El átomo, su configuración electrónica, el enlace químico y las reacciones químicas

Antes de nada, consultemos la HISTORIA

Así llegó a su modelo atómico:

Un átomo es la menor cantidad de un elemento químico que tiene existencia propia, y que no es posible dividir mediante procesos químicos. El átomo está formado por protones (con carga positiva), neutrones (sin carga) y electrones (con carga negativa). Los protones y neutrones forman el núcleo, y los electrones la corteza. Un átomo se caracteriza por su número atómico (número de protones, Z), que es lo que distingue un elemento de otro, y su número másico (número de protones más neutrones, A). Los átomos, en el modelo "planetario" de Rutherford, se representan así:

 

Un ejemplo: El átomo de sodio (Na).

¿Cuántos protones  y electrones tiene? 

Sí, como habrás deducido, se trata de un átomo neutro.

ISOTOPOS

Los isótopos son átomos de un mismo elemento (con igual número atómico (Z), por tanto), y distinto número másico (A) (con diferente número de neutrones):

Aquí tenéis un resumen de los Modelos atómicos y un vídeo para repasar lo fundamental del tema (no prestéis atención al final del vídeo, cuando habla de átomos isóbaros): 

  

ACTIVIDADES:

1) Según lo visto, ¿a qué modelos se refieren las siguientes imagenes? Explícalos.

                                                              (1)                              2)                         (3)

 2) ¿En qué consistió la experiencia de Rutherford de la lámina de oro? ¿Por qué fue tan crucial e importante?

3) ¿De qué nos informa la siguiente notación referida a un elemento químico?

4) ¿Qué es un isótopo? ¿Cómo representarías, según la notación anterior, el conjunto de isótopos del hidrógeno? 

5) ¿Qué son los iones? ¿Qué dos tipos hay?


CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA

Recuerde que en el Sistema Periódico los elementos químicos se ordenan por el número atómico (Z).

Para saber a dónde se localizan los electrones en el modelo atómico cuántico se utiliza la Configuración Electrónica.

Configurar significa "ordenar" o "acomodar", y electrónico deriva de "electrón"; así configuración electrónica es la manera ordenada de repartir los electrones en los niveles y subniveles de energía.

1. Existen 7 niveles de energía o capas donde pueden situarse los electrones para girar alrededor del núcleo, numerados del 1, el más interno o más cercano al núcleo (el que tiene menor nivel de energía), al 7, el más externo o más alejado del núcleo (el que tiene mayor nivel de energía).

Estos niveles de energía corresponden al número cuántico principal (n) y además de numerarlos de 1 a 7, también se usan letras para denominarlos, partiendo con la K.  

Así:   K =1, L = 2, M = 3, N = 4, O = 5, P = 6, Q = 7.

2. A su vez, cada nivel de energía o capa tiene sus electrones repartidos en distintos subniveles, que pueden ser de cuatro tipos: s, p, d, f.

Ejemplos: Aplicando el diagrama de Möeller exprese las configuraciones electrónicas para el Calcio (Z=20) y el Flúor (Z=9):

1) Z=20

1_s²     2_s²   2_p⁶   3_s²   3_p⁶  4_s²

^{niveles = 4              periodo=4                       grupo= 2           Calcio= Ca} 

^{2) Z=9}

 1_S²     2_S²   2_p⁵
niveles=2                periodo=2                       grupo=8              Flúor = F

Para saber más.

ENLACE QUÍMICO

Prácticamente todas las sustancias que encontramos en la naturaleza están formadas por átomos unidos. Las intensas fuerzas que mantienen unidos los átomos en las distintas sustancias se denominan enlaces químicos. ¿Por qué se unen los átomos? Los átomos se unen porque, al estar unidos, adquieren una situación más estable que cuando estaban separados. Esta situación de mayor estabilidad suele darse cuando el número de electrones que poseen los átomos en su último nivel es igual a ocho, estructura que coincide con la de los gases nobles. Los gases nobles tienen muy poca tendencia a formar compuestos y suelen encontrarse en la naturaleza como átomos aislados. Sus átomos, a excepción del helio, tienen 8 electrones en su último nivel. Esta configuración electrónica es extremadamente estable y a ella deben su poca reactividad. Podemos explicar la unión de los átomos para formar enlaces porque con ella consiguen que su último nivel tenga 8 electrones, la misma configuración electrónica que los átomos de los gases nobles. Este principio recibe el nombre de regla del octeto y aunque no es general para todos los átomos, es útil en muchos casos. Distintos tipos de enlaces Las propiedades de las sustancias dependen en gran medida de la naturaleza de los enlaces que unen sus átomos. Existen tres tipos principales de enlaces químicos: enlace iónico, enlace covalente y enlace metálico. Estos enlaces, al condicionar las propiedades de las sustancias que los presentan, permiten clasificarlas en: iónicas, covalentes y metálicas o metales. Para profundizar en los enlaces: aquí

