09. Química III ciclo

ENLACE QUÍMICO Química Un ejemplo de este tipo, es la formación del catión amonio (NH4+) a partir del amoníaco (NH3) y el ión hidrógeno (H+) (Fig. 11). + + Figura 11. En esta reacción el amoníaco se une con un protón de Figura 12. Propiedades físicas del diamante y del grafito; con sus H+ para formar el ión amonio, NH4+. El amoniaco aporta un par respectivas redes cristalinas. de electrones que son compartidos por el ión H+, el cual, adquiere la configuración estable del gas noble helio (He).  Solubilidad variada en diferentes solventes.  Tienen puntos de ebullición y fusión variados. Compuestos covalentes  En una disolución acuosa algunos pueden ser Presentan en su estructura enlaces covalentes y se dividen en cristales y sustancias moleculares. conductores de la electricidad. 1. Cristales covalentes: En estos se forman redes Figura 13. El etanol (CH3CH2OH), es un compuesto covalente tridimensionales (cristales), donde los átomos polar. Es líquido a la temperatura ambiente, pero se evapora (elementos no metálicos) se unen entre sí por rápido en el aire. El etanol hierve a 78 °C y se congela a -114 °C. medio de enlaces covalentes; por ejemplo, el grafito (C), diamante (C) y el cuarzo (SiO2), etc. (Fig. 12). Poseen las siguientes características:  Malos conductores de la electricidad y calor.  No son solubles en ningún solvente.  Tienen puntos de fusión bastante altos. 2. Sustancias moleculares: Se caracterizan porque ¿Por qué el butano es un gas? un número definido de átomos se entrelaza a La principal aplicación del gas butano través de enlaces covalentes formando de esta (CH3CH2CH2CH3) es como combustible, que manera moléculas. Entre las sustancias de este usualmente se encuentra en los encendedores tipo, se encuentran: el amoníaco (NH3), el agua desechables. Este gas es un compuesto covalente (H2O), bromo (Br2), hidrógeno (H2), compuestos debido a que sus moléculas no tienen carga eléctrica, orgánicos como el etanol (CH3CH2OH), etc. (Fig. la atracción entre ellas es débil. De hecho, si el 13). butano no estuviera a presión adentro del encendedor, de inmediato se evaporaría. Entre sus propiedades se encuentran:  Son moléculas que pueden hallarse en los tres estados físicos de la materia. 35

ENLACE QUÍMICO Química ACTIVIDAD 3. (Tiempo: 30 minutos) ¿ES UN COMPUESTO COVALENTE O UN COMPUESTO IÓNICO? Con esta actividad se pretende que el estudiante, identifique mediante la conductividad eléctrica, si una sustancia es un compuesto covalente o iónico. Forme grupos de tres o cuatro estudiantes y repártales los materiales que utilizarán. Pregúnteles: ¿de qué manera podrían determinar que un compuesto es covalente o iónico? ¿Qué propiedades las diferencian? Materiales 4 recipientes pequeños de vidrio. 1 batería de 9 voltios con terminales de pinza. 1 bombilla de 15 Voltios. 1 rosca o porta bombilla. 1 cucharada de cloruro de sodio (NaCl) . 1 cucharada de azúcar. 15 mL de alcohol etílico (etanol 90°). 15 mL de agua corriente. 2 segmentos de alambre de cobre aislado, con terminales de caimán. Procedimiento 1. Construir un circuito eléctrico y probarlo haciéndole pasar corriente eléctrica al unir los extremos de los alambres, notando si la bombilla se enciende. 2. Enumerar los frascos del 1 al 4. En el primer frasco adicionar agua; en el segundo, solución de sal en agua; en el tercero, solución de azúcar en agua y en el último frasco, alcohol y agua. 3. Introducir las terminales de los cables, en el recipiente que posee agua, cuidando que las puntas no se toquen. 4. Observar si enciende o no la bombilla y seguir realizando el mismo procedimiento para las demás soluciones. Pregúnteles: ¿qué sustancia hizo que encendiera o no el bombillo? ¿Qué sustancias presentan enlace iónico? ¿Qué sustancias presentan enlace covalente? ¿Por qué? d. Enlace metálico Figura 14. En el enlace metálico los electrones (e-) se mueven Para explicar el enlace metálico se ha elaborado un entre los átomos con facilidad. modelo, llamado modelo de la nube o del mar de electrones. Los átomos de los metales poseen pocos Compuestos metálicos electrones en su última capa; por lo general, uno, Entre los compuestos metálicos se encuentran: la dos o tres. Estos átomos pierden fácilmente esos plata (Ag), oro (Au), cobre (Cu), etc. (Fig. 15). electrones (de valencia) y se transforman en iones  Suelen ser sólidos a temperatura ambiente, a positivos; por ejemplo, en iones cobre (Cu2+), iones magnesio (Mg2+), iones sodio (Na+), etc. excepción del mercurio y sus puntos de fusión y ebullición varían notablemente. Los iones positivos que resultan, se ordenan en el  Son conductores de la electricidad y el calor. espacio, formando la red metálica. Los electrones de  Son dúctiles y maleables (la enorme movilidad de valencia desprendidos de los átomos constituyen los electrones de valencias que los cationes una nube de electrones que se mueve a través de toda la red (el desprendimiento es debido a la baja electronegatividad que tienen los metales). De tal modo, que todo el conjunto de los iones positivos del metal queda en la nube con carga negativa que los rodea (Fig. 14). 36

ENLACE QUÍMICO Química metálicos puedan moverse entre sí para lograr carga, unidos entre sí por enlaces covalentes. Una producir una rotura). molécula cuyos átomos se mantienen unidos por  Poseen brillo metálico. medio de enlaces covalentes, se llama compuesto covalente. Figura 15. Hojas de oro (Au). Los metales son maleables por la En ciertas ocasiones, los químicos se refieren a un disposición de sus átomos en el enlace metálico. compuesto covalente como compuesto molecular; debido a que son términos que significan lo mismo. Moléculas La molécula más simple que existe es el hidrógeno Una molécula es el grupo de dos o más átomos, sin (H2). Dos átomos de hidrógeno comparten un par de ACTIVIDAD 4. (Tiempo: 20 minutos) :electrones en un enlace covalente no polar, tal como se muestra en esta estructura: H H. MODELANDO MOLÉCULAS Con esta actividad cada estudiante desarrollará la habilidad para construir e interpretar modelos moleculares, ya que es importante la adquisición de experiencia práctica con modelos espaciales. Forme equipos de cuatro estudiantes y repártales todos los materiales que necesitarán. Pregúnteles: ¿han visto modelos a pequeña escala de estructuras como edificios o puentes? ¿Pueden crearse modelos de objetos tan pequeños que no se pueden ver, como átomos y moléculas? ¿Puede ayudarnos la estructura de Lewis a representar los modelos moleculares? Materiales Un paquete de dulces de goma de varios colores y un paquete de palillos para dientes. Procedimiento 1. Dibujar la estructura de puntos de Lewis de las moléculas siguientes: H2O (agua), H2 (hidrógeno) y NH3 (amoníaco). 2. Elaborar el modelo de cada una de las moléculas (en el caso del NH3, como son 3 orbitales p los que participan en los enlaces, la forma de la molécula es un trípode, correspondiente a la orientación de los orbitales). Pregúnteles: Escoge uno de los modelos que te fueron asignados ¿cuántos pares de electrones no compartidos tiene? ¿Cuántos pares de enlace hay? ¿Qué tipo de enlace químico representa? Fuerzas intermoleculares misma molécula. Son fuerzas de atracción débiles Consideremos las fuerzas de atracción que actúan que se establecen entre moléculas eléctricamente entre moléculas, iones y entre ambos. Las fuerzas neutras (polares y no polares). Las fuerzas de Van intermoleculares estipulan si una sustancia existirá der Waals se denominan así en honor al científico de manera gaseosa, líquida o sólida a determinada neerlandés Johannes Diderik Van der Waals, y se presión y temperatura, y si se disolverán unas con clasifican en varios tipos de fuerzas, pero en esta otras (Lección 8). lección se abordarán sólo las siguientes: fuerzas dipolo-dipolo, fuerzas ión-dipolo y las fuerzas de 1. Fuerzas de Van der Waals dispersión de London. Las fuerzas de Van der Waals es la fuerza atractiva entre moléculas distintas o entre las partes de una 37

ENLACE QUÍMICO Química a. Enlace ión-dipolo moléculas. Este tipo de fuerzas fueron nombradas En el enlace ión-dipolo los iones de una sustancia así en honor al físico germano-americano Fritz pueden interactuar con los polos de las moléculas London; también, son conocidas como fuerzas de covalentes polares: la parte negativa de esta atrae al London o fuerzas de dispersión. Estas son el único ión positivo (catión) y la parte positiva, atrae al ión tipo de fuerzas intermoleculares que se presentan negativo (anión); es decir, que las partes de cada en sustancias simétricas como: CO2, N2, Br2 y I2, y en molécula se unen a través de las fuerzas de atracción especies monoatómicas de gases nobles. de cargas opuestas. Las fuerzas ión-dipolo son importantes para las d. Enlace por puente de hidrógeno disoluciones de las sustancias iónicas en líquidos; por Este es el enlace intermolecular más fuerte que los ejemplo, en una disolución acuosa de cloruro de demás de este tipo (ión-dipolo, dipolo-dipolo y sodio (NaCl), los iones sodio (Na+) y cloro (Cl-) se fuerzas de dispersión de London), aunque, es más rodean de moléculas de agua que actúan como un débil en comparación de los enlaces covalentes e aislante eléctrico, ya que mantienen a los iones iónicos. separados (Fig. 16). El enlace de puente de hidrógeno es una atracción NaCl que se realiza entre un átomo de hidrógeno (carga Figura 16. Los iones sodio (Na+), en café; e iones cloro (Cl-), en positiva) con un átomo muy electronegativo: flúor amarillo; se rodean de las moléculas polares agua (H2O). (F), oxígeno (O), nitrógeno (N), que posee un par de electrones libres. Este par de electrones libres atraen al hidrógeno, parcialmente positivo, de otra molécula, formándose una atracción que une a las moléculas. Por ejemplo, el agua (H2O) es una de las sustancias que presenta este enlace (Fig. 18). b. Enlace dipolo-dipolo Puente de Las interacciones dipolo-dipolo existen entre las hidrógeno moléculas covalentes polares debido a la atracción de la zona cargada positivamente de una molécula y Figura 18. En el agua, la parte positiva (hidrógeno) es atraída la negativa de otra (Fig. 17), lo que provoca que las hacia la parte negativa de otra molécula (oxígeno), así como con moléculas se orienten unas respecto a otras. el par de electrones libres del oxígeno de otra molécula, de tal manera que cada molécula de agua está rodeada de cuatro moléculas más. Figura 17. Las moléculas polares se atraen entre sí debido a la Este tipo de enlace que se forma muy débil; pero, a interacción de las cargas parciales de sus dipolos eléctricos. pesar de esto, el agua al poseer sus moléculas unidas, tienen un punto de fusión y ebullición más c. Fuerzas de dispersión de London altas que aquellas sustancias con peso molecular Las fuerzas de dispersión de London son fuerzas mayor y que no forman puentes de hidrógeno. débiles que suelen aumentar con el tamaño de las 38

ENLACE QUÍMICO Química ACTIVIDAD INTEGRADORA CON… SALUD El monóxido de carbono (CO) es un gas que no plantea una amenaza directa a la vegetación o animales; sin embargo, afecta a los seres humanos. Este gas tiene la capacidad de unirse fuertemente a la hemoglobina, la cual, es una proteína rica en hierro (Fe) (este le da el color rojo característico a la sangre) que les permite a los glóbulos rojos transportar el oxígeno de los pulmones al resto del cuerpo. En los pulmones, una molécula de hemoglobina recoge una molécula de oxígeno (O2), que reacciona con el átomo de hierro que tiene la hemoglobina para formar una especie denominada oxihemoglobina. Cuando la sangre circula, la molécula de O2 se libera en los tejidos según se requiere para el metabolismo celular; es decir, para los procesos que se llevan a cabo en la célula. Al igual que el O2, el CO también se enlaza con mucha fuerza al hierro de la hemoglobina. La especie que resulta se llama carboxihemoglobina. El problema radica en que la afinidad de la hemoglobina con el CO es 210 veces mayor que la del O2. En consecuencia una cantidad relativamente pequeña de CO puede inactivar una fracción considerable de hemoglobina de la sangre para el transporte de oxígeno. Debido a que el CO es un gas incoloro e inodoro, el envenenamiento con CO ocurre con pocas señales de advertencia. Los dispositivos de combustión mal ventilados, como las lámparas y las estufas de queroseno, plantean una amenaza potencial para la salud. Realice las siguientes preguntas a sus estudiantes para que las investiguen:  ¿Qué tipo de enlace químico se genera entre el monóxido de carbono (CO) y el hierro de la hemoglobina?  Explica ¿por qué esta unión causa severos daños al organismo?  Explica con tus palabras la siguiente oración, en el contexto de la lectura: …una pequeña cantidad de CO inactiva una fracción considerable de hemoglobina… RESUMEN 39

