3°Año 4° Div Química-Unidad N°1- Estructura de la Materia y Clasificación Periódica

3° Año - 4° División 26/04/2021 Por Diaz Diana
En las profundidades microscópicas de la materia, los átomos revelan sus secretos.
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QUÍMICA 

ESTRUCTURA DE LA MATERIA Y CLASIFICACIÓN PERIÓDICA 

1.1 Estructura de la Materia 

Las ideas actuales sobre la estructura de la materia, pueden ser sintetizadas en siete enunciados fundamentales. Ellos son: 

Un gran número de sustancias está constituido por partículas extraordinariamente pequeñas que llamamos moléculas. 

En otros términos, muchas sustancias, (el agua, el alcohol común, el azúcar, el oxígeno que necesitamos para respirar) están constituidas por moléculas. Es decir, por partículas pequeñísimas que presentan -cada una de ellas- las propiedades características de la sustancia. Pero, esto no es válido para todas las sustancias como verás en el enunciado VII. 

Las moléculas de una misma sustancia son iguales (o muy similares entre sí) y tienen iguales propiedades. Las moléculas de distintas sustancias son distintas entre sí. 

Sabemos que el agua tiene propiedades distintas a las del azúcar. Ello se debe a que las moléculas de agua son distintas y tienen estructura distinta, por estar constituidas de distinto arreglo de átomos. Por otra parte, las moléculas de agua son iguales o prácticamente iguales (*) entre sí.  Todas las propiedades del agua pura obtenida en distintos laboratorios son iguales y ello se debe a que está constituida por moléculas iguales o muy similares. 

(*) La diferencia que puede existir entre distintas moléculas de una misma sustancia se debe a la existencia de isótopos. Concepto que se explicará más adelante. 

Toda molécula está constituida por un número entero –que puede ser 1 ó más- de partículas pequeñas llamadas átomos. 

Así, la molécula de agua (H2O) por ejemplo, está formada por dos átomos de hidrógeno (H) y un átomo de oxígeno (O). La molécula de oxígeno (O2), el gas que hace posible nuestra respiración y nuestra vida, está formada por 2 átomos de oxígeno (O). Ese número también puede ser 1. Por ejemplo, en la molécula del helio (He), gas que se utiliza para inflar globos, está formada sólo por 1 átomo de helio (He).  

Los átomos están constituidos por tres tipos de partículas fundamentales: protones, neutrones y electrones. Protones y neutrones constituyen el núcleo central del átomo. Los electrones forman una nube alrededor del núcleo. 

 Las masas de los átomos y de las partículas que los constituyen se suelen expresar en unidades de masa atómica (uma). La masa de 1 uma es extremadamente pequeña e igual a 1,66 10-24 gramos. La masa de un protón es igual aproximadamente a 1 uma. La de un neutrón también es aproximadamente igual a 1 uma. Pero la masa de un electrón es apenas unas 1840 veces menor. Por lo tanto, se la considera despreciable frente a las masas de las otras dos partículas. 

Ejercicio: De acuerdo con estos datos, calcula la masa aproximada, expresada en uma y en gramos de un átomo de sodio, que está constituido por 11 protones, 12 neutrones y 11 electrones. 

Dicha masa es de ….........uma, o bien de .......................... gramos. 

Rta) 23 uma / 3,82 .10-23 gramos. 

 

En efecto, como la masa de un protón o de un neutrón de 1 uma y son 23 (=11+12) entre protones y neutrones, la masa del átomo es de 23 uma. No tomaremos en cuenta la masa de los electrones por ser numéricamente despreciable, según se ha visto. 

La masa de ese átomo, expresada en gramos, es de 23 uma x 1,66. 10 -24 gramos/uma= 38,2. 10-24 gramos= 3,82. 10 -23  gramos. 

En otros términos: 1 uma ___________ 1,66. 10 -24 gramos 

    23 uma ___________ x= 3,82. 10 -23 gramos. 

De acuerdo con estos conceptos, en el núcleo se encuentra prácticamente toda la masa del átomo. En efecto, la masa del núcleo del átomo de sodio que hemos mencionado (11protones y 23 neutrones) es de aproximadamente 23 uma. 

Protones y electrones poseen cargas de igual valor (intensidad), pero de distinto signo, (positivo y negativo, respectivamente). Los neutrones no tienen carga. 

El átomo es eléctricamente neutro. Entonces, el número de cargas de los protones debe ser igual al número de cargas de los electrones. En otros términos, en todo átomo el número de protones es igual al número de electrones. 

 

Los átomos de un mismo elemento tienen igual número de protones (igual número atómico) y poseen propiedades iguales o muy semejantes. Los átomos de distintos elementos tienen distinto número atómico, (o sea distinto número de protones) y difieren en sus propiedades. 

