Title: Unidad 2
Course: Química Plus + 1 BGU

Tabla periódica y enlace químico

En nuestro planeta y en todo el universo, encontramos un sinnúmero de sustancias. Desde la Grecia antigua hasta la época de Dalton se intentó identificar cuáles eran los elementos esenciales que formaban tal diversidad de sustancias.

Ahora sabemos que existen piezas, que al igual que a un lego, pueden unirse y dar como resultado nuevas sustancias, y es bastante complicado que puedan ser descompuestas en algo más simple, estas sustancias se denominan elementos químicos.

Entre los elementos químicos hay una poderosa tendencia a combinarse entre ellos y formar moléculas que originan nuevas sustancias, la fuerza de atracción que mantiene unidos a los átomos en una molécula, es llamada enlace químico.

   Objetivos

1. O.CN.Q.5.5. Identificar los elementos químicos y sus compuestos principales desde la perspectiva de su importancia económica, industrial, medioambiental y en la vida diaria.
2. O.CN.Q.5.6. Optimizar el uso de la información de la tabla periódica sobre las propiedades de los elementos químicos y utilizar la variación periódica como guía para cualquier trabajo de investigación científica, sea individual o colectivo.
3. O.CN.Q.5.7. Relacionar las propiedades de los elementos y de sus compuestos con la naturaleza de su enlace y con su estructura generando así iniciativas propias en la formación de conocimientos con responsabilidad social.

  La Química y las profesiones

El ingeniero químico

El ingeniero químico es un profesional con experticias para manejar tecnologías relacionadas con las transformaciones químico-físicas de materiales.

Está capacitado para realizar el análisis de sistemas de producción a gran escala y diseñar procesos que requieran la transformación química de material bruto o elaborado. Es capaz de modelar, diseñar e implementar procesos que impliquen reacciones químicas o bioquímicas.

El campo ocupacional de un ingeniero químico se extiende en el área petrolera, ambiental, cosmética, alimenticia, agroindustrial; y cualquiera que implique uso, manejo, producción y conservación de sustancias.

Las universidades ecuatorianas que ofertan esta carrera son: Universidad de Cuenca, Universidad Técnica de Manabí, Universidad de Guayaquil, Universidad Técnica Particular de Loja, Universidad Central del Ecuador, Escuela Politécnica Nacional, Universidad San Francisco de Quito, Universidad SEK, Universidad Superior Politécnica del Chimborazo, Universidad Técnica de Machala. En el siguiente enlace podrás encontrar mayor información sobre la carrera de Ingeniería Química de la Universidad de Guayaquil: www.fiq.edu.ec/web

Los átomos y la tabla periódica

● Los átomos y la tabla periódica

Saberes previos

¿Qué información sobre los elementos puede ofrecer a simple vista una tabla periódica?

Desequilibrio cognitivo

Los cuatro elementos propuestos por Empédocles, ¿correspondían a sustancias elementales, o se asemejaban más a los estados de la materia? Justifica tu respuesta.

Interdisciplinariedad

Química e Historia

Aprender a producir y controlar el fuego le permitió al ser humano cocer sus alimentos, fabricar utensilios, protegerse de las fieras y mantenerse caliente.

Para la ciencia, conseguir formas de fuego que ardieran a mayor temperatura sirvió para sintetizar y analizar nuevas sustancias, y realizar otras acciones, como por ejemplo, fundir metales y vidrio.

Comenta con tu maestro de Historia en qué época el ser humano conoció el fuego.

Los elementos químicos

La tabla periódica de los elementos químicos es una de las herramientas más perfectas que ha inventado el ser humano, debido a que contiene en un pequeño esquema, la síntesis del conocimiento que hemos acumulado durante milenios sobre las características y comportamiento de las sustancias elementales que componen la materia, denominadas elementos químicos.

Uno de los primeros estudiosos que buscaron establecer las sustancias elementales que conforman la materia fue el filósofo griego Empédocles (484 a. C. 424 a. C.), quien expresaba que los cuerpos se constituían por cuatro elementos: tierra, agua, aire y fuego. Él explicó que el aspecto que presentaba un cuerpo se relacionaba con la cantidad que contenía de cada uno de estos elementos.

A la humanidad le tomó muchos siglos de experimentos y análisis de materiales para conocer cuáles eran los reales elementos básicos que formaban las sustancias. Para la época de los griegos, ya se habían aislado ciertos elementos como el hierro, el cobre, la plata y el oro.

 | Los alquimistas intentaban transformar los metales en oro y en sus intentos permitieron aislar otros elementos, como el azufre y el mercurio.
 | Robert Boyle, en su libro The Sceptical Chymist, de 1691 (Burns, 2011), pone de manifiesto la necesidad de determinar y probar si una sustancia es o no un elemento, y aclara que un elemento es una sustancia que no puede ser descompuesta en otras más simples.

El primer elemento en ser descubierto con técnicas científicas fue el fósforo, a inicios del siglo XVIII se conocían muy pocos elementos, pero ya se sabían varias de sus propiedades, estado físico y su peso equivalente, sin embargo el descubrimiento de la electricidad permitió aislar otros elementos como el sodio, cloro, potasio, magnesio, las nuevas técnicas empleadas, permitirían aislar otros cuantos elementos.

Laboratorio casero

Consigue un pedazo de alambre de cobre, un clip, una base de aluminio de las velas y una lata de gaseosa.

Dóblalos y estíralos a tu voluntad.

Investiga cómo se llama esta propiedad de los metales que les permite deformarse sin romperse.

Los metales fueron los elementos que se pudieron aislar más fácilmente, y a los primeros que se les asignaron símbolos.