ENLACE QUÍMICO Química Electronegatividad: Es una propiedad química que Enlace químico: Es un intensa fuerza de atracción mide la capacidad de un átomo para atraer hacia él que mantiene a los átomos juntos en un molécula o los electrones o densidad electrónica. cristal. Existen varios tipos de enlace químico: el enlace iónico, enlace covalente, enlace metálico. Enlace covalente: Enlace químico que se produce por la compartición de los electrones de valencia, y Molécula: Es una partícula que se forma por dos o no por trasferencia. más átomos. Los átomos que forman las moléculas pueden ser iguales (por ejemplo, una molécula de Enlace iónico: Enlace químico que se caracteriza por oxígeno, O2, que posee dos átomos de oxígeno) o una transferencia de uno o más electrones de un distintos (por ejemplo, la molécula del agua, H2O), tipo de un elemento, a otro más electronegativo. que cuenta con dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno). Enlace metálico: Enlace químico que se produce al compartirse electrones de valencia con movilidad Regla del octeto: Establece que los átomos de los libre en una estructura cristalina estable. elementos se enlazan uno a otros en el intento de completar su capa de valencia con ocho electrones y lograr la estabilidad del elemento. Si desea enriquecer más su conocimiento, consulte: 1. Ayala, P. (s.f.) Enlace puente de Hidrógeno. Química -on line. Universidad de Sonora. Extraído en junio de 2011 desde http://payala.mayo.uson.mx/QOnline/Puente_de_hidrogeno.htm 2. Chang, R., College, W. (2003) Química. Séptima Edición. Colombia: McGraw Hill Interamericana Editores, S.A. de C.V. 3. Espinoza, K., Martínez, M., Osuna, M. E., Peñuelas, A., Romo, L. A. (2002) Cuaderno de Experimentos de Química para el Salón de Clases. Nivel Bachillerato. Centro de Ciencias de Sinaloa. Extraído en junio de 2011 desde http://es.scribd.com/doc/12684586/Experimentos-de-Quimica 4. Hernández. V. (2002) El enlace químico. Zona Clic. Actividades. CRA Vía de la Plata. Extraído en junio de 2011 desde http://clic.xtec.cat/db/act_es.jsp?id=2023 5. ITE. Instituto de Tecnologías Educativas (s.f.) Enlaces entre átomos. Extraído en junio de 2011 desde http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/enlaces/enlac es1.htm 6. Mendoza, M. (2004) Poesía química. Instituto Politécnico Nacional. México. Extraído en junio de 2011 desde http://www.libros.publicaciones.ipn.mx/PDF/1326.pdf 7. Phillips, J., Strozak, V., Williams, C. (2004) Química. Colombia: McGraw Hill Interamericana Editores, S.A. de C.V. 8. Salud.com (2010) Uso del flúor. Salud. Extraído en junio de 2011 desde http://www.salud.com/salud- dental/uso-del-fluor.asp 9. Universidad de Huelva (s.f.) Teoría de Lewis y Método de repulsión de pares de electrones de la capa de valencia. Extraído en junio de 2011 desde http://www.uhu.es/quimiorg/covalente1.html 40

ENLACE QUÍMICO Química ACTIVIDAD EVALUADORA 1. Completa las siguientes afirmaciones con las palabras que correspondan:  El enlace iónico se produce cuando un átomo electrones a otros átomos.  Un átomo cede y otro los acepta; así, los dos pueden su última capa de electrones.  El átomo que ha cedido electrones adquiere carga , porque ahora posee más protones que electrones; mientras que, el que los ha aceptado adquiere carga , porque ahora posee más electrones que protones.  El ión positivo y negativo, como tienen cargas eléctricas de distinto signo se y se unen. 2. Relaciona qué tipo de enlace químico se produce entre los dos átomos que se presentan: Na Cl OO 3. Dadas las siguientes sustancias, responde las preguntas que se te presentan: CCl4 HBr CaCl2 CH4 H2O NaCl O2 a. Representa la estructura de Lewis para cada una de las sustancias. b. Indica el enlace químico que presentan los átomos que la forman. c. ¿Qué tipo de fuerzas intervienen para la formación de los enlaces? 4. ¿Qué tipo de enlace se establece en la molécula de agua, entre el oxígeno y el hidrógeno? a. Covalente b. Iónico c. Compuesto iónico d. Molécula covalente 5. Cuando existe una carga parcial en una molécula, se dice que es: a. Un ión b. Un dipolo c. Un compuesto iónico d. Una molécula covalente 6. Debido al hecho que los compuestos iónicos tienen grandes fuerzas intermoleculares, son a temperatura ambiente: a. Gases b. Enlazados covalentemente c. Líquidos d. Sólidos 7. Mencione el tipo de enlace químico entre los átomos señalados en la siguiente molécula: HO HC C O- Na+ H C HH 41

Lección 4. CUANTIFICANDO ÁTOMOS Y MOLÉCULAS CONTENIDOS 1. Peso atómico. 2. El mol. 3. Fórmulas químicas. 4. Peso fórmula, peso molecular y moles. INDICADORES DE LOGRO ¿POR QUÉ ES IMPORTANTE? 1. Aplica de manera correcta los datos de isótopos La cuantificación de elementos y compuestos químicos es de vital importancia en nuestra vida para determinar el peso atómico de los cotidiana. Por ejemplo, una persona hipertensa elementos. necesita conocer la cantidad de sodio presente en un 2. Comprende el concepto de mol y lo utiliza para alimento; de la misma manera, una persona con realizar cálculos químicos. problemas cardíacos necesita controlar la ingesta de 3. Reconoce los elementos que componen una colesterol presente en los alimentos que ingiere. fórmula química y la cantidad de átomos de cada uno de ellos. DESCRIPCIÓN 4. Realiza conversiones de masa, moles y fórmulas. En esta lección se instruye cómo determinar los pesos atómicos de los elementos y la masa molar PALABRAS CLAVE de los compuestos. Además, se estudia cómo Peso atómico, mol, Número de Avogadro, masa realizar cálculos químicos utilizando esta molar, fórmula química, peso fórmula, peso información. molecular.

CUANTIFICANDO ÁTOMOS Y MOLÉCULAS Química 1. PESO ATÓMICO Al observar la Tabla Periódica puede notar que las masas atómicas de los elementos, se presentan como números fraccionales y no como números enteros. Esto nos conduce a preguntarnos ¿cómo se obtuvieron las masas de los elementos que aparecen en la Tabla Periódica? La masa de un átomo depende de la cantidad de protones y neutrones que contiene; los elementos se presentan en la naturaleza como mezclas de isótopos (Lección 1), por lo que su peso dependerá de las masas de átomos de los isótopos que lo conformen. Masa atómica promedio Las masas atómicas de los elementos que se presentan en la Tabla Periódica son una masa promedio de cada uno de los isótopos que los componen (cuya presencia se conoce como abundancia isotópica natural). Para determinar la masa promedio se utiliza la siguiente ecuación: () (E.1) donde, A es la masa atómica del elemento; Ai, la masa atómica de cada isótopo y Xi es el porcentaje de cada isótopo en la mezcla. Este valor se expresa en uma. ¿Qué es una uma? Aunque los científicos del siglo XIX nada sabían de las partículas subatómicas, eran conscientes que los átomos de diferentes elementos tienen diferentes masas. No obstante, estas masas atómicas son extremadamente pequeñas. Por ejemplo, la masa del átomo más pesado que se conoce es del orden de 4 x 10-22 g. Dado que sería complicado tener que expresar continuamente masas tan pequeñas en gramos, se usa una unidad llamada unidad de masa atómica (uma). Una uma es igual a 1.66054 x 10-24 g. Un protón tiene una masa de 1.0073 uma, un neutrón, de 1.0087 uma, y un electrón, de 5.486 x 10-4 uma. Necesitaríamos 1, 836 electrones para igualar la masa de un protón, así que el núcleo contiene casi toda la masa del átomo. Hoy en día, podemos medir las masas de átomos individuales con un alto grado de exactitud. Por ejemplo, se sabe que el átomo de 1H tiene una masa de 1.6735 x 10-24 g que corresponden a 1.0078 uma. ¡Feliz Día del Mol! Amadeo Avogadro Anualmente, el 23 de octubre de 6:02 de la mañana a 6:02 de la tarde, se celebra el Día del Mol, que (1776-1856). conmemora el Número de Avogadro, unidad de medida básica en Química. El Día del Mol fue creado como una forma de fomentar el interés en la Química. Las escuelas de diferentes partes del mundo celebran el día del mol con diversas actividades relacionadas con la química o moles. En general, un mol de cualquier sustancia contiene el NA de moléculas o átomos de esa sustancia. Esta relación fue descubierta por Amadeo Avogadro, científico italiano que conocido por su hipótesis llamada en la actualidad Ley de Avogadro: el volumen de un gas mantenido a temperatura y presión constantes es directamente proporcional al número de moles del gas. Recibió crédito por sus trabajos después de su muerte. 43

CUANTIFICANDO ÁTOMOS Y MOLÉCULAS Química La masa atómica promedio de cada elemento también se denomina peso atómico. A pesar que el término masa atómica promedio es más correcto, y a menudo se usa el término más sencillo de masa atómica, el uso del término peso atómico es lo más común. Estos son los valores que se dan en la Tabla periódica de los elementos como masa o peso atómico en la parte superior derecha de cada elemento. PROBLEMA 1. Presente a sus estudiantes el siguiente problema: El oxígeno natural se compone de un 99.757 % de 16O con una masa de 15.994915, 0.038% de 17O con masa de 16.999132 y 0.205% de 18O que posee una masa de 17.999160. Calcule la masa atómica promedio del oxígeno (AO). 1. Realice en la pizarra un cuadro como el siguiente, el cual los estudiantes le ayudarán a completar para que identifiquen los datos del problema. Isótopo Ai (uma) Xi(%) 16O 15.994915 99.757 17O 16.999132 0.038 18O 17.999160 0.205 2. Luego efectuar el cálculo utilizando E.1, así: 8) + ( 999 5) AO ( 5 9949 5 99 5 5) + ( 999 AO 5 9 5 Pregunte a sus estudiantes ¿Por qué la masa atómica promedio del oxígeno (AO) es cercana a la masa del 16O y no a la de los otros dos isótopos? 2. EL MOL La unidad para cantidad de sustancia del SI es el mol, que está definido como la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (átomos, moléculas u otras partículas) como átomos hay en 12 g de 12C. Esta definición puede sentirse extraña o complicada por el momento, ya que aún nos preguntamos: ¿Cuántos átomos hay en 12 g de 12C?. Para determinar esta cantidad, muchos experimentos se realizaron, llegando a obtener el valor de: (E.2) Este número, utilizado para fines prácticos como 6.022 x 1023, se llama Número de Avogadro (NA) en honor al científico italiano Amadeo Avogadro (1776-1858). Así, al igual que una docena de naranjas se refiere a 12 naranjas; un mol de átomos de un elemento puro cualquiera, contiene 6.022 x 1023 átomos de ese elemento. La misma relación aplica si nos referimos a moléculas de una sustancia, iones o partículas. 44

CUANTIFICANDO ÁTOMOS Y MOLÉCULAS Química PROBLEMA 2. Plantee a los estudiantes las siguientes interrogantes: ¿Cuántas naranjas hay en una docena?, ¿Cuántos zapatos contiene un par?, ¿Cuántos átomos de helio tiene un mol de átomos de helio en un globo?, ¿Cuántas moléculas de agua contiene un mol de moléculas de agua?, ¿Cuántos iones Na+ contiene un mol de NaCl? 1. Realice en la pizarra un cuadro como el Figura 1. Dos muestras de diferentes sustancias: a. que poseen siguiente, el cual sus estudiantes le ayudarán la misma masa y b. contienen el mismo número de átomos. a completar para que visualicen la analogía con el par de zapatos. La masa de un mol de átomos de un elemento puro es numéricamente igual al peso atómico de ese Factor para zapatos Factor para unidades elemento, a esta igualdad se le llama masa molar de elementales ese elemento y sus unidades son gramos/mol (g/mol rj xH o g mol-). d d rj dH Por ejemplo, un átomo de neón tiene una masa atómica de 20, por lo tanto, un mol de neón pesa 20 zp x HO gramos. Esta relación o factor (R.2), se puede p rd z p d HO denotar de la siguiente manera: x N+ () d N+ (E.3) 2. Indique que estos factores representan una Como muestra la Tabla 1, el concepto de mol igualdad y se leen: “un par de zapatos es igual utilizado con átomos resulta de mucha ayuda, pues o equivale a dos zapatos”, “1 mol de átomos permite comparar las masas de igual número de de helio es igual a 6.022 x 1023 átomos de moles de diferentes elementos. helio” y así sucesivamente. Tabla 1. Masa de un mol de átomos de algunos elementos Masa molar (MM) comunes Retomando el ejemplo de la docena, una docena siempre es el número 12, sea que hablemos de una Elemento Masa de muestra Contiene docena de huevos o de una docena de elefantes. No obstante, es obvio que una docena de huevos no Carbono 12.011 g C 6.022 x 1023 átomos ó 1 tiene la misma masa que una docena de elefantes. mol de átomos C De manera análoga, un mol siempre es el mismo número (6.022 x 1023), pero un mol de una sustancia 6.022 x 1023 átomos ó 1 y un mol de otra sustancia distinta tienen diferente Oro 196.966 g Au mol de átomos Au masa (Fig. 1). Hidrógeno 1.008 g H 6.022 x 1023 átomos o 1 mol de átomos H Azufre 32.060 g S 6.022 x 1023 átomos o 1 mol de átomos 45

