Taller (4) SCIE 111 (2021)

SCIE 111 –Taller Cuatro Elementos, enlaces y reacciones químicas. Prof. Carmelo II Allende Martínez

SCIE 111 –Taller Cuatro Objetivos Al finalizar el taller, el/la estudiante: 1. Describirá el arreglo de los elementos en la tabla periódica. 2. Distinguirá entre enlaces iónicos, covalentes y metálicos. 3. Describirá los principales tipos de reacciones químicas. 4. Utilizará herramientas de Tecnológicas Información y Comunicación en la descripción de los elementos de la naturaleza. 2

Dimitrii Mendeleev • En 1869, el químico ruso Dimitri Mendeleev propuso por primera vez que los elementos químicos exhibían una \"propiedad periódica\". • Mendeleev había tratado de organizar los elementos químicos de acuerdo a su peso atómico, asumiendo que las propiedades de los elementos cambiarían gradualmente a medida que aumentaba su peso atómico. • Lo que descubrió, sin embargo, fue que las propiedades químicas y físicas de los elementos aumentaban gradualmente y que repentinamente cambiaban en ciertos momentos o períodos. • Para explicar estas repetitivas tendencias, Mendeleev agrupó los elementos en una tabla con hileras y columnas. 3

Dimitrii Mendeleev • La tabla moderna de los elementos se basa en las observaciones de Mendeleyev. • Sin embargo, en vez de estar organizada por el peso atómico, la tabla moderna está organizada por el número atómico (z). • A medida que se va de izquierda a derecha en una hilera de la tabla periódica, las propiedades de los elementos cambian gradualmente. 4

5 TablaPeriódicade losElementos

Tabla periódica • Las hileras en la tabla periódica se denominan períodos. • A medida que se va de izquierda a derecha en cierto período, las propiedades químicas de los elementos cambian pausadamente. • Las columnas en la tabla periódica se denominan grupos. • Los elementos en cierto grupo de la tabla periódica comparten muchas propiedades químicas y físicas similares. 6

Tabla periódica La Configuración de los Electrones y la Tabla Periódica • La naturaleza 'periódica' de los elementos se debe a su configuración de los electrones. • La manera en la cual los átomos de los electrones se organizan alrededor de su núcleo, afecta las propiedades del átomo. • La teoría del átomo de Bohr postula que los electrones no están localizados arbitrariamente alrededor del núcleo del átomo, sino que ellos se organizan en envolturas de electrones específicas. • Cada envoltura tiene una capacidad limitada de electrones. • A medida que las envolturas más internas se llenan, electrones adicionales residen en envolturas más distantes. • La capacidad de la primera envoltura del electrón es de dos electrones y la de la segunda envoltura es de ocho. 7

Tabla periódica La Configuración de los Electrones y la Tabla Periódica • El oxígeno, con ocho protones y ocho electrones, contiene dos electrones en su primera envoltura y seis en su segunda envoltura. • El flúor, con nueve electrones, contiene dos en su primera envoltura y siete en la segunda. • El neón, con diez electrones, contiene dos en la primera envoltura y ocho en la segunda. • Ya que el número de electrones en la segunda envoltura aumenta, podemos deducir por qué las propiedades químicas cambian gradualmente a medida que se va del oxígeno hacia el flúor y hacia el neón. 8

Tabla periódica La Configuración de los Electrones y la Tabla Periódica • El sodio tiene tres envolturas de electrones y el litio dos, lo que tienen en común es que ambos tienen un electrón en su envoltura más externa. • Estas envolturas externas de electrones (denominadas valencia de electrones) son importantes al determinar las propiedades químicas de los elementos. 9

Tabla periódica La Configuración de los Electrones y la Tabla Periódica • Las propiedades químicas de los elementos están determinadas por la manera en la cual sus átomos interactúan con otros átomos. • Sólo la envoltura de valencia que puede interactuar con otros átomos. • La valencia de la envoltura de los electrones de un átomo determina su interacción con los átomos cercanos y, por consiguiente de sus propiedades químicas. Vídeo: Configuración electrónica y posición de un elemento en la tabla periódica 10

Radioactividad • La radioactividad o radiactividad es un fenómeno físico natural o artificial, por el cual algunas sustancias o elementos químicos llamadas radiactivos, son capaces de emitir radiaciones, las cuales tienen la propiedad de impresionar placas fotográficas, ionizar gases, producir fluorescencia, atravesar cuerpos opacos a la luz ordinaria, etc. • Las radiaciones emitidas por las sustancias radiactivas son principalmente partículas alfa, partículas beta y/o rayos gamma. • Es aprovechada para la obtención de energía y usada también en medicina (radioterapia y radiodiagnóstico). • La radiactividad puede ser: • Radiactividad natural: Es la que manifiestan los isótopos que se encuentran en la naturaleza. • Radiactividad artificial o inducida: Es la que ha sido provocada por transformaciones nucleares artificiales. 11