La tabla periódica de los elementos químicos

Entrado el siglo XIX, se conocían aproximadamente 62 elementos químicos. El reto para los químicos era encontrar la manera adecuada de organizarlos.

Antoine Lavoisier

Fue el primero en hacer una clasificación entre metales y no metales y separar las sustancias elementales de los compuestos.

Johann Wolfgang Döbereiner

Organizó los elementos en triadas, colocándolos por propiedades, y observó que la masa de uno de los elementos era aproximadamente un promedio de la de los otros.

Jean Baptiste Dumas

Organizó a los metales en función de sus propiedades.

John Newlands

Ordenó los elementos en orden creciente, según su peso atómico, y descubrió que cada octavo elemento repetía las propiedades del primero. Denominó a este descubrimiento Ley de las octavas.

Lothar Meyer

Agrupó los elementos en función de la valencia y descubrió que aquellos que tienen la misma valencia comparten las mismas propiedades.

La tabla de Dmitri Mendeléyev

Con el descubrimiento de nuevos elementos, el químico ruso Mendeléyev, en 1869 estableció un orden para los elementos químicos. Los organizó en filas de forma ascendente de acuerdo a su peso atómico y en columnas de acuerdo a sus propiedades. En ocasiones omitía el peso y prefería las propiedades. La genialidad de Mendeléyev consistió en dejar espacios vacíos para elementos que, de acuerdo a sus ideas, aún no se descubrían; por ejemplo, dejó vacío el puesto del germanio, descubierto posteriormente en 1886, y predijo algunas de sus propiedades, como su peso atómico y punto de ebullición.

“La tabla periódica era un misterio: ¿cómo y por qué funcionaba? No lo comprendimos hasta los años veinte del presente siglo [XX], cuando por fin se explicó, se entendió y resumió según la teoría atómica fundamental” (Glashow, 2000).

Interdisciplinariedad

Química y Astronomía

Las frecuencias y longitudes de onda de espectros luminosos de los elementos químicos han permitido a la Astronomía saber qué elementos componen los planetas y estrellas.

Investiga: ¿qué elementos son los más abundantes en las estrellas?

Estructura electrónica y tabla periódica

Ley periódica de Moseley

En 1913, el físico inglés Henry Moseley (1887-1915) tomó el número atómico como criterio para ordenar a los elementos químicos en la tabla periódica, debido a que el número atómico de un elemento siempre es constante, no así su masa atómica. Con este criterio, los elementos quedaron ordenados horizontalmente y en forma ascendente en función de su número atómico, y se distribuyeron verticalmente por la periodicidad en que se repiten sus propiedades y “valencia”.

Moseley enunció la Ley Periódica Moderna que señala: las propiedades físicas y químicas de los elementos son función periódica de sus números atómicos.

Estructura electrónica y periodicidad

Cuando Moseley propuso la Ley Periódica, lo hizo con base en experimentos realizados con rayos X que mostraban que los espectros luminosos de los elementos presentaban frecuencias inversamente proporcionales a su número atómico, es decir, a mayor número atómico, menor frecuencia. Este descubrimiento logró relacionar el comportamiento y propiedades de los elementos químicos con su configuración electrónica.

Por ejemplo la familia de los alcalinos comparte en su último nivel la configuración electrónica: “s^1” con 1e-.

TIC

Ingresa en esta URL, ubica a cada elemento en la familia que le corresponde

www.mayedu.ec/quim1/p46

Anteriormente se clasificaba a los elementos en dos grupos: A y B; además se las numeraba usando números romanos, como muestra la tabla inferior.

La tabla periódica: el nombre de los elementos y sus símbolos

● La tabla periódica: el nombre de los elementos y sus símbolos

Saberes previos

Nombra elementos químicos con los que las personas nos relacionamos diariamente.

Desequilibrio cognitivo

De los 118 elementos químicos, solo uno lleva el nombre en honor a una mujer. ¿Cuál es ese elemento? ¿Cuáles son las causas del relegamiento histórico de la mujer en la ciencia?

Humor

El trabajo con las radiaciones alfa, beta, gama y rayos X, a finales del siglo XIX, permitieron descubrir y aislar nuevos elementos. Así se hizo necesario emplear símbolos y nombres que facilitaran la organización y sistematización de los elementos en la tabla de periódica.

Los nombres de los elementos tienen varios orígenes, por ejemplo:

Una característica del elemento | Lugar donde se descubrió | En honor a científicos
Hidrógeno: originador de agua | Estroncio: Strontian, ciudad escocesa | Mendelevio: Dimitry Mendeléiev
Oro: color de la aurora | Californio: Estado de California, EE.UU | Curio: Marie Curie
Cloro: verde | Holmio: Estocolmo | Nobelio: Nobel

^Fuente: archivo editorial

En la actualidad, la Unión internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) ha establecido otorgara el nombre de los elementos en latín y notar su símbolo con la primera letra del nombre en mayúscula, seguido de una o dos letras en minúsculas, si es el caso.

Nombre en español | Nombre en latín | Símbolo
Oro | Aurum | Au
Plata | Argentum | Ag
Potasio | Kalium | K
Fósforo | Phosforum | P
Sodio | Natium | Na
Cobre | Cuprum | Cu
Azufre | Sulfurum | S
Antimonio | Stibium | Sb
Hierro | Ferrum | Fe
Plomo | Plumbum | Pb

^Fuente: archivo editorial

En la actualidad se conocen 118 elementos químicos, ubicados en tres bloques de la tabla periódica, de acuerdo a los electrones de valencia, es decir, electrones de la última capa de energía:

- Elementos representativos, con electrones de valencia s^n o s^2p^n
^
- Elementos de transición, con electrones de valencia d^n y s^n o p^n
^
- Elementos de transición interna, llamados también lantánidos y actínidos con electrones de valencia f^n y s^n o p^n.

