Download Taller Enlaces químicos Propiedades químicas y físicas

Universidad Interamericana de Puerto Rico Recinto de
Fajardo Departamento de Ciencias y Tecnología.
Proyecto Interfa – Matci: Académia de Agosto a Diciembre 2015
Sufragado con fondos de Titulo II, Parte B
de la Ley de Educación Elemental y
Secundaria de 1965, según enmendada por
la ley “No Child Left Behind”
Capacitador: Héctor A. Reyes Medina
Email: [email protected]
Propiedades Químicas de la Materia
Las propiedades químicas se derivan de los diferentes tipos de
cambios químicos que un material puede llevar a cabo.
Ejemplo:
¿Se quema?
¿Ayuda a otras sustancias a quemarse?
¿Reacciona con agua?
¿Reacciona con ácidos y/o bases?
¿Con cuáles otras clases de sustancia reacciona?
¿Es tóxica?
Ejercicio 1
Comprender las ideas
¿Cuál de las siguientes propiedades NO es una propiedad química?.
a.
b.
c.
d.
La reactividad con el oxígeno.
La maleabilidad.
La inflamabilidad.
La reactividad con ácidos.
Cambios Químicos
Cada vez que una sustancia lleva a cabo un cambio, formando una o más
sustancias nuevas con diferentes propiedades, ha ocurrido un cambio
químico (reacción química).
En un cambio químico las sustancias
que están presentes antes y después
son diferentes.
Ejemplos:
Quemar
Digerir
Fermentar
Evidencias de los Cambios Químicos
Podemos identificar diferentes evidencias que nos permiten
predecir que ocurrió un cambio químico.
Estas evidencias son las siguientes:
1. Formación de precipitado.
2. Evolución de gas.
3. Emisión de luz.
4. Cambio en temperatura.
5. Cambio en color.
Modelo Atómico de Partícula
Podemos representar el átomo como si fuera de forma esférica, a
esto se le conoce como el Modelo de Partícula.
0.384 nm
Na
Cl
0.198 nm
Si observamos el diámetro del átomo de Sodio podemos observar que
es mayor que el de Cloro. ¿Cómo se podría matemáticamente
determinar el radio del átomo?
El Radio Atómico (R. A.)
Dividiendo el diámetro
entre dos se puede
calcular el radio del átomo.
Ratómico = Datómico / 2
Disminuye a través de las familias
El radio es una propiedad
periódica de los elementos.
Por lo tanto se puede
Aumenta a través de los
predecir.
Periodos
El Radio Atómico (R. A.)
Disminuye a través de las familias
¿Por qué disminuye a
través de las familias?
¿Porqué aumenta a través
de los periodos?
Aumenta a través de los
Periodos
El Radio Atómico (R. A.)
Disminuye a través de las
familias, porque aumenta el
Número Atómico.
Disminuye a través de las familias
¿Qué representa el número
atómico?
Al aumentar la cantidad de
protones y electrones aumenta
la energía de atracción de los
protones hacia los electrones y
Aumenta a través de los
disminuye el R. A.
Periodos
El Radio Atómico (R. A.)
Aumenta a través de los
periodos, porque aumenta el
número de Niveles Energéticos.
Disminuye a través de las familias
Al aumentar la cantidad de
Niveles Energéticos aumenta
la nube electrónica del átomo, se
hace más grande y aumenta el
R. A.
Aumenta a través de los
Periodos
Modelo Atómico Simplificado
Podemos representar el átomo de la siguiente manera. El núcleo en
el centro y los electrones alrededor del núcleo. ¿Recuerdan el
modelo Rutherford-Bohr?
ee-
H
He
e-
Hidrógeno posee un solo protón, sin embargo Helio posee dos protones.
No es lo mismo que un protón atraiga a un electrón, a que dos protones
atraigan dos electrones.
Modelo Atómico Simplificado
También podemos representar al ión de cada átomo en el Modelo de
Partícula.