Cada elemento químico se caracteriza por un número entero llamado número atómico y que es, justamente, el número de protones que tienen todos sus átomos. En el átomo neutro, el número de protones es igual al número de electrones. Por lo tanto, el número atómico de un elemento, es también el número de electrones que poseen sus átomos. Finalmente, el número atómico de un elemento es, además, el número de orden del mismo en la clasificación periódica. 

Ejercicio: Aplicando los conceptos hasta aquí expuestos y empleando la tabla periódica puedes contestar estas preguntas para cualquier elemento: 

¿Cuál es el número atómico del boro (B)? 

¿Cuántos protones tiene un átomo de boro? 

¿Cuántos electrones tiene un átomo de sodio (Na)? 

¿Cuántas cargas positivas tiene el núcleo del átomo de neón (Ne)? 

  

Como verás, la ubicación de los datos puede variar en las tablas periódicas, lo que no va a cambiar son los siguientes datos: 

El número atómico (Z) siempre será más pequeño que el número másico (A). 

El número atómico es un número entero positivo siempre. 

El número másico puede llevar coma como ves en el ejemplo del boro, (se debe al promedio de masa de los isótopos de ese elemento), deberá redondearlo para calcular partículas subatómicas del núcleo. 

Existen sustancias que no están constituidas por moléculas sino por partículas cargadas eléctricamente, que denominamos iones. Un ión está constituido por un átomo o varios átomos (iguales o distintos) unidos entre sí. Poseen cargas eléctricas, positivas o negativas, según el caso. 

Muchas sustancias que no están constituidas por moléculas sino por iones. Un ejemplo característico es un cristal de la llamada “sal de cocina”, o sea de cloruro de sodio. 

 

 

 

 

1.2 El Núcleo Atómico. Isótopos 

Se llama número másico o masa atómica de un elemento, a la suma del número de protones y neutrones que contiene. 

Por lo general, en la notación moderna de las tablas periódicas, el número másico se escribe arriba a la izquierda del símbolo del elemento correspondiente. El número atómico a la izquierda y hacia abajo. Por ejemplo,  

 

Se llama isótopos a los átomos de elementos que tienen el mismo número atómico y distinto número másico. 

 

El hidrógeno es la única especie química que sus isótopos tienen distinto nombre.  Los isótopos de los demás elementos se identifican con el nombre del elemento y la masa atómica del isótopo. 

 

 

Los isótopos son las variedades que hay de un mismo elemento, en el ejemplo se ve que hay cuatro isótopos de cinc, cobre y níquel. Cada elemento puede tener desde dos a varios como se muestra en la figura anterior. Por ejemplo, el níquel tiene cuatro isótopos: níquel-61; níquel-62; níquel-63; níquel-64. Como podrás observar, el número inferior, es el número atómico y no cambia, es el mismo en todos los isótopos. 

1.3 La nube extranuclear: distribución de electrones y clasificación periódica. 

De acuerdo con las ideas actuales sobre la estructura atómica, no es posible establecer cuál es en un instante dado, la posición y la velocidad de un electrón en un átomo (Principio de Heisenberg). Es como si vieras pasar un auto al cruzar la calle, pero al pasar tan rápido sólo puedes ver su color, no su diseño, marca o su chapa patente. Sólo si ese vehículo se congelara su movimiento al pasar frente al observador, podría individualizar los detalles. 

Sólo podemos referirnos a la probabilidad de hallar a un electrón, en un lugar determinado, alrededor del núcleo atómico. Por eso hablamos de una nube electrónica y la representamos como ilustra la figura, para el átomo más sencillo de hidrógeno: 

 

La probabilidad es como la certeza de que ocurra algo. Si esperas el micro en la esquina de la escuela, la probabilidad máxima está dada por el horario en que sabes estará allí el micro y mínima que lo haga luego del horario conocido. Lo mismo ocurre con el electrón, sabemos que recorre ese lugar, pero no conocemos el tiempo exacto en que lo hace. 

En las zonas más densamente sombreadas, el electrón se encuentra con mayor frecuencia o, más exactamente, es mayor la probabilidad de hallarlo. La figura está representada en el plano de la hoja pero, debes imaginar esa nube electrónica como una zona esférica alrededor del núcleo atómico. Ella será tanto más densa en las regiones que están más intensamente sombreadas en el esquema. 

Así es que, a medida que avanzamos a través de la tabla periódica, aumenta el número atómico de elementos y, por lo tanto, el número de electrones que tienen sus átomos. Los átomos de dos elementos sucesivos, difieren en 1 electrón. Esto, es evidente, ya que difieren en una unidad para su número atómico. Y el número atómico, es el número de orden en la clasificación periódica y también el número de electrones de un elemento dado. 

 

Es importante también decir que, a partir del átomo del Litio, los electrones están dispuestos en dos o más capas que, corresponden a zonas con elevada probabilidad de hallar el electrón. 