Estructura electrónica y tabla periódica

Períodos

La clasificación de los elementos químicos en la tabla periódica también deja de manifiesto los niveles de energía que conforman las nubes electrónicas de los átomos de cada elemento. En la tabla periódica, a cada fila que se corresponde a un nivel de energía, se le denomina período.

Ejercicio resuelto y propuesto

Ejercicio resuelto

El  sodio (Na) tiene número atómico Z=11. Búscalo en la tabla periódica y contesta: ¿cuántos niveles de energía rodean al núcleo atómico del sodio?

Respuesta: El sodio Z=11 se encuentra en el 3° período, por lo tanto, existen tres niveles de energía alrededor de su núcleo atómico.

Ejercicio propuesto

En tu cuaderno de asignatura escribe los niveles de energía de los elementos: nitrógeno, níquel, neodimio. Además establece si es un metal o no metal.

Propiedades periódicas de los elementos

El comportamiento de los elementos en la tabla periódica indica que las propiedades tienden a repetirse periódicamente y que aumentan o disminuyen según se avanza sobre un período.

Carácter metálico

En la tabla periódica se pueden establecer dos grandes grupos de elementos:

- Metales (M^+) son elementos que tienden a ceder electrones, forman cationes. El carácter metálico aumenta hacia la izquierda.
- No metales (NoM^+) son elementos que tienden a captar electrones, forman aniones. Hacia la derecha disminuye el carácter metálico y los no metales se vuelven más reactivos.

Existen elementos ubicados entre ambas tendencias a quienes se les denomina de forma incorrecta semi metales, y otros que no entran en esta clasificación debido a su falta de reactividad, llamados gases nobles.

Ejercicio resuelto y propuesto

Ejercicio resuelto

Coloca en orden creciente, según su electronegatividad, los siguientes elementos: plata, silicio, bario.

Ba | < | Ag | < | Si

Ejercicio propuesto

Coloca en orden creciente a su electronegatividad los siguientes elementos: hierro, cloro, cesio.

 | < |  | < |

Propiedades periódicas

Para alcanzar una estabilidad electrónica, los elementos captan o ceden e-, mediante intercambios energéticos, esta reactividad de los elementos está en directa relación con sus propiedades físico-químicas.

Electronegatividad

Esta propiedad es una medida de tendencia que tiene un átomo para atraer los electrones hacia su lado cuando forman parte de un enlace.

Los elementos más electronegativos son los no-metales, tienden a apropiarse de los electrones, por eso presentan estados de oxidación negativos; además son malos conductores del calor y la electricidad debido a que impiden la movilidad de los electrones, por lo cual presentan un brillo lustroso. Los elementos más electronegativos se hallan al extremo superior derecho de la tabla, la electronegatividad va disminuyendo hacia la izquierda y hacia abajo.

Humor

El flúor, con un valor de 4 es por excelencia el elemento más electronegativo, incluso más que el oxígeno.

Afinidad electrónica y energía de ionización

El traslado de electrones requiere una inversión de energía , esto produce dos procesos físico-químicos:

1. Afinidad electrónica si recibe electrones. La energía que necesita un átomo solitario, o en estado fundamental y gaseoso, para capturar un electrón.
2. Energía de ionización si cede electrones. La energía que requiere un átomo en estado gaseoso y fundamental para liberar un electrón. Si la energía requerida, para liberar electrones es mínima, se dice que el elemento tiene gran potencial de ionización.

Los elementos que son más reactivos químicamente son los que requieren de una energía de ionización muy pequeña (o un alto potencial de ionización), y una afinidad electrónica muy grande, es decir, los alcalinos y los halógenos, respectivamente.

Los gases nobles, por tener orbitales saturados y niveles de energía completos, presentan una reactividad química casi nula.

El enlace químico

● El enlace químico

Saberes previos

¿Por qué los elementos que forman un compuesto químico se mantienen juntos? ¿Qué es lo que les permite estar unidos?

Desequilibrio cognitivo

En ocasiones los gases nobles, a pesar de tener completo su último nivel con ocho electrones, forman enlaces químicos. ¿Cómo explicas la formación de estos enlaces?

Estrategia para resolver problemas

Cuando te enfrentes a un problema de química es mejor que te tomes el tiempo para explorar, reflexionar y pensar.

Puedes volver a leer en tu texto el tema central del que trata el problema.

El enlace químico es el resultado de un sistema de fuerzas que mantienen unidos a los átomos cuando forman agrupaciones estables llamadas moléculas, dando origen a nuevas sustancias.

Según la Teoría de enlace del químico alemán Albrecht Kössel (1853-1927) y Gilbert Lewis los átomos ganan, pierden o comparten electrones para alcanzar una estabilidad electrónica. El objetivo es lograr que todos los orbitales del último nivel de energía contengan electrones apareados, al igual que un gas noble.

Todos los gases nobles tienen 8 e^- en su último nivel de energía, excepto el helio, que solo posee 2 e^-. La tendencia  de los átomos a completar 8 e^- en el último nivel energético se denomina regla del octeto.

Estructuras de Lewis o estructura electrón – punto

Gilbert Lewis (EE.UU., 1875-1946) utilizó estructuras para explicar cómo actúan los átomos con sus electrones de valencia (los e^- que se hallan en el último nivel de energía) cuando forman un enlace químico y logran completar 8e^-.

Pasos para realizar las estructuras de Lewis

Cuando se dibujan estructuras de Lewis en un enlace químico se pueden pintar los electrones-punto con diferentes colores, para diferenciar los electrones que corresponden a cada átomo.