0.190 nm
Na+
e-
Cl-
0.362 nm
Observemos el diámetro del átomo de Sodio al donarle un electrón al
átomo de Cloro, ¿qué le ocurre? ¿Podrías predecir que le ocurre a los
átomos de Sodio y Cloro? ¿En qué se transforman los átomos de sodio y
cloro al donar o recibir un electrón?
El Radio Iónico (R. I.)
Veamos el ejemplo de Sodio.
Al donar un electrón queda
desbalanceado con relación a los
protones y electrones y se hace
más positivo.
Aumenta a través de las familias
Al tener más protones que
electrones la carga positiva
domina en atracción.
La repulsión de los electrones
disminuye y son atraídos a núcleo,
disminuyendo el R. I.
Aumenta a través de los
Periodos
El Radio Iónico (R. I.)
Veamos el ejemplo de Cloro.
Al aceptar un electrón queda
desbalanceado en relación a la
cantidad de protones y electrones y
se hace más negativo.
Aumenta a través de las familias
Al tener más electrones que
protones la carga negativa domina
en repulsión.
La repulsión delos electrones
domina la atracción de los
Aumenta a través de los
Periodos
protones y aumenta el R. I.
El Radio Iónico (R. I.)
Aumenta a través de los
Periodos, porque aumenta el
número de Niveles Energéticos.
Aumenta a través de las familias
Al aumentar la cantidad de
Niveles Energéticos aumenta
la nube electrónica del átomo, se
hace más grande y más
espaciosa, por lo tanto aumenta
el R. I.
Aumenta a través de los
Periodos
El Número de Oxidación
El Número de Oxidación se refiere al número de electrones que puede
donar o aceptar un ion. Si el ion es positivo significa que tiene la
capacidad de aceptar electrones y si es negativo significa que tiene la
capacidad de donar electrones. El Número de Oxidación también es una
Propiedad Periódica. Fíjate cómo cambia esta propiedad a través de las
familias.
+1
0
+2
+3 +4 -3 -2 -1
ó
+2
Gilbert N. Lewis
1916- Gilbert N. Lewis formula la
Regla del Octeto.
Esta es una teoría para el átomo
cúbico.
Contribuyó al estudio de la
termodinámica, la estructura
atómica y las reacciones ácido y
base.
Contar electrones de Valencia
Átomo de Oxígeno
Total de electrones: ?
Primer nivel: ?
Segundo nivel: ?
Átomo de Sodio
Total de electrones: ?
Primer nivel: ?
Segundo nivel: ?
Tercer nivel: ?
Regla del Octeto
La regla del octeto, plantea
que los átomos tienden a ganar,
perder o compartir electrones
para completar ocho electrones
en su último nivel de energía
(conocida como Capa de
Valencia) por lo que
adquiere una configuración
de gas noble, lo que le provee
estabilidad
Configuración electrónica de (Na) y (Cl).
1s2 2s2 2p6 3s1
1s2 2s2 2p6 3s2 3p5
En la figura se muestran los electrones de
valencia del (Na) sodio, donándole un
electrón al (Cl) cloro, para llegar a su
octeto. Los electrones de valencia son los
electrones que están ubicados en el último
nivel.
Electrones de Valencia
Los electrones de valencia determinan
las propiedades químicas de un
elemento. Estos se ubican en el nivel
principal y más alto de energía de un
átomo.
Configuración electrónica de (S)
Azufre:
Por ejemplo, el átomo de azufre (S)
contiene 16 electrones.
De los 16 solamente 6 ocupan los
orbitales 3s y 3p. El azufre tiene 6
electrones de valencia.
Configuración electrónica de(O)
1s2 2s2 2p6 3s2 3p4
Oxígeno:
1s2 2s2 2p4
La Energía de Ionización (E. I.)
Es la energía necesaria para
remover un electrón a un átomo.
