númeroatómico

Símbolo

gas inerte metal suave gas inerte metal suave gas inerte metal suave y reactivo y reactivo y reactivo

La disposición de elementos en orden creciente de N.A. con La disposición de elementos en orden creciente de N.A. con elementos teniendo propiedades similares ubicadas en columnas elementos teniendo propiedades similares ubicadas en columnas verticales, se conoce como:verticales, se conoce como:

Tabla Periódica Moderna

Metal

Metaloide

No metal

La Tabla Periodica: propiedadesLa Tabla Periodica: propiedades > Los elementos en una columna de la tabla se conocen como un Los elementos en una columna de la tabla se conocen como un

grupo y, de acuerdo a la grupo y, de acuerdo a la IUPACIUPAC ( (IInternational nternational UUnion of nion of PPure and ure and AApplied pplied CChemistry), hemistry), la nueva convención numera los grupos de 1 a la nueva convención numera los grupos de 1 a 18 sin designaciones adicionales de A o B18 sin designaciones adicionales de A o B..

> Los elementos de un mismo grupo exhiben similitud en sus Los elementos de un mismo grupo exhiben similitud en sus propiedades físicas y químicas. Algunos grupos presentan un propiedades físicas y químicas. Algunos grupos presentan un nombre específico:nombre específico:

GrupoGrupo NombreNombre ElementosElementos

1A1A Metales alcalinos Metales alcalinos Li, Na, K, Rb, Cs, Fr Li, Na, K, Rb, Cs, Fr

2A2A Metales alcalino-terreos Metales alcalino-terreos Be, Mg, Ca, Sr, Ba,Ra Be, Mg, Ca, Sr, Ba,Ra

6A6A Calcógenos Calcógenos O, S, Se, Te, Po O, S, Se, Te, Po

7A7A Halógenos Halógenos F, Cl, Br, I, At F, Cl, Br, I, At

8A8A Gases nobles (o raros) Gases nobles (o raros) He, Ne, Ar, Kr, Xe,Rn He, Ne, Ar, Kr, Xe,Rn

Moléculas y Compuestos MolecularesMoléculas y Compuestos Moleculares

> Sólo los elementos de gases nobles se encuentran en Sólo los elementos de gases nobles se encuentran en la naturaleza como átomos aislados. la naturaleza como átomos aislados. La mayoría de la La mayoría de la materia se compone de moléculas o iones, los cuales a materia se compone de moléculas o iones, los cuales a su vez estan formados de átomossu vez estan formados de átomos..

> Una molécula es un ensamble de dos o más átomos Una molécula es un ensamble de dos o más átomos estrechamente enlazados unos a otrosestrechamente enlazados unos a otros..

> Para muchos propósitos, Para muchos propósitos, el ensamble de átomos se el ensamble de átomos se comporta como una única entidad de características comporta como una única entidad de características distintivasdistintivas..

Moléculas y Compuestos Moléculas y Compuestos MolecularesMoleculares

> Moléculas elementales. Moléculas elementales. Dos o más átomos de la misma clase se combinan Dos o más átomos de la misma clase se combinan entre síentre sí. . Un caso típico lo constituye el oxígeno, cuyas fórmulas son: Un caso típico lo constituye el oxígeno, cuyas fórmulas son:

OO22 : oxígeno “normal”, esencial para la vida, gas incoloro e : oxígeno “normal”, esencial para la vida, gas incoloro e

inodoro;inodoro;

OO33 : ozono, tóxico, de olor picante e irritante de las mucosas. : ozono, tóxico, de olor picante e irritante de las mucosas.

> Los elementos más comunes que existen como Los elementos más comunes que existen como moléculas diatómicasmoléculas diatómicas son: son:

H2

N2 O2 F2

Cl2Br2

I2

5A 6A 7A

Compuestos Compuestos molecularesmoleculares

> Compuestos moleculares.Compuestos moleculares. Contienen Contienen más de un tipo de átomosmás de un tipo de átomos : : por ej., la por ej., la molécula de agua:molécula de agua:

HH22OO : : combinación de 2 átomos de H ycombinación de 2 átomos de H y

1 átomo de O, o bien; 1 átomo de O, o bien;

HH22OO22 : : Hidrógeno Hidrógeno y y Oxígeno en diferenteOxígeno en diferente

proporción relativa.proporción relativa.