Tipos de enlaces químicos

● Tipos de enlaces químicos

Laboratorio casero

Los compuestos con enlace iónico pueden formar cristales, en cambio, los compuestos con enlaces covalentes no-polar no forman cristales. Comprueba esta propiedad observando la forma de los cristales de la sal de mesa.

Según la tendencia de los átomos a ceder, recibir y compartir electrones, se pueden distinguir tres tipos de enlace: iónico, covalente y metálico.

Electronegatividad y tipo de enlace

En un enlace químico, los átomos miden sus electronegatividades para establecer el tipo de enlace que formarán. Si la diferencia de electronegatividad es mayor o igual a 1.7, el enlace es iónico; si la diferencia es mayor 0.4 y menor 1.7, el enlace es covalente polar; y si es menor o igual a 0,4, el enlace es covalente no polar:

Ejercicio resuelto y propuesto

Con la información de la tabla de la página 50 de este texto calcula diferencia de electronegatividad entre los siguientes elementos e indica qué tipo de enlace forman.

Elementos | Diferencia | Enlace
Ca y Si | 0.8 | Covalente polar
Br e I | 0.3 | Covalente no polar
Cr y P |  |
C e H |  |

Consulta el valor de la electronegatividad en la página 50 de este texto.

Ejemplo:

Elementos que forman el enlace | Electronegatividades | Diferencia de electronegatividad | Enlace
Cl y Cl | 3.0 – 3.0 = 0.0 | No hay diferencia | Covalente no polar
Cl e H | 3.0 – 2.1 = 0.9 | 0.9 está entre 0.4 y 1.7 | Covalente polar
Cl y Li | 3.0 – 0.8 = 2.2 | 2.2 mayor a 1.7 | Iónico

Enlace iónico

Cuando se unen dos átomos con una diferencia de electronegatividad muy grande, el átomo más electronegativo capturará los electrones del átomo con baja electronegatividad. Un átomo cede electrones y el otro átomo recibe electrones. Los alcalinos y los halógenos generalmente forman enlaces iónicos.

Lo que sucede con los electrones del último nivel permite que los átomos logren estabilizar este nivel de energía con 8e^-, a cambio de esto, los átomos deben permanecer unidos debido a las fuerzas de atracción electrostáticas que se forman entre ellos.

Sistemas dispersos: soluciones electrolíticas o iónicasSistemas dispersos: soluciones electrolíticas o iónicas

● Sistemas dispersos: soluciones electrolíticas o iónicas

Interdisciplinariedad

Química y Biología

Los electrolitos cumplen con una función importante en los seres vivos, permiten transmitir señales y ayudan en el transporte de sustancias, por eso la pérdida de electrolitos produce desequilibrio. El suero fisiológico es una solución que sirve para restablecer el equilibrio electrolítico de nuestro cuerpo.

Investiga cuál es la concentración de cloruro de sodio en el suero fisiológico.

Propiedades físicas de los compuestos iónicos

Cuando se ganan o se pierden electrones se forman los iones. Cuando un átomo recibe e- , gana cargas negativas y se forma un anión; y cuando un átomo cede e- , se queda con exceso de cargas positivas, se forma un catión. Las cargas positivas, cationes, atraerán fuertemente a las cargas negativas, aniones; al mismo tiempo, las cargas iguales se repelerán entre sí, esto logra que los iones mantengan posiciones fijas, conservando siempre la misma distancia o radio de enlace.

La casi inmovilidad de los iones crea estructuras geométricas definidas, a las cuales se les llama cristales.

Los compuestos iónicos, al ser sólidos cristalinos, son duros y quebradizos, con puntos de fusión superiores a 300^oC y puntos de ebullición superiores a 1000^oC. Son solubles en agua e insolubles en solventes no polares. Al estar disueltos en agua pueden conducir la corriente eléctrica. debido a que sus iones se separan, por ello se los conoce como electrolitos.

Ejercicio resuelto y propuesto

Disocia los siguientes compuestos, recuerda los M^+ producen los iones (+) y los No-M^+ los iones (-):

Cloruro de estroncio SrCl2

SrCl2 → Sr^2+ + 2Cl^1-

Ioduro de cesio CsI

→

Bromuro de litio LiBr

→

Sistemas dispersos: soluciones electrolíticas o iónicas

Los sistemas dispersos son mezclas donde una sustancia se encuentra difundida en otra. De acuerdo al tamaño de la partícula que se mezcla, se clasifican a estos sistemas como se muestra en el diagrama adjunto:

Los compuestos iónicos, al disolverlos en agua, se disocian, es decir, las moléculas se separan en sus iones. El tamaño de estos iones es tan pequeño que con el agua forma soluciones a las que se denominan iónicas o electrolíticas, producidas por la presencia de cargas positivas y negativas.

Enlace covalente

● Enlace covalente

Saberes previos

¿Los conceptos ceder y compartir son lo mismo en la química?

Desequilibrio cognitivo

Si dos átomos del mismo elemento forman un enlace químico, ¿pueden formar una nueva sustancia?

Estrategia para resolver problemas

Para resolver un problema, puedes hablar contigo mismo. Hazte cuántas preguntas sean necesarias.

Gilbert Lewis propuso que un átomo podría adquirir una configuración electrónica de gas noble compartiendo electrones con otros átomos.

El enlace covalente se forma cuando los átomos, debido a su diferencia de afinidad electrónica, no pueden ceder electrones, ellos alcanzan su estabilidad electrónica compartiendo electrones.

Los dos átomos que forman el enlace covalente siempre comparten el mismo número de electrones, así se forman pares de electrones compartidos o enlazantes. Los electrones que no participan en la formación del enlace se llaman pares libres o no enlazantes, estos se pueden observar en la formación y representación de la molécula de cloruro de hidrógeno (HCl).