Por lo tanto, ¿qué átomos tendrán
una menor energía de ionización
en la tabla?
Aumenta a través de las familias
La E. I. Aumenta a través de las
familias y disminuye a través de
los periodos, ¿porqué?
Disminuye a través de los
Periodos
La Energía de Ionización (E. I.)
Aumenta a través de las familias
porque los elementos ubicados
en las familias IA y IIA, tienden a
donar electrones fácilmente para
tratar de parecerse al Gas Noble
que le precede (anterior).
Los elementos de las familias
VIIA y VIA, tienden aceptar
electrones y no a donarlos, para
tratar de parecerse al Gas Noble
que le sigue (posterior).
Aumenta a través de las familias
Disminuye a través de los
Periodos
La Energía de Ionización (E. I.)
Aumenta a través de las familias
Disminuye a través de los
periodos porque a mayor periodo,
mayor es la nube electrónica y
más lejos del núcleo quedan los
electrones de valencia.
Además, ocurre el efecto pantalla
o sombrilla. Los electrones de los
niveles cercanos al núcleo tienden
a interrumpir la energía de
atracción ejercida por el núcleo a
los electrones de valencia.
Disminuye a través de los
Periodos
La Energía de Ionización (E. I.)
Los factores que afectan la energía de ionización
1.
2.
3.
4.
La carga nuclear – a mayor carga nuclear, mayor energía de
ionización.
El efecto de pantalla – mientras mayor es el efecto pantalla, menor
es la energía de ionización.
El radio – mientras mayor es la distancia entre el núcleo y los
electrones externos del átomo, menor es la energía de ionización.
El subnivel – un electrón es un subnivel que está lleno o a medio
llenar, requiere energía adicional para ser removido
Afinidad Electrónica (A. E.)
Es la atracción de un átomo hacia
un electrón adicional. Los mismos
factores que afectan la energía de
ionización, también afectarán la
Afinidad Electrónica.
Por lo tanto, ¿qué átomos tendrán
una menor A. E. en la tabla?
Aumenta a través de las familias
La A. E. Aumenta a través de las
familias y disminuye a través de
los periodos, ¿porqué?
Disminuye a través de los
Periodos
Electronegatividad
La Energía de Ionización se refiere a los
electrones de valencia de los átomos.
La Afinidad Electrónica se refiere a los
átomos aislados
Pero, existe una escala comparativa que
relaciona a estas dos propiedades y
depende de su estado de oxidación, ¿la
conoces?
Linus Carl Pauling (1901-1994)
A ésta característica se le
conoce como Electronegatividad
Químico y Físico Estadounidense
Con sus trabajos describe la
naturaleza de los enlaces químicos.
Electronegatividad
Según Pauling
Aumenta a través de las familias
La Electronegatividad es la
tendencia o capacidad de un
átomo, en un compuesto, para
atraer los electrones hacia sí al
estar enlazado a otro átomo.
Su comportamiento periódico
responde a los mismos factores
que afectan a la E.I. y a la A. E.
Por lo tanto, ¿qué átomos tendrán
una mayor Electronegatividad en la Disminuye a través de los
tabla?
Periodos
Electronegatividad
Según Mulliken
La Electronegatividad de un elemento puede
determinarse promediando la Energía de
Ionización de sus electrones de valencia y
su Afinidad Electrónica
Robert Sanderson Mulliken (1896-1986)
Físico, Químico y Profesor Universitario
En 1966 fue galardonado con el Premio Nobel
de Química por ampliar el conocimiento de los
enlaces químicos y la estructura electrónica de
las moléculas mediante el método orbital.
Electronegatividad
Muchas propiedades químicas de los elementos se pueden relacionar
con la electronegatividad.
Por ejemplo:
•
A menor radio atómico, mayor será la electronegatividad.
•
A mayor energía de ionización, mayor será la electronegatividad.