12 EnlacesQuímicos

Enlaces Químicos • Un enlace químico es la unión entre dos átomos para formar una entidad de orden superior, como una moléculas o una estructura cristalina. 13

Enlaces Químicos Iones • Los átomos están constituidos por el núcleo y la corteza y que el número de cargas positivas del primero es igual al número de electrones de la corteza; de ahí su electronegatividad. • Si la corteza electrónica de un átomo neutro pierde o gana electrones se forman los llamados iones. • Los iones son átomos o grupos atómicos que tienen un número de electrones excesivo o deficiente para compensar la carga positiva del núcleo. • Aniones - iones con carga negativa • Cationes – iones con carga positiva 14

Enlaces Químicos Enlace Iónico • Enlace químico de dos o más átomos cuando éstos tienen grados de electronegatividad muy diferentes. • En una unión de dos átomos por enlace iónico, un electrón abandona el átomo menos electronegativo y pasa a formar parte de la nube electrónica del más electronegativo. • El cloruro de sodio (la sal común y corriente) es un ejemplo de enlace iónico: en él se combinan sodio y cloro, perdiendo el primero un electrón que es capturado por el segundo: NaCl -> Na+Cl- • En el enlace iónico se produce una transferencia de electrones. 15

Enlaces Químicos Enlace Covalente • Los enlace covalentes están formados por átomos NO METALICOS. Recuerda enlace (átomos que comparten electrones y por lo tanto están enlazados. • Los enlaces covalentes se forman entre dos No Metales y compartiendo electrones de valencia\". 16

Enlaces Químicos Enlace Metálicos • un tipo de unión química que se produce únicamente entre los átomos de un mismo elemento metálico. • Este tipo de enlace logra estructuras moleculares sumamente compactas, sólidas y resistentes, dado que los núcleos de sus átomos se juntan a tal extremo, que comparten sus electrones de valencia. 17

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Elementos electropositivos y electronegativos • Se llaman elementos electropositivos aquellos que tienen tendencia a perder electrones transformándose en cationes; a ese grupo pertenecen los metales. • Elementos electronegativos son los que toman con facilidad electrones transformándose en aniones; a este grupo pertenecen los metaloides. • Los elementos más electropositivos están situados en la parte izquierda del sistema periódico; son los llamados elementos alcalinos. A medida que se avanza en cada período hacia la derecha va disminuyendo el carácter electropositivo, llegándose, finalmente, a los alógenos de fuerte carácter electronegativo. 19

Reacción química LOS CAMBIOS EN LA MATERIA • La materia puede sufrir cambios mediante diversos procesos. • Los cambios se pueden agrupar en dos tipos: • Cambios físicos • No se producen modificaciones en la naturaleza de las sustancia o sustancias que intervienen. Ejemplos de este tipo de cambios son: • Cambios de estado. • Mezclas. • Disoluciones. • Separación de sustancias en mezclas o disoluciones. • Cambios químicos • 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.) 20

Cambio químico o físico- Avalúo 21 1. La fusión de un cubito de hielo en un vaso de agua. Físico 2. Respirar. Químico 3. La corrosión del hierro. Químico 4. Mezclar mantequilla y azúcar. Físico 5. La combustión de la gasolina en un motor de automóvil. Químico 6. La maduración de una fruta. Químico 7. La fusión de la cera de una vela. Físico

Reacción química • Una reacción química es un proceso por el cual una o más sustancias (elemento o compuesto), llamadas reactivos, se transforman o cambia en otra u otras sustancias (elemento o compuesto) con propiedades diferentes, llamadas productos. • En una reacción química, los enlaces entre los átomos que forman los reactivos se rompen. • Los átomos se reorganizan de otro modo, formando nuevos enlaces y dando lugar a una o más sustancias diferentes a las iniciales. • Según la modificación que sufran los reactivos vamos a poder clasificar las reacciones químicas en diferentes tipos de reacciones. 22

Reacción química CARACTERÍSTICAS DE LAS REACCIONES QUÍMICAS • La o las sustancias nuevas que se forman suelen presentar un aspecto totalmente diferente del que tenían las sustancias de partida. • 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. • 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. 23

Reacción química IMPORTANCIA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS • Estamos rodeados por reacciones químicas; • en laboratorios • fábricas • automóviles • centrales térmicas • cocinas • atmósfera • interior de la Tierra • nuestro cuerpo - ocurren miles de reacciones químicas en cada instante, que determinan lo que hacemos y pensamos. 24