CUANTIFICANDO ÁTOMOS Y MOLÉCULAS Química De esta manera, la MM del carbono es de 12.011 g 3. FÓRMULAS QUÍMICAS por cada mol de carbono (g/mol); la del oro 196.966 La fórmula química de una sustancia muestra su g/mol, etc. composición química. Esta representa los elementos presentes y la cantidad de átomos de cada uno de NOTA: A partir de este tema se utilizarán como ellos en la sustancia (Lección 6). En el caso de un solo unidades de medida, por convención, los gramos y átomo, la fórmula química es la misma que el las uma se limitarán a los pesos atómicos. símbolo del elemento. Así, Na representa un solo átomo del elemento PROBLEMA 3. sodio. Por otro lado, los compuestos poseen dos o más elementos combinados químicamente. Por Resuelva, solicitando la participación del ejemplo, el ácido muriático utilizado para limpiar las estudiantado, los siguientes ejercicios: piscinas posee la fórmula química HCl, y está compuesta por un átomo del elemento hidrógeno  Cálculo de números de átomos (H) y un átomo del elemento cloro (Cl). El vinagre ¿Cuántos átomos contienen 2.451 moles de (C2H4O2) en cambio, presenta en su fórmula química hierro? (Utilice E.2). 3 elementos diferentes y, de cada uno de ellos posee 2 átomos de carbono (C), 4 átomos de hidrógeno (H) 45 d x y 2 átomos de oxígeno (O). 4 d Otro ejemplo, un poco más complicado, es el 4 Mg(OH)2 llamado sulfato de magnesio que posee 3 tipos de elementos y contiene de cada uno de ellos Manifieste a sus estudiantes que la cantidad que un átomo de magnesio (Mg), 2 átomos de oxígeno acaban de obtener es grandísima, es decir, que al (O) y dos átomos de hidrógeno (H). Note que el ser más de 2 moles de hierro el total de átomos subíndice que está fuera del paréntesis se multiplicó contenidos en ellos será un número mayor al NA. por el número de átomos dentro del paréntesis para obtener la cantidad de cada uno de ellos.  Moles de átomos ¿Cuántos moles de átomos contiene 136.9 g 4. PESO FÓRMULA, PESO MOLECULAR Y MOLES de hierro metálico?, (busque la masa atómica El peso fórmula (PF), de una sustancia es la suma de del Fe en la Tabla periódica y utilice E.3) los pesos atómicos de los elementos en la fórmula; tomando en cuenta el número de veces que el 9g d elemento aparece o el subíndice que posee. Para 55 85 g determinarlo puede seguir los siguientes pasos: 45 d 1. Identifique cada uno de los elementos que conforman la fórmula. Indique a sus estudiantes que el resultado es mayor a un mol, pues la masa de la muestra de 2. Cuente cuántos átomos hay de cada elemento. hierro es más del doble de lo que contiene un mol 3. Busque en la Tabla Periódica el A de cada uno de átomos Fe. de los elementos que ya identificó. 4. Aplique la siguiente ecuación: ( A ) (E.4) 46

CUANTIFICANDO ÁTOMOS Y MOLÉCULAS Química donde, ni es el número de átomos de cada elemento y Ai es el peso atómico de cada elemento. El término “peso fórmula” se utiliza para sustancias iónicas o moleculares (Lección 5). Pero cuando las sustancias moleculares son covalentes, este término se sustituye por peso molecular (PM). Ejemplos de cómo obtener el PF o PM, según sea el caso; utilizando los pasos recién descritos, se realizan en la siguiente actividad. PROBLEMA 4. Indique al grupo de estudiantes que obtengan el PF de la cal (CaO), del bicarbonato de sodio (NaHCO3), el nitrato de calcio (Ca(NO3)2) y el azúcar (C12H22O11), utilizando los pasos anteriores. 1. Sugiera realizar un cuadro, como el mostrado a continuación, para cada sustancia, para utilizar E.2: Cal (CaO) Bicarbonato de sodio (NaHCO3) ni x Ai = Masa de cada ni x Ai = Masa de cada elemento elemento 40.080 g Ca x 1 = 1 40.080 Na x 1 = 1 22.989 22.989 g Ox1= 1 15.999 15.999 g H x 1 = 1 1.008 1.008 g PF = 56.079 g C x 1 = 1 12.011 12.011 g O x 3 = 3 15.999 47.997 g PF = 84.005 g Nitrato de calcio (Ca(NO3)2) Azúcar (C12H22O11) ni x Ai = Masa de cada ni x Ai = Masa de cada elemento elemento 144.132 g Ca x 1 = 1 40.080 40.080 g C x 12 = 12 12.011 H x 22 = 22 1.008 22.176 g N x 2 = 2 14.007 28.014 g PM = 342.297 g O x 6 = 6 15.999 95.994 g PF = 164.088 g 2. Verifique que todo el estudiantado realice el cálculo de manera correcta. 47

CUANTIFICANDO ÁTOMOS Y MOLÉCULAS Química ¿Qué es un espectrómetro de masas? En el caso de iones con la misma carga, la magnitud de El instrumento utilizado para determinar de una forma más la desviación depende de la masa: cuanto mayor es la directa y exacta los pesos atómicos y moleculares se llama masa del ion, menor es la desviación. espectrómetro de masas (Figura de abajo). Una muestra Así, los iones se separan según su masa. Dicho de otra gaseosa se introduce y se bombardea con una corriente de manera, a velocidad constante y a fuerza magnética electrones de alta energía (haz de electrones) en 3. Los constante, las partículas más pesadas (con mayor choques entre los electrones y los átomos o moléculas del número de neutrones) se desvían menos que las más gas producen iones positivos, en su mayor parte con carga ligeras, aun cuando pertenezcan a un mismo elemento. 1+. Estos iones se aceleran hacia una rejilla que tiene carga De esta manera se pueden detectar diferentes isótopos. negativa. Si se varía continuamente la intensidad del campo magnético o del voltaje de aceleración en la rejilla de Una vez que pasan por la rejilla, los iones se topan con dos carga negativa, se puede hacer que iones de diferentes ranuras que sólo permiten el paso de un haz de iones muy masas ingresen en el detector que está en el extremo angosto. A continuación, este haz pasa entre los polos de del instrumento. un imán, que desvía los iones de modo que sigan una trayectoria curva, como cuando un campo magnético desvía electrones. La cantidad de sustancia expresada en unidades de masa (PF o PM) contiene 6.022 x 1023 unidades fórmula (entidades elementales) o un mol de sustancia. A esto también se le llama masa molar de la sustancia y, al igual que la MM de los elementos, sus unidades son g/ mol. Esta relación o factor (R.3) se puede expresar de la siguiente manera: () (E.5) Retomando como ejemplo los cálculos que realizó en la actividad 4, la MM de cal sería 56.079 g por cada mol de sustancia (g/mol); la del bicarbonato 84.005 g/mol; la del nitrato de calcio 164.088 g/mol y la del azúcar 342.297 g/mol. 48

CUANTIFICANDO ÁTOMOS Y MOLÉCULAS Química PROBLEMA 5. Resuelva, solicitando la ayuda del estudiantado, los siguientes ejercicios:  Masa de moléculas ¿Cuál es la masa en gramos de 10.0 millones (10.0 x 106) de moléculas de SO2, que es uno de los gases desprendidos por los volcanes? El PM del SO2 es 64.064 g. 6 d SO ( ( 4 4 g SO ) 4 − 5 g SO d SO )  Moles ¿Cuántos a. moles de N2, b. moléculas de N2, y c. átomos de N hay contenidos en 40.0 g de gas nitrógeno (N2)? La MM del N2 es 28.014 g/mol. 4 gN ( N) 48 N ( 8 4gN ) 4 gN ( ( 8 4 g N ) N ) 8 598 N Para la resolución de c puede seguir dos caminos: 1. Partiendo del dato que le proporciona el ejercicio 40 g de N2 y utilizando dos factores de conversión. 4 gN ( N) ( N) 94 N N) ( 8 4gN ) ( 2. Partiendo del dato generado en el literal b y realizando un solo factor de conversión. 8 598 N ( N) 94 N ( N)  Número de átomos Calcule el número de átomos de S en una muestra de 36.9 g de Al2(SO4)3. El PF del Al2(SO4)3 es 342.13 g. ( A (SO4) ) ( dd fr A (SO4) ) ( S) 9 g A (SO4) ( 4 g A (SO4) ) d df r A (SO4) ) ( A (SO4) ) ( 948 S 49

CUANTIFICANDO ÁTOMOS Y MOLÉCULAS Química ¿Qué es un Dalton? Las macromoléculas son moléculas que presentan un peso molecular elevado y están constituidas por la repetición de algún tipo de subunidad estructural. En honor al científico inglés John Dalton (Lección 1), actualmente se utiliza la unidad Dalton (Da) como sinónimo de uma para cuantificarlas debido a que, según las normas ISO 80000-1 del SI, las uma no admiten prefijos multiplicativos como el kilo. Así, no es posible utilizar k uma pero sí kDa. Todas las moléculas que presentan un peso molecular superior a los 5 kDa son consideradas macromoléculas. Por ejemplo, el colágeno (Figura de abajo) es una proteína estructural que se encuentra en el tejido conectivo de músculos, huesos, piel, cabello, uñas, etc.; y está formada por decenas de aminoácidos que le confieren un peso molecular igual o superior a 300kDa, es decir, 300,000 Da. RESUMEN Fórmula química: Representación abreviada de una sustancia y que expresa su composición al escribir los símbolos de los átomos de los elementos constituyentes. Masa molar: Es la masa de un mol de sustancia que, expresada en gramos, coincide numéricamente con el valor de la masa molecular (peso molecular). Este se expresa en g/mol. 50

CUANTIFICANDO ÁTOMOS Y MOLÉCULAS Química Mol: Es la cantidad de sustancia que contiene 6.022 x 1023 entidades elementales de dicha sustancia. Número de Avogadro: 6.022 x 1023 entidades elementales. Peso atómico: Peso promedio de las masas de los isótopos que constituyen a un elemento; masa atómica promedio de un elemento. Peso fórmula: Masa, en unidades de masa atómica, de la unidad fórmula de una sustancia. Numéricamente igual a la masa molar. Se obtiene de la sumatoria de los pesos atómicos de los átomos especificados en la fórmula química. Peso molecular: Masa, en unidades de masa atómica, correspondiente a una molécula (o entidad elemental) del compuesto. Se calcula a partir de la fórmula química, sumando las masas de todos los átomos que aparecen en ella. Es numéricamente igual a la masa molar de una molécula. Si desea enriquecer más su conocimiento, consulte: 1. Brown, T. L., LeMay, H. E., Bursten, B. E., Burdge, J. R. (2004). Química. La ciencia central. México: PEARSON EDUCACIÓN. 2. Chang, R., Collegue, W. (2003). Química. Colombia: McGraw Hill Interamericana Editores, S.A. de C.V. 3. Departamento de Química Orgánica, Universidad de Valladolid, Estequiometría en elementos y compuestos; consultado en junio 2011. 4. Goldberg, D. (1994). Fundamentals of Chemistry. USA: Wm. C. Brown Publishers. 5. National MoleDay Foundation, Inc.; consultado en junio 2011 http://www.moleday.org/ 6. Whitten, K., Davis, R. E., Peck, M.L., Stanley, G. (2008). Chemistry. CENGAGE Learning. 51

CUANTIFICANDO ÁTOMOS Y MOLÉCULAS Química ACTIVIDAD EVALUADORA 1. Calcula la A del potasio y del cobre utilizando los 6. Estima: datos de las siguientes tablas: a. ¿Cuántas moléculas de cloruro de hidrógeno (HCl) hay en 25.0 g de muestra? Isótopo Ai (uma) Xi(%) b. ¿Cuántos moles de HCl hay en la cantidad 39K 38.963707 93.2581 de moléculas que acaba de obtener? 40K 39.963999 0.0117 41K 40.961826 6.7302 7. Dos moles de trióxido de azufre (SO3): a. ¿Cuántas moléculas contienen de trióxido Isótopo Ai (uma) Xi(%) de azufre? 62.929601 69.17 b. ¿Cuántos átomos de azufre? 63Cu 64.927794 30.83 c. ¿Cuántos átomos de oxígeno? 65Cu 8. Averigua el total de partículas (átomos o 2. Contesta correctamente las siguientes preguntas moléculas) en las siguientes muestras: y explique su respuesta. a. 0.005 g de zinc (Zn). a. ¿Qué pesa más una docena de nances o una b. 1 × 10-3 g de óxido de plomo IV (PbO2). docena de sandias? ¿Cuál docena contiene c. 0.03 mol de sulfato de cobre II (CuSO4). más fruta? b. ¿Qué pesa más un mol de uranio o un mol de 9. Selecciona la respuesta correcta para la siguiente helio? ¿Cuál elemento contiene más átomos? pregunta: ¿Qué quiere decir que la masa molecular del H2O es 18.015 g/mol? 3. Calcula: a. Que 18 moléculas de agua tienen una masa a. ¿Cuántos átomos de magnesio están de 1 g. contenidos en 5.00 g de magnesio (Mg)? b. Que una molécula de agua tiene una masa b. ¿Cuál es la masa de 3.01 x 1023 átomos de de 18.015 g. sodio (Na)? c. Que una molécula de agua es 18 veces más pesada que la unidad de masa atómica. 4. Determina la masa molar de los siguientes d. Ninguna de las anteriores. compuestos: a. KOH. 10. Indica cuántos moles de H2O hay en: b. Cu3(PO4)2. a. 3.42 g de H2O. b. 1.82 x 1023 moléculas de H2O. 5. Identifica qué elementos componen el siguiente compuesto y señala cuántos átomos de cada uno posee a partir de su fórmula: Co[(NH3)4(H2O)Cl]Cl2. 52

Lección 5. TABLA PERIÓDICA CONTENIDOS ¿POR QUÉ ES IMPORTANTE? 1. Historia de la Tabla periódica. La tabla periódica es la mejor creación para la 2. Organización de la Tabla periódica. clasificación y predicción de las propiedades de los 3. Propiedades periódicas. elementos químicos; ya que, contribuye a encontrar una explicación a la complejidad de la materia que nos INDICADORES DE LOGRO rodea. 1. Utiliza la Tabla periódica para obtener información de los elementos químicos. DESCRIPCIÓN 2. Comprende los criterios para clasificar Esta lección comienza describiendo los aportes de los elementos. varios científicos que a lo largo de la historia han 3. Relaciona la posición de cualquier grupo ayudado al desarrollo de la Tabla periódica actual. de elementos de la Tabla periódica con Además, describe la organización de la tabla periódica su configuración electrónica. en grupos y periodos, así como, el agrupamiento de los 4. Relaciona la distribución de los elementos con base en la configuración electrónica, en electrones de acuerdo con la semimetales o metaloides, no metales y metales. organización de la Tabla periódica en Finaliza con la descripción de las propiedades periodos o grupos (familia). periódicas: radio atómico, radio iónico, volumen 5. Clasifica los elementos en metales, atómico, potencial de ionización, electronegatividad y semimetales y no metales. la electroafinidad. 6. Predice las semejanzas y similitudes de las propiedades de los elementos químicos mediante la Tabla periódica. 7. Identifica los símbolos de los elementos químicos de la Tabla periódica. PALABRAS CLAVE Ley periódica, período, grupo, metal, semimetal, metaloide, no metal, actínido, lantánido, elemento de transición, periodicidad química, gas noble, elementos representativos, radio atómico, radio iónico, electronegatividad, afinidad electrónica, energía o potencial de ionización.