•
A mayor afinidad electrónica, mayor será la electronegatividad.
•
A mayor fortaleza del enlace entre dos átomos, mayor será la
diferencia entre sus electronegatividades.
Combinar átomos a través
de los enlaces químicos
La formación de enlaces químicos es la unión de átomos para formar
sustancias nuevas.
Las propiedades de estas nuevas sustancias son distintas a las
propiedades de los elementos originales.
Se llama enlace químico a una interacción que mantiene unidos a dos
átomos.
Cuando se forman enlaces químicos , se comparten, se ganan o se pierden
electrones.
El Carácter de los Enlaces
Cuando la diferencia en electronegatividad entre dos átomos es muy
grande, los electrones se transfieren totalmente de un átomo al otro.
Cuando la diferencia en electronegatividad entre dos átomos es pequeña,
los electrones serán compartidos
¿Cuándo podemos decir que se transferirán completamente o se
compartirán los electrones?
Diferencias en Electronegatividad
0.00
0.65 0.94 1.19
Enlace Covalente
1.43
1.67
1.91 2.19 2.54
Enlace Iónico
3.03
Enlaces Químicos
Es la unión entre dos o más átomos para formar un compuesto molecular
(molécula) o iónico (cristales).
Podemos utilizar la siguiente
clasificación o categorías para
indicar los tipos de enlace
existentes:
Enlace iónico
Enlace covalente
Enlaces químicos
Enlace Iónico
Éste tipo de enlace se forma cuando ocurre
una transferencia completa de electrones.
Si los iones se acercan para estar casi en
contacto, la fuerza de atracción será lo
suficientemente grande para mantenerlos
unidos.
La fuerza electrostática que mantiene unidos
dos iones debido a las diferencias en sus
cargas es el enlace iónico.
Enlace Iónico en el NaCl
Donde el enlace es posible
debido a las cargas opuestas
de los iones formados Na+ Cl-
Formar enlaces iónicos
Observa en el video la reacción de sodio con cloro para producir cloruro de
sodio.
Link: http://www.youtube.com/watch?v=5kaVWccdTNQ
Características Compuestos Iónicos
Forman redes cristalinas muy compactas.
Poseen altos puntos de fusión.
Están formados por metales y no metales.
La mayoría son solubles en disolventes
polares.
La mayoría son insolubles en disolventes no
polares.
Fundidos o en solución conducen
electricidad.
Enlaces químicos
Enlace Covalente
Los átomos que poseen
electronegatividades iguales o parecidas,
tienen la tendencia a reaccionar
compartiendo sus electrones.
El par o los pares de electrones que se
comparten constituyen un enlace covalente.
Cuando dos o más átomos forman un enlace
covalente, la partícula resultante se le
conoce como molécula.
Enlace Covalente en el CH4
Donde el enlace es posible
debido a que cada átomo
comparte electrones con otros
átomos.
Ejercicio 2
Usar términos
claves
Escoge el término
correcto del banco de
palabras.
Red cristalina
Molécula
Formación de un enlace
químico
Electrón de valencia
Enlace covalente
Enlace iónico
Enlace químico
Ion
La interacción que mantiene unidos a los átomos
es un/una ________________.
Una partícula con carga que se forma cuando un
átomo transfiere electrones es un/una __________.
Un/una ___________ es un enlace que se forma
cuando los átomos comparten electrones.
La interacción que se forma cuando dos átomo
comparten electrones es un/una ______________.
Un electrón del nivel de energía externo de un
átomo es un/ una ________________.
Los compuestos iónicos están enlazados en un
patrón tridimensional llamado ____________.
La Representación de los
Cambios Químicos
Hemos visto que en la Química
utilizamos un método abreviado para
escribir las fórmulas de las sustancias.
Éste método, también es utilizado para
describir los cambios que sufren las
sustancias.