Reacción química 5 maneras de saber si ha ocurrido un cambio químico 1. Color • Muchos compuestos absorben frecuencias de luz particulares. Si ocurre un cambio químico, entonces se trata de una de una adición o remoción de átomos, o bien, una nueva disposición de los átomos en la estructura del compuesto. 2. Temperatura • Los cambios químicos involucran la rotura y la formación de enlaces químicos. Cuando ocurre una reacción química, puede haber un incremento o una disminución neta de la cantidad total de energía almacenada en todos los enlaces químicos. • Endotérmico – > energía < temperatura • Exotérmico - < energía > temperatura 25

Reacción química 5 maneras de saber si ha ocurrido un cambio químico 3. Olor • Es posible que los productos tengan un olor único que permita distinguirlos de los reactivos, de tal manera que si hay un cambio en el olor ha ocurrido un cambio químico. 4. Evolución del gas • Una reacción química puede generar productos que existen en estado gaseoso a temperatura y presión ambiente. Cualquier gas que burbujea o \"evoluciona\" a partir de uno o más reactivos indica un cambio químico. 5. Espectroscopía • Algunos cambios químicos no pueden detectarse mediante tus sentidos y, por este motivo, se emplean técnicas espectroscópicas. Estas técnicas se basan en la interacción entre la luz y la materia. 26

Reacción química REACCIÓN DE ADICIÓN • En las reacciones de adición o llamadas reacciones de síntesis. • 2 o más elementos se unen para formar 1 solo elemento. • Estas reacciones se dan principalmente en química orgánica. • La característica principal de estas reacciones es que durante el proceso, el doble o triple enlace se rompe formando nuevos enlaces: • Ejemplo: C2H4 + Br2 → C2H4Br2 A+B - C 27

Reacción química REACCIÓN DE COMBUSTIÓN • Consiste en una sustancia reaccionando con oxígeno produciendo energía en forma de luz y calor. • Siempre son exotérmicas. • Una combustión completa requiere una gran cantidad de oxígeno. • Normalmente en las reacciones de combustión la cantidad de oxígeno es limitada, la combustión es por tanto incompleta y se dan diferentes componentes resultantes (cenizas y sales). • Cuando un compuesto orgánico combustiona completamente el resultado es siempre agua y dióxido de carbono: • Ejemplo: Combustión gas metano: CH4 + 2O2 → 2H2O + CO2 (C,H,O) + O2 – CO2 + H2O 28

Reacción química REACCIÓN DE DESCOMPOSICIÓN • Es una reacción que implica romper una sustancia en compuestos más simples. • Es la reacción opuesta a una reacción de adición. • Puede ocurrir de forma espontánea, o estar ayudada por un catalizador, calor, o electrólisis. • Un ejemplo de una reacción de descomposición sería del agua oxigenada, H2O2, en oxígeno e hidrógeno. • Ejemplo: Descomposición de Agua Oxigenada: 2H2O2 → 2H2O + O2 A–B+C 29

Reacción química REACCIÓN DE PRECIPITACIÓN • Es aquella reacción en la que un compuesto acuoso reacciona y forma un compuesto sólido, que puede estar bien suspendido en la disolución o precipitar. • Si precipita o se queda suspendido en la disolución va a depender de la solubilidad de los compuestos iónicos. • Ejemplo: Formación de Sal, cloruro de sodio: 2NaOH(aq) +MgCl2(aq) → 2NaCl(aq) + Mg(OH)2(s) A + BC – AC + B 30

Reacción química REACCIÓN DE NEUTRALIZACIÓN. ÁCIDO BASE • Una reacción ácido-base o una reacción de neutralización es aquella reacción donde intervienen un ácido (ph < 7, protones H+ libres) y una base (pH > 7, - OH libres). • Al unirse el ácido con la base reaccionan, produciendo una neutralización. • Son una de las reacciones más importantes de la química, y que se dan de forma continua en la naturaleza. • Ejemplo: Ácido Clorhídrico y Sosa Cáustica: NaOH + HCl → NaCl + H2O AB + CD – AC + H2O 31

Reacción química REACCIÓN OXIDACIÓN REDUCCIÓN • Se produce intercambio de electrones, cambiando el estado de oxidación de los elementos. • Uno de los elementos pierde electrones (oxidándose) y otro los gana (reduciéndose) • Se dan en multitud de procesos, el más conocido sería el de oxidar un metal, donde el metal pierde 2 electrones, oxidándose. • El oxígeno por otro lado los ganaría, reduciéndose. • Ejemplo: Oxidación del hierro: 4Fe + 3O2 + 2H2O → 2Fe2O3.H2O AB + CD – AC + BD 32



Referencias • Chang, R., & Goldsby, K. A. (2017).Química (12a. ed.).Retrieved from https://ebookcentral.proquest.com • Phillips, J. S., Strozak, V. S., & Wistrom, C. (2012). Química: conceptos y aplicaciones (3a. ed.). Retrieved from https://ebookcentral.proquest.com • Reacciones Químicas: Tipos y Ejemplos. (s.f.) Recuperado de https://www.experimentoscientificos.es/reacciones-quimicas/ 34