TABLA PERIÓDICA Química 1. HISTORIA DE LA TABLA PERIÓDICA En 1829, el químico alemán Johann W. Döbereiner clasificó algunos elementos en grupos de tres, que Los elementos químicos que se hallan libres en denominó “tríadas”. Descubrió que los elementos de la naturaleza, fueron los primeros en una tríada tenían propiedades químicas afines y sus identificarse en la antigüedad, como el oro propiedades físicas variaban ordenadamente, de (Au), plomo (Pb), hierro (Fe), estaño (Sn), mercurio acuerdo con sus masas atómicas. Asimismo, se (Hg), plata (Ag) y cobre (Cu), entre otros. El primer reveló que el elemento central de la tríada, tenía la descubrimiento científico de un elemento químico, masa atómica aproximadamente igual a la media fue en 1669, cuando el comerciante y alquimista aritmética ( ̅) de las masas atómicas de los otros dos alemán Henning Brand descubrió el fósforo (P). elementos. En 1787, el químico francés Antoine Lavoisier creó Las tríadas a las que se refirió Döbereiner fueron: el una lista de 33 elementos que se conocían hasta ese calcio (Ca), estroncio (Sr) y bario (Ba); cloro (Cl), momento y las denominaciones asignadas se bromo (Br) y yodo (I) (Tabla 1); litio (Li), sodio (Na) y referían al color, sabor, propiedades medicinales o el potasio (K); azufre (S), selenio (Se) y teluro (Te). nombre del descubridor. Tabla 1. Tríada de los halógenos, compuesta de cloro (Cl), bromo (Br) y yodo (I) Elemento Masa atómica (g) Densidad (g/mL) Punto de fusión (°C) Punto de ebullición (°C) -33.89 Cloro (Cl) 35.453 0.003214 -101.4 59 184.4 Bromo (Br) 79.904 3.119 -7.199 Yodo (I) 126.905 4.940 82.95 La Tabla 1 muestra que la masa atómica de los tres La primera Tabla periódica habría que atribuírsela al elementos se incrementa de 35.453 a 126.905; es geólogo mineralogista francés Alexandre-Emilé decir, desde el cloro hasta el yodo. Es de notar que la Béguyer de Chancourtois publicada en 1862, quien masa atómica del bromo (el elemento central) es de acomodó los elementos químicos según el orden 79.904, cercana a la media aritmética de las masas creciente de sus masas atómicas. atómicas del cloro y yodo: Cada vuelta contenía 16 elementos y el telurio (Te) ̅ ocupaba el puesto central. De tal manera, que los puntos que se correspondían sobre las sucesivas La Tabla 1 demuestra que el punto de ebullición, el vueltas de la hélice diferían en 16 unidades de las punto de fusión y la densidad, se incrementan al masas atómicas y en cada uno de esos puntos se aumentar la masa atómica; así observamos que los ubicaban los elementos con propiedades análogas. valores de las propiedades del yodo (la densidad, el punto de fusión, el punto de ebullición y la masa Esta disposición se denominó tornillo telúrico. Esto atómica) son más altos. llevó a Chancourtois, a notar que las propiedades de los elementos químicos se relacionaban con el Las investigaciones realizadas durante ese tiempo número atómico (Z) que el elemento ocupaba en la demostraban la dificultad de que no siempre se secuencia (Fig. 1). disponían valores exactos para las masas atómicas y se hacía difícil la búsqueda de tendencias. En 1864, el químico inglés John Newlands, observó que cuando los elementos se ordenaban según sus 54

TABLA PERIÓDICA Química masas atómicas, cada octavo elemento mostraba propiedades semejantes. A este hecho, Newlands le denominó la Ley de las Figura 2. Octavas de John Newlands. Cada octavo elemento octavas, en analogía con la escala musical, ya que si mostraba propiedades semejantes. se parte de una nota cualquiera; por ejemplo, Re, ocho notas después hallamos un Re más agudo o Mendeleiev y Meyer, en 1869, aprovecharon los más grave (una octava más alta o más baja). conocimientos existentes sobre la clasificación de los elementos químicos según sus propiedades y Por ejemplo, el litio (Li), el sodio (Na) y el potasio (K), encontraron que si estos se ordenaban de acuerdo muestran las mismas propiedades (Fig. 2); los demás aumentaba la masa atómica, cada cierto número de elementos químicos siguen la tendencia de la misma elementos repetían las propiedades químicas y manera, es decir, el magnesio (Mg) presenta físicas o variaban de forma sistemática y regular. propiedades semejantes al berilio (Be); el aluminio (Al) al boro (B) y así de manera sucesiva. Esto los condujo a realizar una clasificación de los Sin embargo, resultó inadecuada para elementos de elementos en orden creciente de su masa atómica, mayor masa que el calcio (Ca) y fue rechazado. de tal manera, que las columnas relacionaran los elementos de propiedades semejantes. Así, es que fue establecida la primera ley periódica, la cual manifiesta: las propiedades físicas y químicas de los elementos químicos son funciones periódicas de sus masas atómicas. Se dispusieron los 63 elementos que se conocían en líneas, una debajo de la otra, de forma que los que tenían igual valencia se hallaban ubicados en una misma fila. A este ordenamiento se le llamó Tabla periódica de los elementos. Figura 1. Representación del Tornillo telúrico propuesto por Mendeleiev observó que en su clasificación debía Alexandre-Emilé Béguyer de Chancourtois. dejar algunos “huecos” vacíos, ya que no conocía los elementos que tenían las propiedades de esa A finales de la década de los 1860, aparecieron dos posición; introduciendo de esta manera el sistema trabajos publicados con diferentes enfoques sobre la de períodos largos (Fig. 3). repetición periódica de los elementos y regular de sus propiedades, el del químico alemán Julius L. von En 1870, Meyer estudió los elementos químicos en Meyer y el del científico ruso Dimitri Ivanovich forma gráfica, representando el volumen de cada Mendeleiev. átomo en función de su masa y obtuvo una gráfica en picos cada vez mayores (Fig. 4). En 1871, ambos propusieron una nueva tabla que se conformaba por siete filas y, ocho columnas, a causa, de que los elementos poseían propiedades semejantes. 55

TABLA PERIÓDICA Química Figura 3. Tabla periódica propuesta por Dimitri Mendeleiev en 1871. configuración electrónica en su último nivel; por ello, las propiedades químicas de los elementos van a depender de la configuración electrónica. ¿Cuáles elementos químicos logró Dimitri Mendeleiev Volumen atómico (cm3) predecir sus propiedades con bastante exactitud, sin que él mismo supiera de cuáles se trataba? Masa atómica (uma) Logró predecir la existencia de tres elementos que él mismo denominó eka-aluminio, eka -boro y eka -silicio, Figura 4. Meyer encontró que si el volumen de los elementos se que irían en los lugares vacíos de la tabla periódica; los graficaba en función de su masa atómica, se generaba una serie cuales después, se descubrieron y se nombraron: galio de “ondas”. Los picos de las ondas estaban conformadas por los (Ga) (reconocido por Paul E. Lecoq de Boisbaudran en metales alcalinos: sodio (Na), rubidio (Rb), potasio (K) y cesio 1875), escandio (Sc) (descubierto por L. Nilson en 1879) (Cs). y el germanio (Ge) (descubierto por C. Winkler en 1886), respectivamente. Los trabajos del químico y físico inglés, Henry G. Mosseley referentes al estudio de los espectros de Los elementos que se ubicaban en las posiciones los rayos X de los elementos permitieron conocer el similares a los picos, tenían propiedades similares. respectivo número atómico. En 1914, Mosseley Además, estos eran cada vez mayores e formaban ordenó los elementos según su número atómico y, parte de más elementos. así se reformuló el ordenamiento realizado por D. Mendeleiev a lo que se le nombró: Tabla periódica Mendeleiev señaló como criterio de clasificación, las moderna. propiedades fisicoquímicas de los elementos, antes que la masa atómica. Después se dio cuenta que las Mosseley en su concepto de número atómico (Z), propiedades de los elementos dependían del demostró que la medida del número de electrones incremento de la masa atómica. determina la periodicidad de las propiedades de los En los ejercicios de la Lección 2 sobre configuración electrónica, es de notar que los elementos que se hallan en una misma columna, poseen la misma 56

TABLA PERIÓDICA Química elementos, de tal manera, que las configuraciones 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 electrónicas establecen las propiedades periódicas 1 Período más que las masas atómicas. Resultado del trabajo 2 Grupo de Mosseley, se enunció la actual ley periódica, en la 3 cual, establece: las propiedades características de los 4 elementos son funciones periódicas de sus números 5 atómicos. 6 7 2. ORGANIZACIÓN DE LA TABLA PERIÓDICA Actualmente, la Tabla periódica se clasifica según el Figura 5. Identificación de los grupos y periodos en la tabla. orden creciente del número atómico (Z), el cual, está relacionado con la masa atómica, ya que esta Elementos representativos aumenta cuando se incrementa el Z (excepto raras situaciones debido al porcentaje de los diferentes Elementos de transición isótopos del elemento). Grupos y períodos Elementos de transición interna Los elementos se organizan en filas horizontales a los Figura 6. Agrupaciones de la Tabla periódica. que se les nombra períodos y se enumeran con arábigos del 1 al 7. Este número indica la cantidad de niveles de energía o los orbitales que tienen los átomos de los elementos que se ubican en dicho periodo (Fig. 5). Existen dos filas que habitualmente se ubican fuera ¿Cuántos elementos químicos existen? de la Tabla periódica llamadas tierras raras o metales Oficialmente, son 114 elementos químicos que han sido de transición interna. Por las propiedades que reconocidos por la Unión Internacional de Química Pura poseen deberían ubicarse entre el lantano (La) y el y Aplicada (IUPAC) y la Unión Internacional de Física actinio (Ac); cada una de las filas en uno de ellos; por Pura y Aplicada (IUPAP); los elementos químicos 113, tal motivo, los elementos químicos que tienen 115, 117 y 118 todavía no se han aceptado; ya que, sus propiedades similares al lantano se llaman hallazgos no son concluyentes; es decir, las pruebas no lantánidos (primera de las dos filas) y los otros con cumplen con los criterios para el descubrimiento. propiedades similares al actinio, como actínidos (la segunda fila) (Fig. 6). El 28 de junio de 2011, la IUPAC publicó la confirmación del reconocimiento de los elementos 114 y 116, según Los elementos que tienen propiedades similares se los criterios convenidos entre los científicos del Instituto agrupan en 18 filas verticales o columnas llamadas Lawrence Livermore en California, Estados Unidos y con grupos o familias, por la similitud que existe de las el Instituto Conjunto de Investigación Nuclear en Dubda, propiedades químicas entre sus integrantes; y son Rusia; la Tabla Periódica quedó oficialmente formada enumerados con arábigos del 1 al 18 (Fig. 5). Los por 114 elementos. grupos 1 y 2 y del 13 al 18, se nombran elementos representativos y los que están colocados al centro de la tabla, se nombran elementos de transición; es 57