Por ejemplo, observa lo que ocurre en
la lámina. De acuerdo a tu experiencia y
lo aprendido en el curso, ¿qué tipo de
cambio está ocurriendo? ¿En qué manera
podríamos describir lo que ocurre?
Descripción verbal de la combustión de acetileno
En la combustión de acetileno
ocurre lo siguiente:
Dos moléculas de acetileno
gaseoso reaccionan con cinco
moléculas de oxígeno gaseoso para
producir cuatro moléculas de
bióxido de carbono gaseoso y dos
moléculas de agua en su estado
líquido.
La Representación de los Cambios Químicos
Resulta mucho más fácil expresar la combustión de acetileno en la
antorcha del soldador de la siguiente manera:
2C2H2(g) + 5O2(g)
→
4CO2(g) + 2H2O(l)
La importancia de conocer cómo se nombran los compuestos, es
poder utilizar dichas fórmulas químicas para representar los cambios
químicos que ocurren en una reacción química.
Fórmulas y Ecuaciones Químicas
Todas las sustancias e forman a partir de 100 elementos. A cada elemento
le corresponde un símbolo químico propio.
En matemáticas cuando se quiere representar una relación entre variables,
se hace mediante una ecuación algebraica.
2X + 3 = Y
Una fórmula química es una forma de utilizar símbolos químicos para
representar una sustancia y muestra cuántos átomos de cada tipo tiene una
molécula.
Escribir Fórmulas de Compuestos Covalentes
Los compuestos covalentes están formados por no metales y se utilizan
Prefijos. Los prefijos indican cuántos átomos de cada elemento hay en la
Fórmula.
Escribir Fórmulas de Compuestos Iónicos
Los compuestos iónicos están
formados por metales y no metales
y debes asegurarte que la carga
final del compuesto sea cero.
Los subíndices de la fórmula deben
hacer que las cargas delos iones se
anulen entre sí.
Escribir los nombres de los
compuestos
Ejercicio 4
Usar términos
claves
Las siguientes oraciones
son falsas. Reemplaza el Una fórmula química describe una reacción
química.
término subrayado.
Los reactivos son las sustancias formadas a
partir de una reacción química.
La fórmula química correcta
del tetracloruro de carbono
es…
a.
b.
c.
d.
CCl3
C3Cl
CCl
CCl4
El óxido de calcio posee una
fórmula…
a.
b.
c.
d.
Ca2O2
Ca2O
CaO
CaO2
Añade los coeficientes
correctos para equilibrar
las ecuaciones…
a. Na + Cl2
NaCl
b. Mg + N2
Mg3N2
Reacciones Químicas
Por lo tanto, podemos definir reacción química como:
Proceso por el cual una o más sustancias se transforman en una o más
sustancias diferentes.
En Química la forma de representar una reacción química se le conoce
como ecuación química.
2C2H2(g) + 5O2(g)
→
4CO2(g) + 2H2O(l)
Reacciones Químicas
Una Ecuación Química correcta:
•
Indica los cambios que se llevan a cabo.
•
Muestra las cantidades relativas de los diferentes elementos y de los
compuestos que toman parte en esos cambios.
A las sustancias que inician una reacción química se les conoce como
Reactivos o Reactantes.
A las sustancias que se forman de una reacción química se les conoce
como Productos
Reacciones Químicas
2C2H2(g) + 5O2(g)
Reactivos
→
4CO2(g) + 2H2O(l)
Productos
Las letras entre paréntesis después de una fórmula indican el estado
físico de cada sustancia que participa en la reacción.
(g) = sustancia en forma gaseosa
(l) = sustancia en forma liquida
(s) = sustancia en forma sólida
(ac) = sustancia en forma acuosa o en medio acuoso (disuelta en
agua)
Reacciones Químicas
Al leer la ecuación química anterior
2C2H2(g)
+
5O2(g)
Acetileno o Etino +
Oxígeno
Reactivos
→
producen
producen
4CO2(g) + 2H2O(l)
Bióxido
+
de Carbono
Agua
Productos
Clasificación de los Cambios Químicos
Existen cientos de diferentes tipos de reacciones químicas.