Dependiendo de las parejas de electrones compartidos que se formen, se pueden diferenciar tres tipos de enlace covalente.

Enlace covalente simple. Cada átomo enlazado aporta con un electrón al par compartido.

Enlace covalente doble. Ambos átomos comparten dos pares de electrones. Por ejemplo, la molécula de oxígeno (O2) con un enlace doble y la molécula de dióxido de carbono (CO2) con dos enlaces dobles.

Enlace covalente triple. Se origina si dos átomos comparten tres pares de electrones, como en las moléculas de nitrógeno (N2) y acetileno (C2H2).

A cada par de electrones compartidos se los puede sustituir con un guion que representa el enlace y los 2e-.

Sistemas dispersos y polaridad de los enlaces

● Sistemas dispersos y polaridad de los enlaces

Buen Vivir

Derechos constitucionales

Art. 12.- El derecho humano al agua es fundamental…

El Estado garantiza el acceso al agua a todos los ciudadanos. Es por este motivo que el agua es propiedad de todos los ecuatorianos.

Investiga ¿cuál es la fuente de agua que sostiene a tu barrio?

Humor

Enlace covalente coordinado o dativo

Se forma si los dos electrones compartidos son aportados por uno de los dos átomos. En vez de un guion se utiliza una flecha dirigida hacia el átomo que no aportó ningún electrón. Por ejemplo, la molécula del ion amonio (NH4)^1+ y el trióxido de azufre (SO3).

Enlace covalente polar y no polar

En enlaces covalentes con átomos diferentes, y debido a la diferencia de electronegatividades, el átomo más electronegativo ejerce mayor fuerza de atracción al par de e- compartidos, generándose una molécula con un polo positivo (+) y otro polo negativo (-). Esta molécula es un dipolo permanente. A este tipo de enlace se lo denomina enlace covalente polar.

En el caso de que los dos átomos ejerzan igual atracción por el par de e^- compartidos o la diferencia de sus electronegatividades sea muy pequeña, inferior a 0.4, se considera que es un enlace no polar y la molécula formada es apolar, porque carece de polos.

Características del enlace covalente

Los compuestos con enlace covalente poseen puntos de fusión y ebullición bajos, son malos conductores del calor y la electricidad, por este motivo se los utiliza como aislantes. Cuando están en estado sólido no cristalizan, tiene apariencia pastosa, pueden ser líquidos con facilidad para evaporarse, y también pueden presentarse en estado gaseoso, como el dióxido de carbono.

Sistemas dispersos y polaridad de los enlaces

A través del enlace covalente los átomos tienden a formar pequeñas y grandes moléculas, por lo tanto, los sistemas dispersos que pueden crearse con estas especies químicas van desde soluciones hasta suspensiones.

Sistema disperso | Compuestos con enlace covalente | Tamaño de partícula | Ejemplo
Soluciones Coloides Suspensiones | Glucosa Proteínas primarias Penicilina | Menor a 100 nm [100nm , 1000nm] Mayor a 1000 nm | Agua y azúcar Agua y gelatina Penicilina con agua

Enlace metálico

● Enlace metálico

Ejercicio resuelto y propuesto

Ejercicio resuelto

Clasifica las siguientes sustancias químicas según el tipo de enlace: cloro (Cl2), bromuro de potasio (KBr) dióxido de azufre (SO2) , amoníaco (NH3) y potasio (K).

Enlace iónico: KBr; enlace covalente: Cl2, SO2, NH3; enlace metálico: K

Ejercicio propuesto

Indica el tipo de enlace químico que se da entre las siguientes parejas de elementos:

a. Ag y Ag
b. Ca y F
c. I y l
d. Cl y O

El enlace metálico se da entre átomos de metales y su estructura es muy diferente a los otros dos enlaces: mientras el enlace iónico y covalente forman moléculas, el enlace metálico forma agregaciones de átomos. Para esto, cada átomo metálico aporta con electrones deslocalizados, es decir, electrones que no están sujetos a un átomo, pero que al mismo tiempo pertenecen a todos los átomos. La falta de sujeción de los electrones de valencia a un átomo fijo crea iones con carga (+), alrededor de los cuales vagan los electrones deslocalizados. El conjunto de estos iones y sus electrones deslocalizados son eléctricamente neutros.

Se puede representar al enlace metálico como atracción electrostática entre conjuntos de iones (+) y sus electrones deslocalizados e (-). Los cationes permanecen fijos en una red cristalina y sumergida en un mar de electrones móviles.

▲ En el enlace metálico, los electrones de valencia se mueven por toda la red cristalina.

Interdisciplinariedad

Química e Historia

Los metales fueron unos de las primeras sustancia que pudo trabajar el ser humano, su descubrimiento permitió el avance de la civilización debido a la invención de utensilios, herramientas, y nuevas tecnologías de construcción.

Comenta con tus compañeros y el maestro de Historia acerca de la Edad del Bronce y del Hierro.

Monedas del Imperio romano y la Edad del Hierro de hace 2 000 años.

Características del enlace metálico

La movilidad de los electrones deslocalizados a través de toda la red es similar a un fluido, lo que hace que los metales sean buenos conductores del calor y la electricidad. Son los únicos sólidos que pueden conducir la electricidad en estado puro, es decir, no necesitan formar una solución como los electrolitos.

Reflejan la luz, lo que se conoce como brillo metálico.

Pueden deformarse sin sufrir fractura, es decir, son dúctiles, se los puede convertir en alambres o hilos, y son maleables, cambian de forma cuando se los golpea, sin trisarse.