> Algunas moléculas comunes simples se Algunas moléculas comunes simples se presentan en el esquema. Es importante presentan en el esquema. Es importante observar que:observar que:

> La composición de cada compuesto esta La composición de cada compuesto esta dada por su dada por su fórmula químicafórmula química;;

> Las sustancias aquí mostradas se com-Las sustancias aquí mostradas se com-ponen de ponen de elementos no-metálicoselementos no-metálicos..

Agua, H2O Dióxido de carbono, CO2

Monóxido decarbono, CO

Ozono, O3 Etileno C2H4

Metano CH4

Peróxido dehidrógeno, H2O2

Oxígeno, O2

Moléculas y Compuestos Moléculas y Compuestos MolecularesMoleculares

> Fórmula MolecularFórmula Molecular: Indica el número y tipo real de átomos : Indica el número y tipo real de átomos en la molécula. Las fórmulas anteriores son moleculares. en la molécula. Las fórmulas anteriores son moleculares. Los subíndices son siempre multiplos enteros de los Los subíndices son siempre multiplos enteros de los subíndices de las fórmulas empíricas correspondientes. subíndices de las fórmulas empíricas correspondientes.

> Fórmula EmpíricaFórmula Empírica: Indica sólo el número relativo de : Indica sólo el número relativo de átomos de cada tipo en la molécula. Aquí, los subíndices átomos de cada tipo en la molécula. Aquí, los subíndices indican siempre la relación de números enteros más indican siempre la relación de números enteros más pequeña.pequeña.

Fórmula MolecularFórmula Molecular Fórmula EmpíricaFórmula Empírica

HH22OO22 HOHO

CC22HH44 CHCH22

Moléculas y Moléculas y Compuestos Compuestos MolecularesMoleculares

> Fórmula EstructuralFórmula Estructural: : Muestra qué átomos estan unidos a cuales Muestra qué átomos estan unidos a cuales dentro de la moléculadentro de la molécula. Las líneas entre los símbolos de los . Las líneas entre los símbolos de los elementos representan las uniones químicas entre átomos.elementos representan las uniones químicas entre átomos.

> Una fórmula estructural no exhibe la geometría real de la molécula, Una fórmula estructural no exhibe la geometría real de la molécula, esto es, los ángulos verdaderos a los cuales están unidos los esto es, los ángulos verdaderos a los cuales están unidos los átomos. Sin embargo, se puede representar como un átomos. Sin embargo, se puede representar como un dibujo en dibujo en perspectivaperspectiva para dar un sentido para dar un sentido tridimensionaltridimensional..

Agua Peróxido de hidrógeno Metano

Representaciones Moleculares

estructural

perspectiva

modelo

esferas

Iones y Iones y Compuestos Compuestos

IónicosIónicosEl núcleo de un átomo permanece inalterado en los procesos químicos, El núcleo de un átomo permanece inalterado en los procesos químicos, pero el átomo puede ganar o perder electrones con facilidad originando pero el átomo puede ganar o perder electrones con facilidad originando partículas cargadas denominadas partículas cargadas denominadas IONESIONES. Si la carga es positiva se . Si la carga es positiva se llama llama CATIÓNCATIÓN, si la carga es negativa se llama , si la carga es negativa se llama ANIÓNANIÓN. .

Sea, por ejemplo, el átomo de sodio:Sea, por ejemplo, el átomo de sodio:

Ahora, el átomo de cloro:Ahora, el átomo de cloro:

pierde un

gana un

electrón

electrón

átomo de Na ion de Na+

átomo de Cl ion de Cl-

Iones y Compuestos IónicosIones y Compuestos Iónicos> En general, los átomos de metales pierden electrones con facilidad En general, los átomos de metales pierden electrones con facilidad

y los átomos de los no metales tienden a ganar electrones.y los átomos de los no metales tienden a ganar electrones.

