ELEMENTOS Y COMPUESTOS

1. ELEMENTOS Y COMPUESTOS Se han descubierto más de 114 elementos distintos. Y éstos, se combinan caprichosamente para dar lugar a millones de compuestos diferentes.

2. RECORDATORIO: Composición de la materia. • La materia está formada por partículas denominadas ÁTOMOS. • Los átomos están formados por otras partículas más pequeñas: PROTONES, NEUTRONES Y ELECTRONES. • Los átomos, si se combinan ó no, pueden dar lugar a dos tipos de sustancias: • ELEMENTOS QUÍMICOS. • COMPUESTOS QUÍMICOS

3. INTRODUCCIÓN • Hoy en día se conocen 114 elementos químicos, pero se siguen descubriendo más. • El número de compuestos que existen es muy superior: ¡supera los diez millones! • De los 114 elementos, 88 son naturales, el resto son ARTIFICIALES (obtenidos en el laboratorio, mediante reacciones nucleares). • Algunos son muy abundantes en la corteza terrestre, pero apenas aparecen en los seres vivos. • Muchos de los elementos son imprescindibles en los seres vivos son los llamados BIOELEMENTOS Y OLIGOELEMENTOS.

4. NO ENTRA DESCUBRIMIENTO DE LOS ELEMENTOS LECTURA: “Si en la Antigüedad fueron conocidos siete elementos metálicos (oro, plata, hierro, cobre, estaño, plomo y mercurio) y dos no metales (carbono y azufre); el esfuerzo de la alquimia medieval sumó el conocimiento de otros cinco (arsénico, antimonio, bismuto, zinc y fósforo), y el siglo XVIII, con el estudio de los gases, dejó como fruto el descubrimiento de cuatro nuevos elementos (hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y cloro), mientras el análisis de minerales aportaba la identificación de nueve metales (cobalto, platino, níquel, manganeso, tungsteno, molibdeno, uranio, titanio y plomo), en total, a las puertas del siglo XIX eran conocidos 27 elementos químicos. Hacia 1830, se conocían 55 elementos, es decir, que se había duplicado en treinta años la cifra de elementos descubiertos en más seis milenios de práctica humana…”

5. DESCUBRIMIENTO DE LOS ELEMENTOS Los elementos químicos que se conocen hoy en día se fueron descubriendo poco a poco a lo largo de la historia. • En el 1700 sólo se conocían 12 elementos. • En 1830, se habían identificado 55. • En el siglo XIX, se descubrieron la mayoría • En el siglo XX se completó la lista, actualmente se conocen 114 elementos.

6. NO ENTRA Representación elementos químicos: LOS SIMBOLOS Inicialmente, Dalton, para referirse a cada elemento químico, definió un símbolo, que consistía en un círculo con algún distintivo: Hoy en día, cada elemento se identifica por 1 ó 2 letras, que en muchas ocasiones coinciden con las iniciales del elemento. Ejemplo: Litio (Li), Hidrogeno (H), Helio (He), …

7. ACTIVIDAD PROCEDENCIA DE LOS NOMBRES DE LOS ELEMENTOS QUÍMICOS. Mira la tabla periódica de los elementos y encuentra 4 elementos cuyo nombre tenga su origen en: • Nombre de algún científico • Nombre de una Ciudad o Lugar • Alguna característica del elemento (suelen proceder del latín, griego o alguna otra lengua) Además, investiga que nombre reciben temporalmente los elementos recién descubiertos.

8. ¿Cómo clasificar los elementos? Cuando empezó a aumentar el nº de elementos conocidos, el principal reto fue clasificarlos, con el fin de facilitar el estudio y la comprensión de las distintas propiedades. Los criterios de clasificación han ido cambiando conforme se conocían mas elementos. La primera clasificación que se hizo fue distinguir entre METALES y NO METALES. Otros criterios usados han sido: • Masa atómica; • Propiedades físicas • Volúmenes atómicos, etc…

9. Tabla de MENDELEIEV • La PRIMERA TABLA de elementos químicos, la publicó el científico Dmitri Mendeleiev, en 1870. • Ésta tabla es muy similar a la actual. • Ordenó los elementos por su masa atómica y los agrupó por sus propiedades. • La llamó TABLA PERIÓDICA de los elementos, pues las propiedades de los elementos se repetían cada cierto número de ellos. (ej. afinidad para combinarse con elementos similares)

10. Mendeleiev y el Premio Nobel Mendeleiev casi se lleva el Premio Nobel, en 1906, pues predijo la existencia de nuevos elementos químicos no conocidos en su época. Curiosamente dejo huecos en su tabla que se rellenarían con elementos descubiertos posteriormente.