ACTIVIDADES:

1) Justifique con lo visto en el enlace iónico del CaCl2

2) ¿Qué diferencia hay entre un átomo y una molécula?

REACCIÓN QUÍMICA

 En este caso, los cambios si alteran la naturaleza de las sustancias: desaparecen unas y aparecen otras con propiedades muy distintas. No es posible volver atrás por un procedimiento físico (como calentamiento o enfriamiento, filtrado, evaporación, etc.)

    Una reacción química es un proceso por el cual una o más sustancias, llamadas reactivos, se transforman en otra u otras sustancias con propiedades diferentes, llamadas productos.

    En una reacción química, los enlaces entre los átomos que forman los reactivos se rompen. Entonces, los átomos se reorganizan de otro modo, formando nuevos enlaces y dando lugar a una o más sustancias diferentes a las iniciales.

A) La o las sustancias nuevas que se forman suelen presentar un aspecto totalmente diferente del que tenían las sustancias de partida.

B) Durante la reacción se desprende o se absorbe energía:

• Reacción exotérmica: se desprende energía en el curso de la reacción.
• Reacción endotérmica: se absorbe energía durante el curso de la reacción.

C) Se cumple la ley de conservación de la masa: la suma de las masas de los reactivos es igual a la suma de las masas de los productos. Esto es así porque durante la reacción los átomos ni aparecen ni desaparecen, sólo se reordenan en una disposición distinta.

D) Para saber si una reacción es rápida o lenta, hay que conocer la velocidad a la que transcurre.  Podemos definir velocidad de reacción como la variación de cantidad de sustancia formada o transformada por unidad de tiempo.

    En general, para determinar la velocidad de una reacción, hay que medir la cantidad de reactivo que desaparece o la cantidad de producto que se forma por unidad de tiempo.

• Factores que afectan a la velocidad de una reacción química:

a) Naturaleza de los reactivos

    Se ha observado que según los reactivos que intervengan, las reacciones tienen distinta velocidad, pero no se ha podido establecer aún unas reglas generales.

b) Concentración de los reactivos

    La velocidad de reacción aumenta con la concentración de los reactivos.  Para aumentar la concentración de un reactivo:

• Si es un gas, se consigue elevando su presión.
• Si se encuentra en disolución, se consigue cambiando la relación entre el soluto y el disolvente.

c) Superficie de contacto de los reactivos

    Cuanto más divididos están los reactivos, más rápida es la reacción. Esto es así porque se aumenta la superficie expuesta a la misma.

d) Temperatura

    En general, la velocidad de una reacción química aumenta conforme se eleva la temperatura.

e) Presencia de catalizadores

    Un catalizador es una sustancia, distinta a los reactivos o los productos, que modifican la velocidad de una reacción. Al final de la misma, el catalizador se recupera por completo e inalterado. En general, hace falta muy poca cantidad de catalizador.

    Los catalizadores aumentan la velocidad de la reacción, pero no la cantidad de producto que se forma.

El uso de las enzimas (catalizadores biológicos) comienza a estar muy presente en varios sectores. Ejemplo en la página 34.

ACTIVIDADES:

1) ¿Qué es una reacción REDOX?

2)De forma tradicional se han definido los siguientes procesos previos al teñido de fibras y tejidos:
- El escurado: limpiar material y librarlo de impurezas

- El blanqueo: dotar tejido de blancura necesaria para lograr un teñido satisfactorio.

¿Qué compuestos químicos se utilizan para el blanqueo los textiles?

3) ¿Cómo limpian los jabones la ropa?