Dé el símbolo químico completo de: Dé el símbolo químico completo de: a)a) un ion con 26 p un ion con 26 p, 30 n, 30 n y 24 y 24 e e ––; ; b)b) el ion fósforo con 16 n el ion fósforo con 16 n y 18 e y 18 e ––..

a)a) El elemento con 26 p El elemento con 26 p (nº atómico = 26) es: (nº atómico = 26) es: FeFe, cuyo nº de masa = , cuyo nº de masa = 26 p26 p + 30 n + 30 n = 56. Hay 2 cargas (+) en exceso, por tanto, la carga = 56. Hay 2 cargas (+) en exceso, por tanto, la carga neta del ion es neta del ion es 2+2+ . El símbolo completo será: . El símbolo completo será:

b)b) El El PP tiene un nº atómico de 15, luego entonces tiene 15 p tiene un nº atómico de 15, luego entonces tiene 15 p, y un nº , y un nº de masa de (15 pde masa de (15 p + 16 n + 16 n) 31. Tiene además una carga neta de 18 ) 31. Tiene además una carga neta de 18 ee –– - 15 p - 15 p = 3 = 3 ee ––,o sea ,o sea 3-3- , así que el símbolo será: , así que el símbolo será:

2656Fe2

1531P3

Iones y Compuestos Iones y Compuestos IónicosIónicos

> Iones Poliatómicos.- Iones Poliatómicos.- Consisten de átomos unidos como en una Consisten de átomos unidos como en una molécu-la, pero con una carga neta positiva o negativamolécu-la, pero con una carga neta positiva o negativa, p. ej.:, p. ej.:

> ¿Cómo se predicen las cargas iónicas?¿Cómo se predicen las cargas iónicas?

Se parte de la idea de que la ganancia o pérdida de electrones Se parte de la idea de que la ganancia o pérdida de electrones conduce a un átomo a adquirir una configuración de gas nobleconduce a un átomo a adquirir una configuración de gas noble, , como en el caso del Na y del Cl.como en el caso del Na y del Cl.

> Prediga las cargas esperadas para los iones más estables de O y Prediga las cargas esperadas para los iones más estables de O y Ba.Ba.

(NO3 )- o (SO4 )2

Iones y Compuestos Iones y Compuestos IónicosIónicos

La tabla periódica es una herramienta útil para recordar las cargas La tabla periódica es una herramienta útil para recordar las cargas de los iones, en especial los de los extremos de la mismade los iones, en especial los de los extremos de la misma..

Metales de transición

Metales alcalinos (+1)

Metales alcalinos (+2)

Halógenos (-1)

Calcógenos (-2)

gases nobles

Compuestos iónicos.- Compuestos iónicos.- Aquellos que contienen iones cargados Aquellos que contienen iones cargados positivamente y iones cargados negativamentepositivamente y iones cargados negativamente..

De la composición podemos saber, frecuentemente, si es De la composición podemos saber, frecuentemente, si es compuesto compuesto iónicoiónico ( (constituido por ionesconstituido por iones) o) o molecular molecular ( (constituido por constituido por moléculasmoléculas).).

Atomo de Naneutro

Atomo de Clneutro

pierde un electron

gana un electron

Iones y Compuestos iónicosIones y Compuestos iónicos

Iones y Compuestos Iones y Compuestos IónicosIónicos

En general, los metales forman catiónes y los no-metales aniónes. En general, los metales forman catiónes y los no-metales aniónes. Por tanto, Por tanto, los compuestos iónicos son en general combinaciones los compuestos iónicos son en general combinaciones de de metalesmetales y y no-metalesno-metales (p.ej. (p.ej. NaNaClCl), en tanto que ), en tanto que los moleculares los moleculares se componen en general únicamente de no-metalesse componen en general únicamente de no-metales ( (HH22OO).).

> ¿Qué especies se espera sean iónicas?: ¿Qué especies se espera sean iónicas?: NN22OO,, Na Na22OO,, CaCl CaCl22 y SF y SF44..

> ¿Qué especies se espera sean moleculares?: ¿Qué especies se espera sean moleculares?: ClCl22,, FeS FeS y y PbFPbF22..

Iones y Iones y Compuestos Compuestos

IónicosIónicos> Sólo se pueden escribir fórmulas empíricas para los Sólo se pueden escribir fórmulas empíricas para los

compuestos iónicos,compuestos iónicos, y si no están en forma iónica, y si no están en forma iónica, siempre son eléctricamente neutros, así que siempre son eléctricamente neutros, así que las cargas las cargas deberán estar balanceadas (cruzadas)deberán estar balanceadas (cruzadas)..

> ¿Cuáles son las fórmulas empíricas de los compuestos ¿Cuáles son las fórmulas empíricas de los compuestos formados por los iones?:formados por los iones?: a) Al3+ y Cl- ; b) Al3+ y O2- ; c) Mg2+ y NO3

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