11. • Representan casi el 75 % de todos los elementos. • Tienen brillo metálico. • Conducen bien el calor y la electricidad. • Son dúctiles y maleables. • Excepto el mercurio, que es líquido, son sólidos a temperatura ambiente y funden a alta temperatura. • Tienden a perder electrones y formar iones positivos. METALES • Son malos conductores del calor y de la electricidad. • A temperatura ambiente pueden ser sólidos, líquidos o gases. • La mayoría de los sólidos son blandos. • La temperatura de fusión para la mayoría de los sólidos es baja, igual que la de ebullición para los líquidos. • Suelen captar electrones formando iones negativos. NO METALES • Se encuentran en la naturaleza como átomos aislados. • Son gases a temperatura ambiente. • Desde el punto de vista químico son muy estables: no forman compuestos. No ganan ni pierden electrones; es decir, no forman iones. • Sus aplicaciones están relacionadas con su estabilidad química. GASES NOBLES CLASIFICACIÓN DE LOS ELEMENTOS Cobre Oro Aluminio Estaño Bromo Flúor Azufre Iodo

12. EJERCICIOS ¿Cuales de los siguientes elementos crees que son metálicos y cuales no metálicos? Justifica tu respuesta. El elemento 1 es un sólido de color oscuro que se sublima, es frágil y no conduce la corriente eléctrica. El elemento 2 es un sólido muy denso y de coor oscuro cuyo punto de fusión es muy elevado El elemento 3 es un líquido brillante y opaco que conduce la corriente eléctrica. El elemento 4 es un gas amarillento. Dibuja la tabla (18 grupos y 7 periodos) y delimita con una raya divisoria y coloreando de distinto color, las 3 grandes categorías de elementos (METALES, NO METALES Y GASES NOBLES)

13. Alcalinos Masa atómica (U) Número atómico Alcalino-térreos Símbolo Nombre Metales de transición Anfígenos Halógenos Gases nobles Lantánidos Actínidos LA TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS Metales No metales Gases nobles

14. LA TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS En la actualidad los elementos se clasifican en una tabla o sistema periódico. Los elementos se ordenan por filas, de izda. a dcha. y de arriba abajo en orden creciente de Número Atómico.(*) Ej. 1H, 2He, 3Li, 4Be, 5B, … (*) esto es, su nº protones, lo que determina el comportamiento químico del elemento CURIOSIDADES ELEMENTOS TABLA PERIODICA http://ciencianet.com/tabla.html

15. LA TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS • Los elementos de la tabla periódica están organizados por: • GRUPOS: Son las columnas de la tabla. Hay 18. Los elementos de un grupo tienen propiedades químicas similares. Pues todos poseen el mismo nº de electrones en la última capa. • PERIODOS: Son las filas de la tabla. Hay 7. Los elementos de un periodo tienen el mismo nº de capas electrónicas.

16. LA TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS • Inconvenientes de la tabla periódica actual: • El HIDROGENO no ocupa un lugar adecuado en la tabla.(*) • Los elementos con Z del 58 al 71 y del 90 al 103 no están situados dentro de la tabla (**) (*) sus propiedades no se parecen a las de ninguno de los elementos de los distintos grupos. Está situado en el grupo 1 por tener sólo 1 electrón. Es un NO METAL (**)con el objeto de no extender demasiado la tabla.

17. EJERCICIOS Dibuja la tabla identificando: • Los 18 grupos y 7 periodos, • las 3 grandes categorías de elementos (METALES, NO METALES Y GASES NOBLES), (usa para ello una raya divisoria y pintura de distinto color para cada grupo)

18. Solución: http://www.guatequimica.com/tutoriales/atomo/Introduccion_a_la_Tabla_Periodica.htm

19. Actividad Elige 4 elementos de la tabla periódica y anota alguna curiosidad sobre cada uno de ellos. NOTA: Visita la siguiente web para ayudarte en tu tarea: CURIOSIDADES ELEMENTOS TABLA PERIODICA: http://ciencianet.com/tabla.html

20. COMO SE AGRUPAN LOS ELEMENTOS:ÁTOMOS, MOLÉCULAS Y CRISTALES Cualquier sustancia, si pudiésemos observarla por dentro, sus átomos podríamos encontrarlos: • AISLADOS, esto es, sin combinarse o unirse a otros. ó • ENLAZADOS UNOS CON OTROS, formando: • Moléculas ó • Cristales Sustancia ATÓMICA Sustancia MOLECULAR CRISTAL

21. ÁTOMOS AISLADOS • NO combinados con otros. • Se presentan así únicamente los elementos de LOS GASES NOBLES. Átomo de Helio: He Átomo de Neón: Ne Átomo de Argón: Ar Átomo de Kriptón: Kr Átomo de Xenón: Xe Átomo de Radón: Rn • Se caracterizan por ser MUY ESTABLES. • FÍJATE ¡de los 114 elementos conocidos SÓLO 6 NO SE COMBINAN!