TABLA PERIÓDICA Química decir, los que corresponden a los grupos del 3 al 12 La configuración electrónica del hidrógeno (H, Z = 1) (Figs. 5 y 6). es 1s1; la del helio (He, Z = 2) es 1s2; la del litio (Li, Z = 3) es 1s22s1; es decir, posee dos electrones en el Al grupo 1, se le denomina metales alcalinos. Estos subnivel 1s y un solo electrón en el subnivel 2s. El tienen un solo electrón en su nivel de energía más litio al igual que el hidrógeno posee un solo electrón externo; pero, con tendencia a perderlo, formando en su subnivel externo; por ello; se ubican en la un ión monopositivo (M+). Al grupo 2 se le nombra misma columna. metales alcalinotérreos. Estos elementos químicos Asimismo, el berilio (Be, Z = 4) tiene dos electrones tienen solo dos electrones en su nivel externo, con en el subnivel 1s y dos en el subnivel 2s. tendencia a perderlos; por lo tanto, conforman un ión positivo (M2+). ¿Cómo se les pone nombre a los elementos? Una vez reconocida la existencia de un elemento por la A la derecha de la tabla se encuentra el grupo 17, IUPAC, esta invita a sus descubridores a que propongan cuyos elementos se llaman halógenos. un nombre, que debe basarse en un mineral, un lugar, una propiedad, un concepto mitológico o un científico. El grupo 18 comprende a los gases nobles, que con Junto al nombre, se propone el símbolo. La adjudicación anterioridad se les nombraba como gases inertes, de un símbolo a cada elemento fue idea de J. Berzelius característica que dejó de asignárseles cuando en (1779-1848) quien propuso que consistiese en la inicial 1962, el químico anglocanadiense Neil Bartlett, logró del nombre latino del elemento químico, y si se daba reaccionar el xenón (Xe) con Hexafluoruro de platino una repetición se colocaba otra letra. Por ejemplo, el (PtF6); lo cual, demostró que la reactividad química símbolo químico del carbono es C; el del cloro, Cl; el del de los gases nobles, a pesar que es baja, no es calcio, Ca. Durante el periodo que pasa desde que se totalmente nula. reconoce que existe un elemento hasta que se autoriza un nombre definitivo, se nombra terminando en “io” y Es necesario resaltar que el primer período sólo se le proporciona un símbolo provisional de tres letras; tiene dos elementos: hidrógeno (H) y helio (He). El por ejemplo, para el elemento 113 sería el Ununtrio primero pertenece electrónicamente al grupo 1, (símbolo Uut), el 114 el Ununcuadio (símbolo Uuq), etc. pero químicamente no se comporta como tal; en cambio, el segundo, pertenece electrónicamente al A largo de un período se van llenando de manera grupo 2, pero químicamente pertenece al grupo de consecutiva, las subcapas s y p de los períodos 2 y 3; los gases nobles. s, d y p de los períodos 4 y 5, y las subcapas s, f, d y p en los períodos 6 y 7. Los elementos químicos que A la familia 14 se les denomina carbonoides, al 15 se pertenecen a los lantánidos y actínidos, tienen les llama nitrogenados y al grupo 16, calcógenos o electrones en la subcapa f; ya que, se ubican en el anfígenos; el grupo 13 no posee un nombre en período 6 y 7, respectivamente. Se comprueba que especial, por lo que se le designa por el elemento los gases nobles con su configuración electrónica con el que empieza la serie; es decir, la familia del completa, cierran el período e inician uno nuevo, boro. llenando la siguiente capa. Configuración electrónica Se origina así el diagrama por bloques de la Tabla periódica de acuerdo al orbital que los electrones más externos ocupen (Fig. 7). 58

Bloque s TABLA PERIÓDICA Química Bloque p metales y no metales; por lo que las características que presentan son de ambos (Fig. 8). Bloque d Bloque f Figura 8. Los metales (color anaranjado), no metales (color amarillo) y metaloides (color verde) de la Tabla periódica. Figura 7. Diagrama de bloques de la Tabla periódica según la configuración electrónica.  Metales: Los elementos metálicos son sólidos a temperatura ambiente, excepto el mercurio, el  Bloque s: Está conformado de los elementos de cual, es líquido. Pueden conducir la electricidad los grupos 1 y 2. El grupo 1 (metales alcalinos) con facilidad y poseen brillo metálico. poseen configuración electrónica externa ns1 y los del grupo 2 (metales alcalinotérreos), ns2 (n  No metales: Estos elementos suelen ser sólidos, es el período). líquidos o gases a temperatura ambiente y son malos conductores de la electricidad.  Bloque p: Incluye los grupos 13-18, ya que sus electrones de valencia ocupan los orbitales p. A  Metaloides o semimetales: Se hallan separados partir del grupo 13, con configuración externa por una línea de elementos. Los elementos a la ns2np1, comienza a llenarse el subnivel p. Los izquierda de esta diagonal son los metales y a la elementos del grupo 17, los halógenos, poseen derecha, son los no metales; por ello, tienen configuración electrónica externa ns2np5. Los propiedades intermedias. Los que integran esta elementos del grupo 18, los gases nobles, tienen diagonal son: el boro (B), silicio (Si), germanio los subniveles s y p llenos, así su configuración (Ge), arsénico (As), antimonio (Sb), teluro (Te), electrónica es ns2np6. polonio (Po) y astato (At). El aluminio (Al) no es un semimetal; sino que un metal, debido que la  Bloque d: Está conformado de los elementos de mayoría de sus propiedades son metálicas. los grupos 3-12 (elementos de transición). Los electrones externos que ocupan los orbitales d, 3. PROPIEDADES PERIÓDICAS corresponden al nivel (n-1). Las configuraciones Algunas propiedades de los elementos varían de electrónicas externas varían desde (n-1)d1ns2 a manera regular por la posición que ocupan en la (n-1)d10ns2. Tabla periódica, a estas propiedades se les nombra propiedades periódicas, entre ellas se destacan: el  Bloque f: Incluye a los elementos de transición radio atómico, electronegatividad, el potencial de interna. Los lantánidos añaden electrones a los ionización, electroafinidad o afinidad electrónica y subniveles 4f y los actínidos a los subniveles 5f. el radio iónico. Metales, metaloides o semimetales y no metales Radio atómico La Tabla periódica se divide en dos grandes áreas: Representa la distancia que existe entre el núcleo los metales y no metales. Los metales incluyen los atómico y la capa de valencia; por lo tanto, el radio grupos 1, 2, 3-12 y el bloque f; mientras que, los no atómico permite determinar el tamaño del átomo metales, los grupos 13-18. Por ello, los metales se ubican a la derecha de la tabla, los no metales a la izquierda y los metaloides en la interface de los 59

TABLA PERIÓDICA Química de forma aproximada, puesto que, los electrones Aumenta más externos de un átomo o de un ión no están rigurosamente restringidos a cierta distancia del Disminuye núcleo. El radio atómico aumenta en un grupo de arriba Figura 9. Dirección de disminución y de crecimiento del radio hacia abajo y disminuye al pasar en un período de atómico. izquierda a derecha (Fig. 9) por la atracción que ejerce el núcleo del átomo en los electrones de los orbitales más externos, haciendo que disminuya la distancia núcleo -electrón en los períodos (Fig. 10). Se expresa en angstrom (1Å = 10-10m) (Fig.11). ACTIVIDAD 1. (Tiempo: 30 minutos) DIFERENCIA ENTRE METALES, SEMIMETALES Y NO METALES Con esta actividad se pretende que cada estudiante distinga las propiedades físicas de los metales, no metales y semimetales, tal como: la fragilidad, la conductividad eléctrica e imantación y descubra las tendencias de las propiedades de los elementos de la tabla periódica. Forme grupos de tres estudiantes y repártales los materiales que necesitarán. Pregúnteles: ¿cuál es la ubicación de los metales, no metales y semimetales en la Tabla periódica? ¿Cómo diferenciarían que una sustancia es semimetal, no metal o metal? ¿Cómo se determina la densidad para los objetos regulares e irregulares? Materiales Muestra de las siguientes sustancias: aluminio (Al), carbón (C), cobre (Cu), plomo (Pb), azufre (S), hierro (Fe), magnesio (Mg), yodo (I), calcio (Ca), estaño (Sn) o los que puedan conseguir. 2 segmentos de alambre de cobre aislado, con terminales de caimán. 1 batería de 9 voltios con terminales de pinza. 1 bombilla de 15 voltios. 1 rosca o portabombilla, imán. Procedimiento 1. Observar y anotar en una tabla, el aspecto de cada una de las sustancias proporcionadas; tal como, el estado físico, brillo y color, entre otros. 2. Comparar las sustancias respecto a la fragilidad, golpeándolas contra un objeto duro, como el piso o un soporte metálico. Clasificarlas en las que se rompen y las que no se rompen. 3. Construir un circuito eléctrico y que lo prueben haciendo pasar corriente eléctrica al unir los extremos de los alambres, notando si la bombilla se enciende. Colocar los dos cables en la muestra y observar si enciende o no. 4. Pasar el imán por cada una de las sustancias y observar si es atraído o no. Pregúnteles: ¿cuáles elementos mostraron poseer las características generales de los metales, no metales y semimetales? Indica para cada sustancia el grupo y el período que tienen asignados en la Tabla periódica. ¿Las características metálicas de los elementos a lo largo de un período parecen incrementarse de izquierda a derecha o viceversa? ¿Las características metálicas de los elementos químicos de un grupo aumentan de arriba hacia abajo o viceversa? Aprovechando la conductividad que presentan los metales, ¿cuáles es la utilidad que se les da en la vida diaria?  Radio iónico Es el radio que tiene un átomo cuando ha ganado o ha perdido electrones, haciendo referencia no al átomo, sino al ión. 60

¿Por qué a veces no nos conviene cubrir los restos TABLA PERIÓDICA Química de comida con papel aluminio? El aluminio (Al) es un metal fácilmente atacable por Electrón de la los ácidos, tal como, el ácido cítrico (C6H8O7) u otros capa de valencia ácidos orgánicos presentes, por ejemplo en el R tomate. Por esto no conviene preparar salsas de tomate u otras comidas ácidas en ollas de aluminio; Núcleo atómico ya que, pueden reaccionar con el metal y adquirir el sabor metálico. Figura 10. El radio atómico depende de la distancia que existe del núcleo atómico a los electrones de la capa de valencia. Litio (Li) Berilio (Be) Boro (B) Carbono (C) Nitrógeno (N) Oxígeno (O) Flúor (F) 1.52Å 1.12Å 0.88Å 0.64Å 0.77Å 0.70Å 0.66Å Figura 11. Radios atómicos de los elementos químicos ubicados en el periodo 2. El radio iónico incrementa en un grupo de arriba Disminuye hacia abajo y al pasar en un período, disminuye de Aumenta izquierda a derecha hasta la parte central, para luego volver a aumentar. Por ejemplo, el potasio (K) al Figura 12. Dirección de disminución e incremento del radio ceder un electrón queda cargado +1; la carga iónico. positiva (en el núcleo) atrae más los electrones, lo que provoca la disminución del radio, en cambio, el azufre (S) al ganar dos electrones y adquirir una carga negativa, crea la repulsión de los electrones en su orbital más externo, concibiendo el aumento del radio iónico. En general, los átomos que pierden electrones dan origen a iones más pequeños y aquellos que ganan electrones, iones más grandes (Figs. 12 y 13). 61

Átomo de sodio (Na) Catión Na+ TABLA PERIÓDICA Química 1.86Å 0.95Å arriba hacia abajo. La energía liberada se mide en electrón-voltios (eV) (Fig. 15). Aumenta Disminuye Átomo de flúor (F) Anión F- 0.64Å 1.36Å Figura 13. Radio iónico del catión sodio (Na+) y anión flúor (F-). Figura 15. Direcciones de disminución e incremento de la afinidad electrónica o electroafinidad. Electronegatividad Mide la tendencia de un átomo a atraer electrones Energía de ionización o potencial de ionización cuando se forma un enlace químico; es decir, es la La energía de ionización es la mínima energía que se tendencia de un átomo para atraer los electrones necesita para liberar a un electrón (externo) de un responsables del enlace químico. En un grupo, la átomo en estado gaseoso. Este valor disminuye en electronegatividad disminuye de arriba abajo y un grupo de arriba hacia abajo y en un período aumenta de izquierda a derecha en un período, aumenta de izquierda a derecha. debido a que a medida aumenta el número atómico en el periodo aumenta la carga nuclear, atrayendo Entre mayor sea el volumen de un átomo, con más con más fuerza a los electrones a su alrededor. Se facilidad perderá un electrón ya que existe menos expresa en números sin unidades. El flúor (F) es el atracción nuclear. Este se expresa en unidades de más electronegativo y el francio (Fr) el menor (Fig. electrón-voltio (eV). Al eliminarse un electrón, se 14). llama primera energía o potencial de ionización. Si se elimina un segundo electrón, se llama segunda Aumenta energía de ionización. La tercera, cuarta y demás energías de ionización pueden ser medidas, pero no Disminuye son importantes en una reacción (Fig. 16). Aumenta Disminuye Figura 14. Direcciones de disminución e incremento de la Figura 16. Direcciones de disminución e incremento de la electronegatividad. energía o potencial de ionización. Afinidad electrónica o electroafinidad Es la energía que se libera cuando a un electrón se adiciona un átomo en estado gaseoso. La afinidad electrónica en un período aumenta de izquierda a derecha y al desplazarse en un grupo los valores no cambian considerablemente; pero, disminuye de 62