¿Conoces algunas? Menciónalas
Por el momento solamente consideraremos cuatro tipos de reacciones
generales:
Las reacciones de Desplazamiento Simple
Las reacciones de Desplazamiento Doble
Las reacciones de Descomposición
Las reacciones de Síntesis
Desplazamiento Simple
En este tipo de reacción, un elemento desplaza a otro en un
Compuesto.
A + BC → AC + B
D + BC → BD + C
Cl2(g)
+
2KBr(ac)
→
2KCl(ac) + Br2(l)
El cloro desplaza al bromo del bromuro de potasio
3Li(s)
+
CmF3(s)
→
3LF(s) + Cm(s)
El litio desplaza al curio del fluoruro de curio (III)
Desplazamiento Simple
Ejemplos de Desplazamiento Simple.
Demostración de la siguiente reacción:
Mg(s)
+
2HCl(ac)
→
MgCl2(ac) + H2(g)
El magnesio desplaza al hidrógeno del ácido clorhídrico
Demostración de la siguiente reacción:
2AgNO3(ac)
+
Cu(s)
→
Cu(NO3)2(ac) + 2Ag(s)
El cobre desplaza a la plata del nitrato de plata
elemento + compuesto →
elemento + compuesto
Desplazamiento Doble
Existen cientos de reacciones en las que se intercambian las partes
positivas y las negativas de dos compuestos.
AB + CD → AD + CB
PbCl2(s) +
ZnBr2(ac) +
Li2SO4(ac)
→
2AgNO3(ac)
→
BaCl2(ac) +
LiCl(ac) +
PbSO4(s)
Zn(NO3)2(ac) + 2AgBr(s)
KIO3(ac) → B(IO3)2(s) +
KCl(ac)
Es muy fácil reconocer la forma de éstas reacciones
compuesto + compuesto →
compuesto + compuesto
Desplazamiento Doble
Ejemplos de Desplazamiento Doble.
Demostración de la siguiente reacción (Internet):
2NaI(ac)
+
HgCl2(ac)
→
HgI2(s) + 2NaCl(ac)
Demostración de la siguiente reacción:
AgNO3(ac)
+
NaCl(s)
→
NaNO3(ac) + AgCl(s)
Demostración de la siguiente reacción:
AgNO3(ac)
+
NaCl(s)
→
NaNO3(ac) + AgCl(s)
Descomposición
Al suplir energía, muchas sustancias se descompondrán en sustancias
más simples.
AB → A + B
CdCO3(s)
Pb(OH)2(s)
→
→
CdO(s) +
CO2(g)
PbO(s) + H2O(g)
PCl5(s) → PCl3(s) +
Cl2(g)
La energía para la reacción se puede suplir en forma de calor, luz o
electricidad.
compuesto →
dos o más elementos o compuestos
Descomposición
Ejemplos de Descomposición.
Demostración de la siguiente
reacción:
2H2O(l) →
2H2(g) +
O2(g)
Síntesis
En éstas reacciones se combinan dos o más sustancias para formar
una sustancia nueva.
A + B → AB
NH3(g) +
CaO(s) +
2H2(g) +
HCl(g) →
NH4Cl(s)
SiO2(s) →
CaSiO3(s)
O2(g) →
2H2O(g)
Estas reacciones raramente son de utilidad práctica a diferencia de las
mencionadas anteriormente.
elemento o compuesto + elemento o compuesto → compuesto
Síntesis
Ejemplos de Síntesis.
Demostración de la siguiente reacción:
2Mg(s)
+
O2(g)
→
2MgO(s)
No todas las reacciones se pueden clasificar en una de las formas
generales descritas.
Ejercicio 5
Identifica las
siguientes
reacciones.