22. La mayoría de los átomos se combinan ó enlazan. ¿PORQUÉ? La razón está en: Exceptuando los Gases Nobles, que tienen 8 electrones en la última capa (*), todos los demás elementos LE SOBRAN O LE FALTAN e- en su última capa. (*) salvo el Helio, que tiene solo 2 electrones. Regla del Octeto: Para ganar estabilidad los átomos tienden a adquirir 8 electrones en su última capa.

23. La mayoría de los átomos se combinan. ¿PORQUÉ? • Así que, para ganar esos electrones que le faltan, o perder los que le sobran, los átomos tienden a UNIRSE A OTROS ÁTOMOS y con ellos : • COMPARTIR electrones • ó • CEDER / GANAR electrones (formando Iones) • En ambos casos SE CREANENLACES entre los átomos. • (*) El enlace químico es una fuerza de tipo electrostático que mantiene unidos a los átomos.

24. ENLACES • Los enlaces entre los átomos dan lugar a: • Moléculas • ó • Cristales (*) Nº pequeño (definido) de átomos. Nº muy grande de átomos. Forman una red (estructura tridimensional repetitiva en el espacio

25. MOLÉCULAS 2 ó más átomos UNIDOS, pertenecientes al mismo o distinto elemento químico. MOLECULAS DE ELEMENTOS MOLÉCULAS DE COMPUESTOS Formados por Átomos del mismo elemento. Ej. Molécula H2 Formados por Átomos de elementos distintos. Ej. Molécula HF

26. CRISTALES Un GRAN NÚMERO de átomos ENLAZADOS, formando una RED en el espacio. CRISTALES DE ELEMENTOS CRISTALES DE COMPUESTOS Formados por átomos iguales. Ej. Níquel metal (Ni) Formados por átomos distintos. Ej. Cloruro de potasio (KCl)

27. ENLACES • Tres son los tipos de enlaces que permiten unirse a los átomos: • IÓNICO • COVALENTE • METÁLICO

28. Enlace IÓNICO • Se forma entre UN METAL y UN NO METAL. • El metal tiene tendencia a perder (“CEDER”) electrones y forma CATIONES. El no metal tienen tendencia a “GANAR” esos electrones y forma ANIONES. Se forma una RED DE CATIONES Y ANIONES. • Estos iones al tener cargas opuestas, se atraen y forman ENLACES IÓNICOS. • Dan lugar pues a UN CRISTAL. • OBSERVACIÓN: • Todos los cristales SON SÓLIDOS a Tª ambiente.

29. Enlace COVALENTE • Se forma entre un NO METAL con otro/s NO METAL. • Ambos no metales tienen tendencia a GANAR electrones. Así que para resolverlo ponen en común parte de los electrones , es decir, lo que hacen es COMPARTIR éstos. • Este tipo de unión o enlace, origina: • MOLÉCULAS (sustancias moleculares) • Ej. H2, O2, N2, Cl2, F2, Br2, H2O, NH3, HF,… • CRISTALES. Se forma una RED DE ÁTOMOS. • Ej. C (Diamante), SiO2 (Cuarzo), …

30. Enlace COVALENTE • EJEMPLO: Cristal de CARBONO • Un átomo de C (Z=6) tiene 4 electrones en su última capa. Así pues, le faltan otros 4 electrones para llenar la última capa. Los consigue COMPARTIENDO uno con otros 4 átomos de C. • Dependiendo de cómo estén dispuestos estos átomos en la red nos encontramos con: DIAMANTE o bien GRAFITO.

31. Enlace METÁLICO • Se forma entre los átomos de los elementos que son METAL. • Los metales tienen pocos electrones en su última capa, tienden a perder o CEDER éstos. Forman así CATIONES. • Los cationes se repelen entre sí, pero se distribuyen de modo que los electrones “perdidos”, no pertenecen en concreto a ninguno de ellos en particular. Es decir, se forma una RED DE CATIONES que comparte una NUBE DE ELECTRONES. • Ej. Na (Sodio)

32. CANTIDAD DE SUSTANCIA En Química, cuando manejamos sustancias, para referirnos a cantidades de éstas, NO resulta útil el “kg”. Tampoco resulta cómodo usar nº de átomos o de moléculas, pues cualquier cantidad de sustancia, por pequeña que sea, contiene miles de millones de éstos. Es por ello que se usa “el mol”, un múltiplo de “u”. Recordar: 1 u = 1,66. 10-27 kg El mol es la unidad de la magnitud cantidad de sustancia en el S.I. (ej. 1 mol de Fe; 1 mol de H2; 1 mol de H20,..) Antes de definir MOL, veamos que es: Formula química, Masa Molecular, Composición Centesimal.