TABLA PERIÓDICA Química ACTIVIDAD 2. (Tiempo: 30 minutos) PROPIEDADES PERIÓDICAS Con esta actividad se pretende que el estudiantado conozca las tendencias periódicas de los primeros 30 elementos de la tabla periódica; es decir, desde el hidrógeno (H) hasta el zinc (Zn). Para ello, formarán equipos de tres miembros. Repártales los materiales que necesitarán. Materiales Marcadores y papel de diversos de colores. Molde para hacer 30 cubos de hielo. Una regla, tijeras, Tabla periódica. 30 pajillas. Procedimiento 1. El molde deberá ser orientado de forma que se correlacione con la Tabla periódica, es decir: la fila 1 del molde representa el primer período (hidrógeno, H); la fila 2 del molde representa el segundo periodo (desde litio (Li) hasta el neón, Ne) y así, respectivamente. 2. Buscar el radio atómico de cada elemento en libros, enciclopedias, revistas científicas, etc. 3. Cortar una porción de pajilla, a escala, para cada elemento y lo insertarán en el orificio que corresponde en el molde. 4. Escoger un papel de diferente color y señalen cómo cambia la electronegatividad a lo largo de los períodos y los grupos de la tabla. Deberán de realizar este mismo paso, para el caso de la afinidad electrónica, y energía de ionización. Pregunte a sus estudiantes: ¿cómo cambia el radio atómico según se avanza de izquierda a derecha en cada período (4) de la Tabla Periódica? ¿Cómo cambia el radio atómico a medida que se avanza de arriba abajo en un grupo o familia? ¿Y la electronegatividad? ¿Y la energía de ionización? ¿Por qué se describe el radio atómico como una propiedad periódica? ¿Y la electronegatividad? ¿Y la energía o potencial de ionización? ACTIVIDAD INTEGRADORA CON… BIOLOGÍA Un fertilizante que posee nitrógeno (N), fósforo (P) y potasio (K) es un abono NPK. La composición de estos abonos ternarios (NPK), se expresa por medio de tres números que establecen las proporciones de los tres nutrientes: el primer número se refiere al nitrógeno; el segundo, al fósforo y el tercero, al potasio. Las cifras no se corresponden directamente con los porcentajes de cada elemento, pues, el nitrógeno va expresado como N2, el fósforo como pentóxido (P2O5) y el potasio como óxido (K2O). Hacia 1840 y gracias al trabajo de Justus von Liebig (1803-1873) y otros, se supo que las plantas necesitaban que el suelo contuviera estos tres elementos en forma fácilmente asimilable, para poder construir sus tejidos. El otro elemento que es indispensable es el carbono (C), que se puede tomar del dióxido de carbono (CO2) presente en la atmósfera. Por supuesto, que las plantas necesitan disponer de otros elementos (oligoelementos) en proporciones más pequeñas, pero, estos suelen acompañar como impurezas a los mayoritarios o al agua de riego. Actividad: Investiga en diferentes fuentes las respuestas de: ¿qué es un fertilizante? ¿Por qué son importantes los fertilizantes para la nutrición de las plantas? ¿Cuáles elementos químicos componen los fertilizantes? ¿Cuál es el efecto de estos elementos en las plantas? ¿Qué recomendaciones y riesgos existen en el uso de fertilizantes? ¿Qué elementos necesitan las plantas? 63

TABLA PERIÓDICA Química RESUMEN Afinidad electrónica Energía de ionización Radio atómico Energía de ionización Afinidad electrónica Radio atómico Electrón-voltio (eV): Es la cantidad de energía que Ley periódica: Instituye que las propiedades físicas y posee un electrón al ser acelerado por una químicas de los elementos químicos tienden a diferencia de potencial eléctrico de un voltio. Un repetirse de forma sistemática conforme aumenta electrón-voltio equivale a aproximadamente 1.602 x el número atómico. 10-19 J. Número atómico (Z): Representa el número de Elemento: Es una sustancia formada por átomos protones en un núcleo atómico y es equivalente al que tienen igual cantidad de protones en el núcleo número de electrones que orbitan alrededor del Este número se conoce con el número atómico (Z) núcleo en un átomo neutro. del elemento. Potencial o energía de ionización (I): Es la energía Electroafinidad o afinidad electrónica: Es aquella mínima requerida para separar un electrón de un variación de energía que sucede cuando un átomo o átomo o molécula a una distancia tal que no exista molécula gana un electrón para formar un ión interacción electroestática entre el electrón e ión. negativo. Se mide en electrón-voltios. Radio atómico: Es la distancia entre el núcleo del átomo y el electrón más alejado del átomo. 64

TABLA PERIÓDICA Química Si desea enriquecer más su conocimiento, consulte: 1. Andalucía Innova (2011) 100 Preguntas, 100 Respuestas. Especial Química. Extraído en julio de 2011 desde http://www.andaluciainvestiga.com/espanol/revista/pdf/100PreguntasQuimica/100PreguntasQuimica.pdf 2. Andalucía Innova (2011) 100 Preguntas, 100 Respuestas. Especial Ciencia Cotidiana. Extraído en julio de 2011 desde http://www.andaluciainvestiga.com/revista/pdf/100p100cienciacotidianaweb.pdf 3. Educaplus.org (2008) Evolución de la Tabla Periódica. Descubrimiento. Extraído en junio de 2011 desde http://www.educaplus.org/sp2002/evolucion/historiasp8.html 4. IUPAC (2011) News: Discovery of the Elements with atomic number 114 and 116. International Union o Pure and Applied Chemistry. Extraído en julio de 2011 desde http://www.iupac.org/web/nt/2011-06- 01_elements_114_116 5. León, J. (2009) Periodicidad química. No. 6. Colegio San Francisco Javier. Extraído en junio de 2011 desde http://www.javeriano.edu.co/javeriano/guias/GUIA%206%20PERIODICIDAD%20QUIMICA%2010.pdf 6. Portal Planeta Sedna (s.f.) Nuevos metales en el siglo XVII. Los inicios de la química moderna. Extraído en junio de 2011 desde http://www.portalplanetasedna.com.ar/nuevos_metales.htm 7. Phillips, J., Strozak, V., Williams, C. (2004) Química. Colombia: McGraw Hill Interamericana Editores, S.A. de C.V. 8. RENa (2008) La Tabla Periódica. Red Escolar Nacional. Gobierno Bolivariano de Venezuela. Extraído en junio de 2011 desde http://www.rena.edu.ve/TerceraEtapa/Quimica/tablaPeriodica.html 65

TABLA PERIÓDICA Química ACTIVIDAD EVALUADORA 1. De las parejas que se muestran indica cuál 7. Escribe los áreas de la Tabla Periódica que átomo posee mayor energía de ionización: corresponden a: a. O y S b. Al y Cl c. Cu y Au d. Cs y Os 2. De las parejas que se listan, señala cuál es el 1 2 34 átomo que tiene mayor radio atómico: a. Ca y Ga b. He y Ne c. Ge y S d. B y Tl 3. De las parejas que se listan, señala cuál es el átomo que tiene afinidad electrónica: a. K y Rb b. Mn y Co c. I y Ag d. Se y O 4. La afinidad electrónica de los elementos Metales aumenta dentro de un mismo periodo del No metales sistema periódico, de izquierda a derecha. Semimetales De esa magnitud, se podría decir que: Gases nobles a. Toma valores nulos para un gas noble. b. Alcanza valores máximos para los gases 8. Escribe las zonas del gráfico en las que los nobles. últimos niveles de energía pertenecen a: c. Toma valores negativos en los periodos de izquierda a derecha. 1 3 d. Los elementos alcalinos toman valores 2 positivos. 4 5. El catión calcio (Ca2+) tiene con respecto al átomo de calcio (Ca): Orbitales p a. Igual número de protones y electrones. Orbitales f b. Diferente el número de protones e igual Orbitales d número electrones. Orbitales s c. Menor número de electrones. d. Mayor número de protones. 6. ¿Cuál propiedad representa mejor a un no metal? a. Pueden conducir la electricidad y calor y poseen brillo metálico. b. Son malos conductores de electricidad; y están en estado gaseoso, sólido o líquido a la temperatura ambiente. c. Poseen propiedades intermedias entre los elementos químicos que se separan por la diagonal. 66

TABLA PERIÓDICA Química 9. ¿Qué esquema representa el aumento del radio atómico? 10.¿Qué esquema representa el aumento de la electronegatividad? 11.¿Qué esquema representa el aumento de la energía de ionización? 67

Lección 6. SUSTANCIAS PURAS CONTENIDOS 1. Sustancias simples. 2. Sustancias compuestas. 3. Tipos de fórmulas químicas. 4. Compuestos orgánicos e inorgánicos. INDICADORES DE LOGRO ¿POR QUÉ ES IMPORTANTE? 1. Reconoce las sustancias puras como simples o Todas las sustancias en la naturaleza, además de las creadas por el hombre, están conformadas por átomos. compuestas. Sin embargo, algunas poseen átomos del mismo 2. Denota las sustancias simples utilizando los elemento y otras, combinaciones de átomos de diferentes elementos. símbolos químicos. La mayoría de productos comerciales poseen una 3. Representa las sustancias compuestas utilizando simbología que los identifica; de igual manera para representar e identificar a las sustancias, se utilizan fórmulas químicas. símbolos y fórmulas químicas. 4. Identifica los elementos que componen a un DESCRIPCIÓN compuesto. La lección inicia definiendo las sustancias y 5. Escribe una fórmula molecular a partir de una clasificándolas en simples y compuestas. Describe la manera de representarlas y los tipos de fórmulas más fórmula estructural. utilizadas. Además, instruye sobre la clasificación de 6. Clasifica los compuestos de acuerdo con los las sustancias a partir de los elementos que las componen en orgánicas e inorgánicas. elementos que los componen en orgánicos e inorgánicos. 7. Identifica las diferencias entre un compuesto orgánico y un inorgánico. PALABRAS CLAVE Sustancia, elemento, símbolo, compuesto, fórmula química.

SUSTANCIAS PURAS Química El objetivo de la siguiente actividad demostrativa es molecular, cada elemento se compone de un solo que los estudiantes visualicen que los elementos tipo de átomo (Fig. 1). químicos están presentes en su entorno. ACTIVIDAD 1. (Tiempo: 10 minutos) AB .. RECONOZCAMOS NUESTRO ENTORNO Figura 1. A nivel atómico/molecular, los elementos Materiales pueden encontrarse como A. átomos individuales o B. Un pedazo de papel aluminio, un termómetro, un anillo de como moléculas. cualquier material, un foco de 20 W, un pedazo de hierro y alambre de cobre. En la actualidad, se conocen más de 100 elementos que están distribuidos de diferente manera en el Procedimiento entorno. Por ejemplo, el cuerpo humano está 1. Muestre a sus estudiantes cada uno de los materiales y constituido por diferentes cantidades de elementos (Fig. 2A). Comparando con la corteza terrestre, ésta pídales que los pasen entre ellos. posee muchos de los elementos que se encuentran 2. Pregunte: en el cuerpo humano, además de algunos metales y ¿De qué sustancias están hechos cada uno de los materiales minerales adicionales (Fig. 2B). que acaban de observar? ¿Qué otros objetos están hechos de las mismas sustancias? Símbolos de los elementos Para representar a los elementos se utilizan los La mayor parte de la materia que conforma los símbolos. Estos se escriben de manera más rápida y objetos que se utilizan a diario, no se encuentra en fácil que los nombres de los elementos. Los símbolos forma químicamente pura. Una sustancia pura (o de los primeros 109 elementos consisten en una simplemente sustancia) es materia que tiene letra mayúscula o una letra mayúscula seguida de propiedades definidas y una composición que no una minúscula (Tabla 1). varía de una muestra a otra. El agua, la sal de mesa (cloruro de sodio), el azúcar, etc., son ejemplos de Tabla 1. Algunos elementos comunes y sus símbolos sustancias puras. Símbolo Elemento Símbolo Elemento 1. SUSTANCIAS SIMPLES Para indagar sobre el conocimiento de los Ag Plata Fe Hierro estudiantes acerca de los elementos puede preguntar ¿cuáles elementos… Ca Calcio K Potasio  se encuentran en la sangre?  son necesarios para que las cosas ardan y se Pb Plomo Mg Magnesio quemen? Cu Cobre Na Sodio  se utilizan en anuncios que resplandecen?  se encuentran en la leche? Sn Estaño Ne Neón  están en la pasta dental?  hacen que los globos floten? Sin embargo, como vimos en la figura 1, los elementos también se pueden encontrar de manera Los elementos, son sustancias que no pueden molecular debido que así son encontrados en la descomponerse en sustancias más simples. A nivel naturaleza. 69

A Figura 2. Elementos, en porcentaje en masa en: A.

7.39% 10% 18% 64.6% B . el cuerpo humano y B. la corteza terrestre, incluyendo los océanos.