▲ El cobre debe ser empleado puro porque las impurezas interfieren en su capacidad de conductividad. | ▲ El hierro es maleable y fuerte. A diferencia de la mayoría de metales, es magnético.

Propiedades físicas de los compuestos covalentes

● Propiedades físicas de los compuestos covalentes

Saberes previos

¿Qué molécula es más compleja: el metano o una proteína? ¿De qué depende esa complejidad?

Desequilibrio cognitivo

¿En qué medida la polaridad del agua permite que la encontremos en estado líquido y no en estado gaseoso?

La forma de las moléculas de un enlace covalente

Las propiedades físicas de las moléculas y compuestos covalentes como el punto de fusión, ebullición, la densidad y estado se determinan por su polaridad.

Si la molécula contiene solo dos átomos, la diferencia de electronegatividad nos mostrará si es polar o no polar.

La situación se complica cuando en ella encontramos enlaces con otros átomos y/o pares de electrones no enlazantes. El que una molécula contenga enlaces polares o no polares no siempre determina que en conjunto la molécula presente polaridad o sea apolar.

Para determinar si una molécula es polar o no polar es necesario analizar, aparte del tipo de enlace, los electrones compartidos y no compartidos y la forma geométrica que estos le dan a la molécula.

Humor

Mientras más átomos y enlaces se involucren en una molécula, su estructura molecular resulta ser más compleja y su estado de agregación dependerá de estos factores y de su masa molecular.

Compuesto | Estado de agregación
Gaseoso | Líquido | Sólido
Dióxido de carbono CO_2 (polar) | X |  |
Agua H_2O (polar) |  | X |
Hidrógeno H_2 (no- polar) | X |  |
Iodo I_2 (no- polar) |  |  | X
Bromo Br_2 (no- polar) |  | X |
Gasolina C_8H_18 (no- polar) |  | X |
Sulfuro ferroso FeS (polar) |  |  | X

TIC

Efecto Tyndall: Los coloides tiene la capacidad de dispersar la luz y producir efectos hermosos en la naturaleza.

En el siguiente enlace investiga sobre la vida del médico John Tyndall.

www.mayedu.ec/quim1/p61

Laboratorio casero

Prepara los siguientes sistemas dispersos en vasos de vidrio transparentes:

1. Solución de agua con sal
2. Coloide de gelatina sin sabor
3. Suspención de agua y tierra arcillosa

No te olvides de agitar hasta que todo se mezcle uniformemente.

Consigue una linterna y en una habitación a oscuras atraviesa un rayo de luz por los tres sistemas. Identifica lo que sucede en cada caso.

Por último, describe con tus palabras cómo se observa el efecto Tyndall en los coloides.

Sistemas dispersos: soluciones, coloides y suspensiones

Cuando analizamos un sistema disperso siempre encontramos que sus componentes no reaccionan, y los compuestos que los conforman no pierden sus características.

Componentes de los sistemas dispersos

Solución | Coloide | Suspensión
Soluto. Lo que se disuelve.

Solvente. En qué se disuelve.
Fase dispersa.
Lo que se difunde.

Fase dispersante.
En qué se difunde.
Fase dispersa.
Lo que se difunde.

Fase dispersante.
En qué se difunde.

Para identificar un tipo de sistema disperso debemos tomar en cuenta la siguiente lista de cotejo:

Características | Solución | Coloide | Suspensión
A simple vista | Presenta una fase | Presenta una fase | Presenta dos fases
Al mirar en el microscopio | Presenta una fase | Presenta dos fases | Presenta dos fases
Cuando un rayo de luz lo atraviesa | El rayo de luz sigue su camino sin cambiar de dirección | El rayo de luz se dispersa. Efecto Tyndall | El rayo de luz no logra pasar
Cuando se lo deja en reposo | Sus componentes siguen mezclados uniformemente | Sus componentes siguen mezclados uniformemente | La fase dispersa se decanta

Para que se forme un sistema disperso entran en juego algunas condiciones:

Tipo de molécula | Tamaño de la molécula o partícula | Solubilidad o capacidad para disolverse
- Iónica
- Polar
- No-polar
- Moléculas pequeñas
- Macromoléculas
- Lo polar disuelve a lo polar.
- Lo no polar disuelve a lo no polar.

Los sistemas dispersos se muestran homogéneos y pueden presentarse en todos los estados de agregación.

El agua forma una enorme cantidad de sistemas dispersos, por esto se la llama solvente universal. La capacidad de una sustancia para disolverse en el agua siempre está en relación a la polaridad de sus moléculas o la facultad de disociarse en iones.

Fuerzas intermoleculares

● Fuerzas intermoleculares

Para que las moléculas se mantengan unidas cuando forman un cuerpo sólido o líquido, se requiere que entre ellas existan fuerzas de atracción. Las fuerzas de atracción entre las moléculas o fuerzas intermoleculares se clasifican en función del origen electrostático que produce la fuerza, es decir, si la atracción se produce por presencia de iones o por presencia de dipolos.

Humor

- ¿Cómo se suicida un electrón?

Tirándose de un puente de hidrógeno.

Fuerzas de atracción intermoleculares

Atracción ion-ion. La fuerza de atracción entre moléculas iónicas es muy fuerte, las cargas positivas atraen enérgicamente a las cargas negativas, es por este motivo que los compuestos iónicos son sólidos.

Atracción ion-dipolo. Fuerza de menor magnitud, pero muy importante a la hora de preparar soluciones electrolíticas.

Fuerzas de Van der Walls
Se clasifican en tres:

- Atracción dipolo-dipolo. Se presenta entre moléculas polares y se producen entre el extremo positivo de una molécula y el extremo negativo de otra. Por ejemplo, en una muestra de H2S, el extremo hidrógeno positivo de una molécula atrae al azufre negativo de otra molécula.