33. FORMULA QUÍMICA Para representar una sustancia usamos una formula química, que expresa la clase de átomos y el nº de átomos que lo forman. Expresión general: donde n y m son el nº de átomos de los elementos A y B que forman la molécula ó la proporción en la que se encuentran los iones en un cristal. (Si “n” ó “m” vale 1, no se escribe) Ejemplo: NH3, quiere decir : 1 átomo de N y 3 átomos de H. MgF2, quiere decir : 2 iones F - por cada ión Mg+2 AnBm

34. Representación de: Sustancias Atómicas, Sustancias Moleculares y Cristales. Uno de los modelos usados para representar sustancias es el de bolas. (Átomo de un elementos químico = bola de un tamaño y color diferentes) La sustancia a representar puede ser: una sustancia atómica (átomos aislados); ó molecular (átomos unidos); ó cristal (red de átomos). Veamos:

35. MASA MOLECULAR Algunos elementos y compuestos están formados por moléculas. La masa de una molécula se llama masa molecular. La unidad utilizada es “u” (unidad de masa atómica). Para calcular la masa molecular de una sustancia basta con conocer su formula química y las masas atómicas de todos los elementos que la forman. La masa molecular es la suma de las masas atómicas de los átomos que la forman.

36. MASA MOLECULAR EJEMPLO: Calcula la masa molecular del O2, sabiendo que la masa atómica del O es 16. m (O2) = (16 u) x 2 = 32 u Calcula la masa molecular del H2O, sabiendo que la masa atómica del O es 16, y la del H es 1. m (H2O) = ((1 u) x 2) + (16 u) = 18 u

37. COMPOSICIÓN CENTESIMAL En un compuesto, los elementos que lo forman están en proporción determinada. Pues bien, No tiene unidades, pues son porcentajes. La composición centesimal de un compuesto, es el porcentaje, o tanto por ciento de masa, en el que se encuentran todos y cada uno de los elementos que forman dicho compuesto.

38. COMPOSICIÓN CENTESIMAL EJEMPLO: Caso del H2O. % de H = (2/18) x 100 = 11,1% de H % de O = (16/18) x 100 = 88,9% de O

39. EJERCICIO Completa los huecos del siguiente esquema sobre la composición y estructura interna de las sustancias.

40. Solución

41. Cantidad de sustancia: MOL Es…

42. LOS ELEMENTOS QUÍMICOS MÁS COMUNES • Hidrogeno y Helio: los más abundantes del universo • No metales: abundantes en la materia viva (O, C, H, N, …) • Metales: los más numerosos (4/5 partes de la tabla) pero los menos abundantes. (*)(*) Incluso en la corteza terrestre, el oxígeno y el silicio suman un 73% aprox. El resto son metales: Al, Fe, Ca, Na, K y Mg. Y en mucha menor proporción el resto de metales. • Semimetales: los componentes de la era electrónica. Son los situados en la frontera entre metales y no metales. (Si, Ge, As,..) se les llama semiconductores y forman los componentes electrónicos actuales.

43. EJERCICIOS EJERCICIO: • ¿Cuales son los 4 elementos más abundantes en: • Seres vivos • Corteza Terrestre • Universo (haz un diagrama de barras) • ¿Qué son los Biolementos?, ¿y los Oligoelementos? • Di cuales de los Bioelementos y Oligoelementos son Metales y No metales.

44. Sol. EJERCICIOS • Seres vivos: O (65%), C (18%), H (9%), N (3%) • Corteza Terrestre : O (49%), Si ( 28%), Al ( 7%), Fe (5%) • Universo: H (74%), He (24%), O ( 1%), C (0,5%)

45. Sol. EJERCICIOS Ej. 2 y 3. Los elementos de los que están hechos los seres vivos son los Bioelementos y los Oligoelementos. Los “Bio” son los que están en mayor proporción. (99%) C, H, O, N, Ca, P, Mg, S, Na, K, Cl. Los “Oligo” son los que están en menor proporción, pero no por ello dejan de ser imprescindibles. (0,1%) Fe, Zn, Mn, F, I, Cu, Co.

46. EJERCICIOS ELEMENTOS TABLA PERIÓDICA Haz los ejercicios: 10 (elementos y compuestos), 13, 14 y 15. ENLACES: Haz los ejercicios: 23, 24 y 25.

47. Sol. EJERCICIOS Ej. 13 Ej. 14

48. Sol. EJERCICIOS Ej. 15 Ej. 23

49. Sol. EJERCICIOS Ej. 24

50. Sol. EJERCICIOS Ej. 25