SUSTANCIAS PURAS Química ¿Las estrellas sintetizan elementos? Unos minutos después de la Gran Explosión (Big Bang), el Universo sólo contenía hidrógeno, helio 4 y trazas de deuterio, helio 3 y litio 7. Al cabo de cierto tiempo se originaron las primeras estrellas, donde se formaron los primeros elementos químicos a través del proceso llamado fusión nuclear (proceso mediante el cual los núcleos de dos átomos se unen y se fusionan, formando un nuevo núcleo) que rige su funcionamiento. Si estas estrellas fuesen siempre estables, los elementos habrían permanecido atrapados en su interior y bajo esas circunstancias, todo sería hidrógeno (mezclado con los elementos producidos en el Big-Bang) fuera de éstas. Dado que un elemento se define por el número de protones en el núcleo de cada uno de sus átomos, la fusión nuclear convierte invariablemente uno o más elementos en un elemento totalmente diferente cuando se combinan los protones de los dos núcleos originales en el nuevo núcleo. Por ejemplo, la formación del Berilio 8 se lleva a cabo a partir de la fusión de dos núcleos de Helio 4 y la emisión de una partícula gamma (γ, que son fotones de alta energía que liberan ciertas reacciones químicas). Luego, el Berilio 8 al realizar la fusión con otro núcleo de Helio 4 permite la formación del Carbono 12. La formación de los primeros elementos se puede resumir en las siguientes ecuaciones: Los símbolos 21Dy 13T denotan a los isótopos del hidrógeno, deuterio y tritio, respectivamente. 71

SUSTANCIAS PURAS Química Estas moléculas se nombran igual que un átomo individual de ese elemento (Tabla 2). Así, un átomo de oxígeno se representa por O, pero una molécula de oxígeno por O2; y ambas representaciones corresponden al mismo elemento. Tabla 2. Elementos con forma molecular Estructura Símbolo Molécula Elemento N N2 Nitrógeno H H2 Hidrógeno S S8 Azufre P P4 Fósforo Cl Cl2 Cloro Br Br2 Bromo F F2 Flúor I I2 Yodo Si descubriera un nuevo elemento, ¿cómo lo llamaría? A través de la historia, los científicos respondieron esta pregunta de diferentes maneras. La mayoría tomó la decisión de nombrar la nueva sustancia en honor a la persona que lo descubrió o el lugar que describe (ciudad, pueblo, planetas o asteroides). En la Edad Media, sólo 9 elementos eran conocidos: oro, plata, estaño, mercurio, cobre, plomo, hierro, azufre y carbono; y sus símbolos se derivaron de su nombre en latín: aurum (amarillo), argentum (brillante), stannum (gotea o derretido fácilmente), hydrargyrum (agua plateada), cuprum (Cyprus, lugar en el cual varias minas de cobre eran localizadas), plumbum (pesado) y ferrum (hierro). En 1987, Antoine Lavoisier (1743-1794) publicó el Método de Dado a su aporte a la Química, una Nomenclatura Química, en el que proponía que todos los nuevos estatua de Antoine Lavoisier se elementos debían ser nombrados de acuerdo con sus propiedades. encuentra ubicada en el Museo de Por ejemplo, el manganeso (Mn) que proviene de la raíz griega Louvre en París, Francia. magnes, que significa magnético. 2. SUSTANCIAS COMPUESTAS y en las conchas; se descompone por calentamiento Los componentes del aire, la gasolina y el cemento en otro sólido blanco (CaO) y en un gas (CO2). Cada son llamadas sustancias compuestas o compuestos, uno de estos productos se descompone en otros dos dado que pueden descomponerse, mediante como muestra la figura 3. procesos químicos, en otras más simples. No obstante, estos últimos cuatro productos no se descomponen en otros, por lo que se puede concluir Por ejemplo, el carbonato de calcio (CaCO3) es un que son elementos. sólido blanco que lo encontramos en la piedra caliza 72

SUSTANCIAS PURAS Química Carbonato de calcio 3. TIPOS DE FÓRMULAS QUÍMICAS (CaCO3) Como estudió en la Lección 4, una fórmula química es una representación simbólica de los compuestos A B que indica como mínimo: Óxido de calcio (CaO) Dióxido de carbono (CO2)  Los elementos presentes.  El número de átomos de cada elemento. Calcio (Ca) Carbono (C) Estas se pueden denotar de diferentes maneras: Oxígeno (O2) Oxígeno (O2) 1. Fórmula molecular: es la que indica los números Figura 3. Esquema de descomposición del carbonato de calcio. y tipos de átomos que forman una molécula; es decir, que resume su composición. Como observó en este ejemplo, los compuestos son 2. Fórmula estructural: es la que muestra cómo se sustancias formadas por la combinación de dos o unen los átomos para formar la molécula al más elementos en diferentes proporciones. denotar cuáles átomos están unidos dentro de la molécula. Pueden representarse de forma ACTIVIDAD 2. (Tiempo: 30 minutos) plana (2D) o de manera espacial (3D). CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS DE LOS ELEMENTOS ¿Qué es la fórmula empírica? Un tipo de fórmula no muy utilizada es la fórmula empírica; Materiales por grupo es la más sencilla para un compuesto que muestra los 20 tarjetas, como las mostradas abajo, de los primeros diferentes tipos de átomos y sus números relativos. Estos elementos solo con el nombre del elemento; lápiz, tabla números relativos, se refieren a que los subíndices se periódica. reducen a la razón de enteros más sencilla. Por ejemplo, la fórmula P2O5 es la fórmula empírica de un compuesto Procedimiento cuyas moléculas tienen la fórmula P4O10. Generalmente, 1. Formar grupos de 5 personas. este tipo de fórmulas no brindan mucha información sobre 2. Tomar 20 tarjetas y repartir 4 tarjetas por cada el compuesto. El ácido acético (C2H4O2, el vinagre), la glucosa (C6H12O6, el azúcar) y el formaldehido (CH2O, miembro del grupo. utilizado para fabricar algunos plásticos y resinas); todos 3. Completar la información que se les pide utilizando tienen la misma fórmula empírica (CH2O), lo que puede dar lugar a confusión y por lo que no es tan utilizada este tipo la Tabla periódica. de denotación. 4. Comparar, discutir y verificar la información que han Para determinar la fórmula empírica de un compuesto, primero debemos conocer su fórmula molecular. obtenido. Hidrógeno Número atómico Símbolo Número másico p+:___ e-:___ n0:___ 73

SUSTANCIAS PURAS Química Ejemplos de ambos tipos de fórmulas se observan en la tabla 3. Tabla 3. Representación de tres compuestos químicos mediante fórmulas moleculares y estructurales Fórmula molecular Fórmula estructural (2D) Fórmula estructural (3D) NH3 H NH Amoníaco H CH4 H Metano C C2H6O HH Etanol H HH H C C OH HH CH3CH2OH ACTIVIDAD 3. (Tiempo: 20 minutos) ESCRIBAMOS FÓRMULAS Materiales Un pliego de cartulina, un plumón y tirro. Procedimiento 1.Pegue la cartulina en la pizarra. La cartulina contendrá la tabla de abajo, con la fórmula estructural en 3D como único espacio lleno. 2.Indique a sus estudiantes, que las esferas grises representan átomos de carbono; las rojas, átomos de oxígeno; las blancas, átomos de hidrógeno; las verdes, átomos de cloro y las moradas, átomos de fósforo. 3.Pídales que copien el cuadro en sus libretas de apuntes y lo completen utilizando la información proporcionada anteriormente. Fórmula molecular Fórmula estructural (2D) Fórmula estructural (3D) 74

SUSTANCIAS PURAS Química 4. COMPUESTOS ORGÁNICOS E INORGÁNICOS Existe una gran variedad de compuestos en la naturaleza. Como observó en las fórmulas químicas, estos compuestos poseen una composición diferente. A partir de esto, se pueden clasificar en compuestos orgánicos e inorgánicos. Las características más importantes de estos compuestos se pueden observar en la figura 4. COMPUESTOS ORGÁNICOS COMPUESTOS INORGÁNICOS Formados por enlaces carbono-carbono (C-C), No contienen al carbono como elemento esencial, a carbono-hidrógeno (C-H) o ambos; es decir, que se excepción del CO2 y los carbonatos; por lo que están componen de átomos de carbono e hidrógeno. formados por diferentes elementos unidos por Además, estas cadenas carbonadas pueden estar enlaces iónicos o covalentes. Generalmente son unidas a átomos de oxígeno, nitrógeno, fósforo, etc. solubles en agua y en otros solventes polares y no Este tipo de compuestos forman enlaces covalentes son inflamables. y generalmente poseen un olor y color característico y son inflamables. Figura 4. Ejemplos y características de compuestos orgánicos e inorgánicos. 75

SUSTANCIAS PURAS Química ACTIVIDAD INTEGRADORA CON… MATEMÁTICA EXPRESIONES ALGEBRÁICAS Y FÓRMULAS QUÍMICAS Si al tener una molécula de agua (H2O), su fórmula nos indica que tiene 1 átomo de oxígeno y 2 de hidrógeno; 2 moléculas entonces, suman 2 átomos de oxígeno y 4 de hidrógeno. Si en una muestra hay 25 moléculas de agua, ¿cuántos átomos de hidrógeno hay? Esta pregunta se puede responder por simple inspección o utilizando una expresión algebraica; 2 × n ó 2n, donde n representa el número de átomos de oxígeno. Así, en las 25 moléculas de agua podemos expresar: H = 2 × 25 = 50 átomos de hidrógeno Siguiendo este ejemplo, escriba la expresión algebraica que calcule cuántos átomos de oxígeno habrá en una muestra que contiene 15 moléculas de N2O3. (En este caso n representará el número de átomos de nitrógeno). RESUMEN Compuesto: es cualquier sustancia pura que está Fórmula empírica: La proporción más pequeña de formada por dos o más elementos combinados átomos presentes en un compuesto. siempre en una proporción fija y, separables Símbolo: Es una abreviación o representación corta únicamente por métodos químicos. de un elemento químico. Todos los elementos Elemento: sustancia que no puede ser naturales tienen símbolos químicos de una o dos descompuesta en otras más simples mediante letras; algunos elementos artificiales tienen símbolos reacciones químicas. de tres letras. Fórmula: Combinación de símbolos que indican la Sustancia: porción de materia que posee una composición química de una sustancia. composición química definida. Si desea enriquecer más su conocimiento, consulte: 1. Brown, T. L., LeMay, H. E., Bursten, B. E., Burdge, J. R. (2004). Química. La ciencia central. México: PEARSON EDUCACIÓN. 2. Universitat de Valencia, Elementos químicos. Consultado en julio de 2011 de http://www.uv.es/jaguilar/elementos/elementos.html 3. Petrucci, R., Harwood, W., Herring, F. (2003). Química General. Madrid: Prentice Hall. 4. Whitten, K., Davis, R. E., Peck, M.L., Stanley, G. (2008). Chemistry. CENGAGE Learning. 76

SUSTANCIAS PURAS Química ACTIVIDAD EVALUADORA 1. Identifica: a. Si las siguientes sustancias son sustancias simples (SS) o sustancias compuestas (SC). b. Cuáles son los nombres de los elementos que los constituyen.  H2  FeCl3  NaI B 2. Una sustancia sólida blanca A se calienta intensamente en ausencia de aire y se descompone para formar una nueva sustancia blanca B y un gas C. El gas tiene exactamente las mismas propiedades que el producto que se obtiene cuando se quema carbono con exceso de oxígeno. Con base en estas observaciones, ¿puedes determinar si los sólidos A y B y el gas C son elementos o compuestos? Explica tus conclusiones para cada sustancia. 3. Indica las fórmulas moleculares para las siguientes moléculas, sabiendo que las bolas blancas representan al hidrógeno, las grises al carbono, las rojas al oxígeno, las azules al nitrógeno y las verdes al cloro. 4. En una cochera se encuentra una lata que contiene un líquido. Al introducir un trozo de madera en él y encenderlo, la sustancia arde con flama humeante. El líquido posee un olor fuerte y no se disuelve en agua. Clasifica la sustancia como orgánica o inorgánica. 77

Lección 7. MEZCLAS CONTENIDOS 1. Mezclas. 2. Tipos de mezclas. 3. Métodos físicos de separación. INDICADORES DE LOGRO ¿POR QUÉ ES IMPORTANTE? 1. Diferencia entre una mezcla homogénea y En general, las sustancias que encontramos en la heterogénea. naturaleza y que utilizamos se encuentran en forma 2. Comprende los conceptos de solución, suspensión y de mezclas; por ejemplo, los minerales, el agua del coloide. mar, etc. Por medio de métodos y técnicas, se 3. Reconoce tipos de mezclas homogéneas y puede separar las distintas partes que componen heterogéneas en situaciones cotidianas. una mezcla y obtener sustancias puras. 4. Selecciona el procedimiento idóneo para separar una mezcla de acuerdo con sus características. DESCRIPCIÓN 5. Reconoce la importancia de la separación de mezclas. Esta lección inicia definiendo qué es mezcla y su clasificación en mezcla homogénea y en mezcla PALABRAS CLAVE heterogénea. Luego, se detallan según el tipo de Mezcla, mezcla homogénea, solución, mezcla heterogénea, mezcla que se aborde, los métodos físicos de mezcla grosera, suspensión, coloide, efecto Tyndall, método separación de los componentes que la forman. físico de separación, evaporación, cristalización, tamizado, filtración, decantación, destilación, cromatografía.