Un tipo especial de atracción dipolo-dipolo son los puentes de hidrógeno, estos se producen cuando el hidrógeno de una molécula polar se encuentra con el oxígeno, cloro o flúor de otra molécula. La atracción se debe a que el hidrógeno es atraído por los otros tres elementos que son altamente electronegativos. Los puentes de hidrógeno son sumamente importantes en la formación de macromoléculas como las proteínas y el ADN.

▲ Disolución de sal común en agua.

▲ Interacciones dipolo-dipolo
El extremo positivo de un dipolo atrae el extremo negativo de otro dipolo.

- Atracción dipolo- dipolo inducido. Se produce cuando una molécula polar induce un dipolo instantáneo en una molécula apolar próxima originando una atracción electrostática entre ambas moléculas. Un ejemplo es la disolución de algunas sustancia apolares como el cloro (Cl2) y el yodo (I2) en disolventes polares, como el agua.
- Atracción con fuerzas de dispersión o de London. Se produce en las moléculas apolares debido a la formación de dipolos instantáneos que se generan por fluctuaciones en la ubicación de los electrones dentro de las moléculas. Estas fuerzas son muy débiles pero permiten licuar los gases y dan lugar al estado líquido y sólido de moléculas apolares como el Br2 y el I2, respectivamente.
Mientras más débiles sean las fuerzas de atracción intermoleculares los cuerpos tenderán a ser gases, líquidos que se evaporan con facilidad o sólidos poco compactos.

Ciencia, tecnología y sociedad

Ciencia, tecnología y sociedad

Cocina molecular

La Física y la Química puestas al servicio de la transformación de ingredientes, así como los componentes sociales, artísticos y técnicos de los fenómenos culinarios y gastronómicos.

¿Cómo se investiga en Química?

¿Cómo se investiga en Química?

¿Cómo se analizan datos estadísticos?
El efecto invernadero: ¿realidad o ficción?

Los seres vivos necesitan energía solar para sobrevivir. La energía que mantiene la vida sobre la Tierra procede del Sol que, debido a los procesos nucleares, irradia energía al espacio. Parte de esta energía llega hasta la Tierra en diferentes formas de radiación.

La atmósfera de la Tierra actúa como una capa protectora que envuelve a nuestro planeta, evitando variaciones extremas de temperatura que se darían entre los días y las noches.

La mayor parte de la energía radiada por el Sol es filtrada por la atmósfera terrestre. La atmósfera absorbe cierta cantidad de energía solar y la transforma en calor y otra parte es reflejada y devuelta al espacio. La luz visible también es parte de esta energía que atraviesa la atmósfera.

Como resultado de todo ello, la temperatura media por encima de la superficie de la Tierra es la adecuada para que en nuestro planeta exista vida. La Tierra funciona como un invernadero, que conserva el calor que requieren los diferentes ecosistemas del planeta, de ahí el término 'efecto invernadero'.

Se dice que la temperatura media de la Tierra se ha acentuado en las últimas décadas, de ahí que el efecto invernadero se ha vuelto una preocupación mundial. En los periódicos y las revistas se afirma con frecuencia que la principal causa del aumento de la temperatura en el siglo XX es la emisión de dióxido de carbono.

Un estudiante llamado Andrés se interesa por la posible relación entre la temperatura media de la atmósfera de la Tierra y la emisión de dióxido de carbono de las diversas actividades humanas. En una biblioteca se encuentran los siguientes gráficos, y a partir de estos, Andrés concluye que existe una relación entre el aumento de la temperatura media de la Tierra y la emisión de dióxido de carbono.

Pregunta: ¿qué observa Andrés en los gráficos para llegar a esta conclusión?

Análisis de la pregunta

Para responder adecuadamente, debes interpretar los datos presentados en los gráficos es decir encontrar posibles relaciones entre las variables.
Los gráficos muestran tres variables: Dióxido de carbono, temperatura y tiempo.

Gráfico1:

Emisión de CO_2 en función del tiempo

Definición de variables
Variable independiente: tiempo (eje x)
Variable dependiente: CO_2 (eje y)
Relación: Emisiones de CO_2 aumentan con el tiempo.

Gráfico 2:

Temperatura media en función del tiempo

Definición de variables
Variable independiente: tiempo (eje x)
Variable dependiente: temperatura media (eje y)
Relación: Temperatura media aumenta con el tiempo.

Conclusión: Comparando los datos de dos gráficos en el mismo intervalo de tiempo, existe una correlación positiva entre la temperatura media de la Tierra y la cantidad de las emisiones de carbono dióxido, por lo tanto, existen evidencias de que el efecto invernadero sea causado por el CO_2.

Tarea: Ahora que has aprendido a analizar datos, te proponemos que lo hagas con otros gráficos estadísticos y busques correlaciones.

Laboratorio 2

Laboratorio 2

Tema: Solubilidad

Datos informativos
Institución educativa:
Nombre del estudiante: ​
1er. EGB paralelo: ​                                                           Fecha: ​

Tema

Propiedades de las sustancias con diferentes tipos de enlace

Objetivo

- Determinar el tipo de enlace que presentan algunas sustancias, de acuerdo con sus propiedades: dureza, punto de fusión, solubilidad y conductividad.