El número de capas de electrones o niveles (ya no decimos órbitas), aumenta a medida que aumenta el número atómico de los elementos. Estas capas pueden nombrarse con letras mayúsculas imprenta: K; L; M; N; O; P; Q; R. 

 O sea, son 8 capas de electrones hoy en día; para los átomos conocidos. Además, en cada capa hay una cantidad máxima de electrones, (las razones de por qué esto es así, se debe a la teoría cuántica y excede al nivel de explicación), simplemente podemos pensar en un edificio de varios pisos, y en el que cada piso, hay departamentos, chicos y grandes donde se acomodarán los electrones.  

 

 

 

 

El número máximo de distribución de electrones en cada capa puede obtenerse por la expresión 2n2. En ella “n” es el número de orden de la capa (período en la tabla periódica) y se lo llama número cuántico principal. 

1.4 Observaciones sobre la clasificación periódica 

En la tabla periódica se resume los datos de la clasificación periódica, por lo que, si queremos conocer todo acerca de los átomos de cada elemento, es necesario interpretar sus propiedades a partir de la distribución de sus electrones. Para ello es importante recordar que: 

Las 8 columnas verticales, llamadas grupos, se dividen en dos subgrupos, A y B, siendo A el grupo principal o representativo, mientras que el grupo B, son los no representativos.  

Para los elementos de los subgrupos A exceptuando al hidrógeno y al helio, el número en romano coincide con el número de electrones de su capa más externa. 

 

Esta observación es más que importante. La forma en que se combinan los elementos y sus propiedades químicas están íntimamente vinculadas con el número de electrones que tienen los sus átomos en la última capa. 

Los elementos conocidos hasta ahora, están ubicados en 8 filas horizontales. Los lantanoides y actinoides (tierras raras), deberían ubicarse luego del lantano Z=57 y el actinio Z=89. Se los agrega por separado abajo por una razón de espacio y comodidad. 

El número de período al cual pertenece un elemento coincide con el número de capas de electrones que tienen sus átomos. 

A cada grupo y período corresponde un elemento, excepto en el subgrupo 8B, donde existen 3 elementos por cada período. Por ejemplo, los elementos del subgrupo 8B, son hierro, cobalto y níquel. 

Para los elementos de los subgrupos B, (llamados elementos de transición), el número de electrones de la última capa es 2 en la mayoría de los casos. 

Ello se debe a que, en general, en estos elementos los electrones se van incorporando en la penúltima capa. 

7) En los lantanoides y actinoides (llamados elementos de transición interna) los electrones se van incorporando en la antepenúltima capa (cuarta capa). 

AUTOEVALUACIÓN 

Muchas sustancias están constituidas por pequeñas partículas llamadas …................Cada una de ellas está formada por uno o más ….............. 

Las partículas fundamentales que constituyen a las mencionadas en 1. son: ...................; ..................... y ..................... 

Los átomos de un mismo elemento contienen igual número de …................... y de ................... Ese número, que es un número entero propio y característico del elemento, se llama su …..................   ........................ 

En el núcleo del átomo, se encuentran dos tipos de partículas fundamentales …............... y ......................... Rodeando al núcleo atómico existe una nube difusa constituida por …................. 

El símbolo del calcio es …..... Su número atómico es ….... Sus átomos poseen ....... protones y ...........electrones. 

El número de masa o número másico de un elemento es la suma del número de …............. y de ................... que tiene en su núcleo. 

Señala cuáles son isótopos entre sí: 

 

Dos isótopos tienen igual número …........................ y distinto número …................... 

Si un elemento tiene 13 protones y su número másico es 27 responde: 

¿qué elemento es? 

Escribe su símbolo. 

¿cuántos neutrones hay en su núcleo? 

El potasio es un elemento que está en el grupo ...... y en el período........... de la clasificación periódica. 

Completa el siguiente cuadro con tu tabla periódica: 

Elemento 

N° atómico 

N° másico 

N° protones 

N° neutrones 

N° electrones 

 

        17 

         37 

 

 

 

 

 

         80 

 

 

           35 

 

 

 

        20 

         20 

 

       Cl  

 

 

 

         18 

 

 

 

         84 

        36 

 

 

 

Indica el número máximo de electrones que puede tener las capas que están a continuación. 

Capa  

N° máximo de electrones 

  K 

 

  L 

 

  M 

 

  N 

 

  O 

 

  P 

 

 

Indica los símbolos y nombres de los elementos cuyas estructuras electrónicas por capas son:  

Estructuras   

Símbolo  

Nombre  

A) 2.3 

 

 

B) 2.8.8 

 

 

C) 2.8.8.1 

 

 

D) 2.8.18.7 

 

 

Un átomo cuyo número de masa es 31, pertenece al grupo 5A y tercer período de la clasificación periódica tiene …........ protones, ......... neutrones y …...... electrones. 

PUNTAJE: 14 puntos=100% 

Estructura Atómica y Clasificación Periódica

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