MEZCLAS Química 1. MEZCLAS ¿Qué contiene un pintalabios? Son una mezcla de pigmentos, dióxido de titanio (TiO2) La mayoría de los materiales que nos rodean (que aporta la característica del revestimiento), aceites, son mezclas: la sangre, el aire, la madera, el ceras (que brindan la consistencia a la barra) y agente perfume, el cemento, el papel, la pintura, los emoliente (para proteger los labios). En menor medida colorantes, son algunos ejemplos. Una mezcla es pueden contener vitaminas, protectores solares, etc. una combinación de dos o más sustancias puras; en la cual, sus propiedades químicas individuales no El brillo lo aporta el aceite, pero se puede producir un cambian. aspecto menos graso y reflectante añadiendo pequeñas partículas de polimetilmetacrilato. Asimismo, brinda un Por ejemplo, el aire que respiramos es una mezcla aspecto perlado y brillante el nitruro de boro (BN). Para de varios gases: nitrógeno (N2) (78%), oxígeno (O2) fijar el color y lograr un pintalabios con efectos de larga (21%), dióxido de carbono (CO2) (0.03%), vapor de duración se utilizan aceites de silicona. agua (H2O (v)) y otros (0.97%). Para fabricarse la barra los ingredientes se mezclan y se Las mezclas no tienen una composición constante; calientan hasta que funden por completo; la mezcla se por eso las muestras de aire recolectadas de varias vierte después en moldes de metal. Cuando se enfría, se ciudades tienen una composición distinta debido a solidifica y puede desmoldarse. sus diferencias en altitud, contaminación, etc. Las mezclas se clasifican en: mezclas homogéneas y mezclas heterogéneas. ACTIVIDAD 1. (Tiempo: 15 minutos) MEZCLAS HOMOGÉNEAS Y HETEROGÉNEAS Con esta actividad se pretende que el estudiantado prepare mezclas y distinga las diferencias entre las mezclas homogéneas y las heterogéneas. Forme grupos de cuatro estudiantes y repártales los materiales que necesitarán. Pregúnteles: ¿por qué se considera al agua como el solvente universal? ¿Podrían mencionar ejemplos de mezclas que se realizan con agua? ¿Cómo se prepara el café? ¿Se podría preparar café en aceite? ¿Qué otras sustancias se preparan mezclando sólidos con líquidos? ¿Existe el caso contrario en que el sólido se encuentre en mayor cantidad y se agregue un poco de líquido? ¿Qué es una mezcla? ¿Qué materiales se pueden mezclar? ¿Todas las mezclas son iguales? ¿Qué tienen en común y cómo se diferencian? Materiales 1 cucharada de almidón de maíz. 1 cucharada de sal (cloruro de sodio: NaCl). 2 cucharadas de frijoles. 1 cucharada de tierra. 5 vasos plásticos transparentes. 1 cucharada de azúcar (sacarosa: C12H22O11). Agua (cantidad necesaria). 5 cucharas de plástico. Procedimiento 1. Observar las sustancias y anotar su estado de agregación (sólido, líquido o gaseoso). 2. Enumerar cada vaso del 1 al 5 y verter agua en cada uno de los vasos, hasta la mitad de su capacidad. 3. Agregar la sal al vaso 1 lentamente, tratando de no mover mucho el agua, para observar los cambios que se generan en el agua y así, registrarlos. Luego, verterán el almidón de maíz en el vaso 2; los frijoles en el vaso 3; la tierra en el vaso 4 y el azúcar en el vaso 5. 4. Revolver cada vaso buscando que los materiales se mezclen. Deberán registrar si se ha modificado el resultado. 5. Dejar reposar las mezclas. Registrar sus observaciones. 79

MEZCLAS Química Pregúnteles: ¿son diferentes las mezclas generadas con las distintas sustancias? ¿Qué tienen de distinto? ¿Difieren los componentes de las mezclas a simple vista? ¿Es más fácil mezclar un material que otro? ¿Los materiales se disuelven en el agua, se precipitan o flotan? Luego del reposo, ¿se observan cambios en las mezclas? ¿Será posible separar las mezclas? Esta última pregunta permitirá iniciar con la segunda parte de la lección. Solicíteles que dialoguen con su grupo, registrando sus propuestas en su cuaderno. Para este ejercicio sólo se necesitarán tres o cuatro minutos. 2. TIPOS DE MEZCLAS Dentro de las mezclas homogéneas, encontramos el Cada una de las sustancias que forman una mezcla término solución o disolución química. se denomina componente. A los componentes de una mezcla, por lo general, también se les llama Una solución es una mezcla homogénea de dos o fases. más sustancias, que se presenta en una sola fase. La sustancia que se disuelve se llama soluto y está Mezcla homogénea presente, por lo general, en una pequeña cantidad La mezcla homogénea está formada por diferentes en comparación a la sustancia donde se disuelve, componentes, que no pueden distinguirse a simple nombrada solvente. Se define así (Ec. 1): vista y forman una sola fase. Si se toman muestras en varias zonas de la mezcla, la Ec.1 proporción de sus componentes es idéntica; así, el agua potable es una mezcla de agua y distintas sales Tanto el soluto como el solvente pueden ser gases, minerales; no vemos las sales que están disueltas, sólidos o líquidos (como en el caso de las bebidas solamente se observa la fase líquida; en un licuado gaseosas: el dióxido de carbono, CO2, es el soluto y el de fresa, no se diferencia la leche de las partículas de agua, es el solvente). En una solución, el soluto y el fresa ni del azúcar (Fig. 1). solvente interactúan a nivel de moléculas y de iones; el tamaño de las partículas dispersas es menor a + += 0.001 µm. Leche + Fresa + Azúcar = Licuado Esto explica la homogeneidad de las soluciones y la imposibilidad de separar sus componentes por Figura 1. Ejemplo de mezcla homogénea. métodos mecánicos. Las soluciones de acuerdo al estado de agregación se clasifican en (Tabla 1): Tabla 1. Clasificación de las soluciones según el estado de agregación Solvente Soluto Ejemplo Sólido La naftalina (C10H8) tiende a sublimarse lentamente en el aire. GAS Líquido El vapor de agua (H2O (v)) en el aire. Gas El aire. Tiene nitrógeno (N2), oxígeno (O2), vapor de agua (H2O), ozono (O3), algunos gases nobles y dióxido de carbono (CO2). LÍQUIDO Sólido La amalgama formada por oro (Au) y mercurio (Hg) es utilizado por los dentistas para cubrir una obturación. Líquido Gas El etanol (CH3CH2OH) en agua (H2O). Sólido La bebida carbonatada es una solución de dióxido de carbono (CO2) en agua (H2O). Mezclar estaño (Sn) y antimonio (Sb) es una aleación utilizada en la soldadura. SÓLIDO Líquido Hexano (C6H14) disuelto en la cera de parafina. Gas El hidrógeno (H2) se disuelve en los metales, especialmente, en el paladio (Pd). 80

MEZCLAS Química Mezcla heterogénea tiempo y luego, sedimentan; por ejemplo, la arena, La mezcla heterogénea se compone por dos o más almidón, talco o harina en agua (Fig. 4). componentes que son distinguibles a simple vista; tienen varias regiones con propiedades diferentes, es decir, con dos o más fases; por ejemplo, en una mezcla de azúcar y arena, por medio, de una lupa se pueden diferenciar los granos de arena de los cristales de azúcar. Las propiedades no se modifican, como sucede en Figura 4. La mezcla de harina con agua es una suspensión. Las una ensalada, ya que se puede distinguir el tomate partículas de harina se depositan en el fondo del recipiente si se de la cebolla o del hongo (Fig. 2). deja en reposo. + += Entre la mezcla homogénea y la heterogénea, hay un tipo de mezcla intermedia denominado coloide. El Tomate + Cebolla + Hongo = Ensalada nombre coloide proviene de la raíz griega kolas que Figura 2. Ejemplo de mezcla heterogénea. significa que puede pegarse, ya que una de sus propiedades es la tendencia espontánea hacia la Las mezclas heterogéneas se clasifican en: mezclas formación o agregación de coágulos. El tamaño de groseras y suspensiones. las partículas de la fase dispersa es entre 0.001 y 0.1 µm (Fig. 5). Mezclas groseras: Comprende partículas que son distinguibles a simple vista por su gran tamaño, son mayores y 50 µm; por ejemplo, las piedras y el granito (Fig. 3). Figura 3. El granito es una mezcla grosera ya que se distinguen Figura 5. La mayonesa es una coloide; específicamente, es varios tipos de minerales. denominada una emulsión. Suspensiones: Las partículas poseen dimensiones Los coloides se componen de dos partes: comprendidas entre 0.1 a 50 µm. La característica de 1. Fase dispersa o partículas dispersas: Esta fase esta dispersión, es que las partículas finas se hallan suspendidas en el solvente (líquido o gas) por un corresponde al soluto en las soluciones, y está constituida por moléculas sencillas o grandes. 2. Fase de la dispersión o medio dispersante: Es la sustancia en la cual las partículas coloidales se distribuyen. Esta fase corresponde al solvente de las soluciones. Según el estado físico en que se encuentre la fase dispersa y la fase dispersante, los coloides toman varios nombres (Tabla 2): 81

MEZCLAS Química Tabla 2. Tipos de coloides Fase dispersa Fase dispersante Nombre del coloide Ejemplo Espuma sólida Piedra pómez. Sólido Espuma Crema batida, espuma para afeitar. GAS Gel Aceite de ballena, gelatina, jaleas. Emulsión Mayonesa, crema de manos, leche, sangre, mantequilla. Líquido Aerosol líquido Nubes, niebla, bruma. Sol sólido Carbón en hierro fundido, cristal de rubí. Sólido Sol Pintura, tinta china. Aerosol sólido o humo Partículas en el aire, humo, polvo volcánico. LÍQUIDO Líquido Gas Sólido SÓLIDO Líquido Gas Ya que los coloides se encuentran en una situación Cuando las partículas cargadas en su superficie media entre las mezclas homogéneas y las mezclas atraen a cargas del signo opuesto, se forma una heterogéneas, poseen las siguientes propiedades: doble capa. Por ejemplo, el agua forma dipolos que rodean los iones de los coloides, como ocurre en el Propiedades ópticas: Si se proyecta un haz de luz a caso del jabón, donde las moléculas del agua rodean través de un coloide, la trayectoria del haz se hace las cargas del jabón formando micelas (Fig. 7). visible por la reflexión de la luz en las partículas coloidales. A este fenómeno se le nombra Efecto Parte hidrofílica Tyndall, en honor al físico irlandés John H. Tyndall, (cabeza) quien estudió esta propiedad (Fig. 6). Parte hidrofóbica (cola) La desviación de luz en un coloide sucede porque las partículas reflejan la luz creando un haz visible. En el Moléculas de agua caso de las soluciones esto no ocurre debido a que el Figura 7. Estructura de una micela. tamaño de las partículas disueltas es muy pequeño, en comparación con las de un coloide. Figura 6. En una dispersión coloidal puede verse el camino del ¿Qué es la gelatina? haz de luz; pero no a través de una solución. La gelatina es un coloide incoloro, translúcido, insípido y quebradizo que se obtiene a partir del colágeno (proteína Propiedades eléctricas: Las partículas coloidales del tejido conectivo) procedente de la piel, los huesos y pueden tener o absorber iones negativos o iones de otros tejidos de ganado porcino o vacuno, a través del positivos, de tal manera, que las partículas se tratamiento con álcalis o ácidos. repelen unas a otras, frenando la precipitación de la dispersión coloidal. Estos despojos animales, una vez tratados, se cuecen en agua caliente, con el objetivo de extraer la gelatina; dicho extracto se seca y pulveriza. Para comercializar la gelatina y elaborar postres, se mezcla con aditivos, colorantes alimentarios, azúcar y saborizantes artificiales. 82

MEZCLAS Química Aceite Aceite y agua no se mezclan: ¿Cómo funciona el jabón? Agua El aceite reposa en la superficie Habrá notado que el aceite flota sobre el agua, pues esto del agua. ocurre porque posee una menor densidad, tal como se observa en la Figura 8. Sin embargo, cuando se adicionan Se adiciona detergente (surfactante): unas gotas de detergente líquido, desaparecen las dos Del detergente la parte que es afín al agua capas. (hidrofílica) se une a la parte azul del agua y la parte afín al aceite (hidrofóbica) se Este fenómeno es a causa de que los detergentes están une a la parte anaranjada del aceite. compuestos de dos partes: una parte hidrofóbica (afín al aceite) y una parte hidrofílica (afín al agua). La parte hidrofóbica es atraída hacia el aceite rodeándolo, dando origen a las micelas (Fig. 7); de tal manera, que al final se tiene una emulsión de aceite en agua. El aceite y el agua se mezclan cuando está presente el surfactante: El surfactante permite la formación de las micelas, las cuales, permiten que el aceite se disuelva en el agua. Figura 8. Formación de micelas para la disolución del aceite en agua. ACTIVIDAD 2. (Tiempo: 15 minutos) EFECTO TYNDALL Con esta actividad se pretende que el estudiantado determine si una mezcla de dos componentes se trata de una solución, una suspensión o un coloide a través del Efecto Tyndall. Forme grupos de cuatro estudiantes y repártales los materiales que necesitarán. Pregúnteles: ¿por qué sera fácil observar las luces de un carro en la niebla? ¿Cuándo aparece la niebla? ¿Es una mezcla homogénea, mezcla heterogénea o un coloide? Proporcionen ejemplos de coloides. Materiales 2 cucharadas de refresco en polvo. 1 clara de huevo. ½ taza de leche. 2 cucharadas de harina. 4 vasos plásticos transparentes. 1 linterna pequeña. Agua (cantidad necesaria). ¼ pliego de cartulina negra. Procedimiento 1. Enumerar los vasos del 1 al 4 y verter agua a cada uno de ellos, hasta la mitad de su capacidad. 2. Añadir la clara de huevo al vaso 1, la harina al vaso 2, el refresco en polvo al vaso 3 y la leche al vaso 4. 3. Agitar fuertemente cada mezcla y luego, dejarlas reposar durante un minuto. Observar. 4. Colocar la cartulina negra como fondo a cada vaso por separado e iluminar los vasos mediante la linterna. De preferencia, apagar las luces del aula para apreciar mejor el efecto. Pregúnteles: ¿cuáles mezclas forman una solución, suspensión o un coloide? ¿Cómo las distinguen? ¿Cómo será el movimiento de las partículas en una solución, suspensión y un coloide? ¿En cuáles vasos se observó el rayo de luz? ¿Por qué consideras que se puede ver y en otras mezclas no? ¿Qué las hace diferentes? Brinda una definición de solución, suspensión y coloide, y elabora un cuadro comparativo en relación a las propiedades de una solución. 83