Procedimiento

1. Dureza. Presiona con una espátula las distintas sustancias y registra lo que observas (blando, duro, muy duro o variable).
2. Punto de fusión. En cinco tubos de ensayo, limpios y secos, coloca con una espátula un poco de cada una de las sustancias por analizar. Acércalas a la llama del mechero durante 30 segundos y registra tus observaciones (muy alto, alto, bajo y variable).
3. Solubilidad en agua. Coloca con una espátula, en cinco tubos de ensayo, limpios y secos, un poco de cada una de las sustancias por analizar. Añade agua hasta la mitad, agita y registra tus observaciones (soluble o insoluble).
4. Solubilidad en benceno o xileno. Realiza el mismo proceso que en el ítem anterior, pero añade benceno o xileno en lugar de agua. Registra tus observaciones.
5. Conductividad en estado sólido. Registra si cada una de las sustancias por analizar conducen o no la corriente eléctrica. Para este efecto, construye un circuito como el de la figura y toca con los electrodos dos puntos distintos del sólido con el que estés trabajando.
6. Conductividad en disolución. Realiza el mismo procedimiento del ítem 5, pero utilizando disoluciones de las muestras sólidas en agua. Pon una pequeña cantidad de cada una de las sustancias en una cápsula de porcelana o vaso de precipitados, introduce en este recipiente los electrodos, teniendo la precaución de que no entren en contacto contigo.

Reactivos

- Cloruro de sodio (NaCl)
- Sulfato cúprico (CuSO_4)
- Arena (SiO_2)
- Sacarosa (C_12H_22O_11)
- Naftaleno (C_10H_8)
- Agua (H_2O) solvente
- Benceno o xileno solvente

Materiales

- Gradilla
- Tubos de ensayo
- Cápsulas de porcelana
- Mechero
- Frasco lavador

Seguridad y recomendaciones

1. Utiliza mascarilla cuando trabajes con el benceno o xileno.
2. Todos los reactivos químicos requieren un manejo adecuado, evita poner las soluciones en contacto con la piel.
3. Toma las debidas precauciones cuando trabajes con circuitos eléctricos, es mejor si usas guantes de látex.

Gráfico

Observaciones:

Escribe la diferencia que existió en la conductividad de la electricidad.

Resultado de las observaciones

Propiedad | NaCl | CuSO_4 | SiO_2 | C_12H_22O_11 | C_10H_8
Dureza |  |  |  |  |
Punto de fusión |  |  |  |  |
Solubilidad en agua |  |  |  |  |
Solubilidad en xileno o benceno |  |  |  |  |
Conductividad en estado sólido |  |  |  |  |
Conductividad en disolución |  |  |  |  |

Conclusiones

Proyecto de emprendimiento

Proyecto de emprendimiento ^

Tema: Limonada con electrolitos

Justificación

Luego de las clases de Educación Física, los estudiantes terminan agotados y en parte deshidratados. Tomar agua no es suficiente pues el organismo requiere de sales minerales que se han perdido por el sudor que causa el ejercicio físico sostenido o el sol del día.

Es recomendable que sus cuerpos sean hidratados de inmediato con el fin de restablecer al organismo los electrolitos que ha perdido.

Las bebidas gaseosas contienen varios compuestos como conservantes, colorantes y preservantes artificiales que terminan siendo perjudiciales para la salud humana, por lo tanto no son recomendables para reponer el agua y las sales perdidas.

Objetivos

1. Elaborar una bebida hidratante y deliciosa.
2. Comercializar la bebida a los estudiantes cuando se deshidraten por actividad física o insolación.
3. Apoyar una cultura de buena alimentación.

Actividades y recursos

Materiales

- Materias primas: limones, azúcar, sal, bicarbonato, botellas
- Utensilios de cocina
- Esterilizadores
- Mandiles , gorros y guantes para manipulación de alimentos

Producción

- Adquirir limones de calidad y bajo costo.
- Purificar el agua.
- Comprar sal, azúcar y bicarbonato de sodio. Colocar 1/2 cucharada por litro de agua
- Reciclar envases.
- Esterilizar envases.
- Elaborar una limonada que contenga un porcentaje adecuado de sal, azúcar y bicarbonato, embotellar.
- Calcular el tiempo de caducidad.

Comercialización

- Definir lugar y fecha de exhibiciones, demostración o degustación.
- Promocionar el producto, pueden usar las redes sociales.
- Definir y adecuar un lugar para la producción.
- Conocer el horario de actividad física, y del campeonato de deportes.
- Buscar otras personas interesadas en el producto.

Conclusiones:

- ¿Qué aprendiste del trabajo en equipo?
- ¿Cómo pueden mejorar su estrategia de ventas?
- ¿Qué más se podría hacer para garantizar la calidad de su producto?

Evaluación del proyecto | Sí | No | En parte
Se cumplieron los objetivos. |  |  |
Se utilizaron normas adecuadas de higiene en la elaboración del producto. |  |  |
Se fabricó una bebida agradable. |  |  |

Autoevaluación | Sí | No | En parte
Fuiste responsable con la actividad que se te encargó en el proyecto. |  |  |
Tuviste una comunicación adecuada, cálida y oportuna con las personas. |  |  |
Te esforzaste porque todas las actividades del proyecto se cumplieran a tiempo y con los mejores resultados. |  |  |

Tecnologías de la Información y la Comunicación

Tecnologías de la Información y la Comunicación

Conversores de medidas

Conversores online de diferentes tipos de unidades

1. Ingresa a: www.fisicanet.com.ar/fisica/unidades/tb01_conversor.php
2. Da clic en la magnitud cuyas unidades de medida quieres convertir.

1. Elige la unidad de origen y la de destino.
2. Escribe la cantidad que deseas transformar y da clic en "convertir".

Tarea:
Ingresa a la dirección indicada del conversor online y convierte las siguientes unidades.

Unidad de origen | Convertir a
20 lb | g
1800 mL | L
2000 cal | J