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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN PROFESORES: RICARDO MENDOZA; IRIS ANDRADE DE MENDOZA Contenidos básicos para 3º año Propiedades no características de la materia Las propiedades no características de la materia no dependen de la naturaleza de la sustancia, ya que estas dependen de la cantidad de materia. Química: ciencia natura que estudia las transformaciones, nomenclatura y propiedades de la materia. Materia: es todo lo que nos rodea, que está compuesto por masa y ocupa un lugar en el espacio. Masa: cantidad de materia que posee un cuerpo, esta se puede medir con una balanza y su unidad de medición más conocida es el kilogramo. Volumen: es el espacio que ocupa la materia, su unidad de medición más conocida es el litro. Temperatura: se conoce como la cantidad de calor que posee un cuerpo, se mide a través de un termómetro y su unidad principal de medición es el grado centígrado y el grado Kelvin. MAGNITUD Longitud Masa Tiempo Corriente eléctrica Temperatura Cantidad de sustancia Intensidad luminosa UNIDAD Metro Kilogramo Segundo Amperio kelvin Mol Candela SIMBOLO M Kg S A ªK Mol cd En este caso g (gramo) representa la unidad que también puede ser sustituida por L (litro) o m (metro). Conversiones de temperatura ºC a ºK = ºC + 273º ºK a ºC = ºK - 273º ºC a ºF =9/5(ºC+ 32) ºF a ºC = 5/9 (ºF - 32) ºC= grados Centígrados o Celsius ºK= grados kelvin ºF= grados Farenheit Transformar 20 kg a g (20kg x 1000g)/ 1kg= 20000g Transformar 2,5g a hg (2,5g x 1hg)/ 100 g = 0,025hg Transformar 20 ºK a ºC ºC = ºK – 273 sustituimos ºC = 20º - 273 = -253º La sal de cocina funde a 801 ºC y ebulle a 1413 ºC, ¿qué valor tiene el punto de fusión en grados kelvin y qué valor tiene el punto de ebullición en grados farenheit? Datos: P.F.= 801 ºC P.E.= 1413 ºC P.F.= ?ºK P.E.= ?ºF formula: ºK = ºC + 273º ºF =9/5(ºC+ 32) cantidad 8 kg 8g 7g 200 m 2 cm 20 km 8 cl 10 ml 10 l 20 l 10 m3 10 cm3 10 m3 8 dm3 10 cm3 10 m3 10 dm3 10 ml 20 cm3 200 ml 1,3 ºC 6 ºC 980 ºK 20 ºK procedimiento: P.F. = ºK = 801º + 273º= 1074ºK P.E. = ºF =9/5(1413º+ 32) = 9/5(1445) = 13005/5 = 2601ºF ¿Qué hay que hacer? Respuesta (Multiplicar / dividir por uno (número y convertir en o varios factores de unidad) conversión) g kg kg km m m l l cl ml dm3 dm3 cm3 m3 m3 l l dm3 ml m3 ºK ºF ºF ºC 20 ºF 20 ºF ºC ºK ¿Cómo se determina el volumen de un sólido? Es necesario distinguir qué tipo de sólido es: Si es un sólido regular (aquel que tiene forma definida) como por ejemplo un cubo o una esfera, el volumen se calcula aplicando la fórmula matemática respectiva de volumen. Forma Cubo Prisma Recto Cilindro Esfera Fórmula matemática V= V = a. b. c V = . h. V= . Si es un sólido irregular (aquel que no tiene forma definida) por ejemplo una piedra, se determina a través del método de desplazamiento del agua (sólo en el caso de que el material no sea soluble en agua y sea más duro, es decir, que no flote). Dicho método consiste en sumergir el sólido en un volumen conocido de agua, contenido en un cilindro graduado. Al introducir el sólido en el agua, éste desplaza un volumen de agua igual a su propio volumen, de modo que por diferencia se puede conocer el volumen dado. Esta técnica se basa en el principio de Arquímedes. V sólido = V (agua + sólido) - V del agua Determina el volumen de un cubo cuya área vale 30 cm Datos: V=? a= 30 cm formula: V = a3 procedimiento: V= (30 cm)3= 27000cm3 Ejercicios: Determine el volumen de un sólido irregular, sabiendo que el principal volumen del recipiente sin el sólido era de 91 ml y el volumen que posee después de agregarle el sólido fue de 150ml (R= 59ml). Determine el volumen de un cilindro cuya altura es de 30 cm y su radio es de 5 cm (R= 2355 cm3) Propiedades características de la materia Las propiedades características de la materia dependen de la naturaleza de la sustancia, ya que estas no dependen de la cantidad de materia. La densidad se define como la masa contenida en una unidad de volumen. Donde se puede representar a la masa con la letra (m) y volumen con la letra (v). A partir de esta fórmula podemos calcular masa o volumen si realizamos sus respectivos despejes: m= V x D V= m / D Calcular la densidad de una muestra de una sustancia que contiene 120 g, y que ocupa un volumen de 3 ml. ; Datos: D =? m= 120 g fórmula: procedimiento: v= 3 ml D=m/v D= 120g / 3ml= 40g/ml Punto de ebullición: temperatura a la cual una sustancia cambia de estado líquido a estado gaseoso. Ejemplo: Cuando calentamos un líquido, la temperatura va aumentando y se produce un burbujeo. En este punto la temperatura permanece constante, y normalmente decimos que el líquido está hirviendo o bullendo y pasa a la forma de gas; es decir, se evapora. ¿Cómo se determina el punto de ebullición? Se determina usando la técnica de evaporación o destilación; también se puede realizar un estudio de calentamiento de una sustancia como el agua a partir de su estado sólido hasta llegar a su ebullición. Punto de fusión: temperatura a la cual una sustancia cambia de estado sólido a estado líquido. Esto ocurre cuando se calienta un sólido y su temperatura aumenta hasta que comienza a fundirse y pasa a la forma de líquido; aquí la temperatura permanece constante hasta que el sólido se funde completamente. ¿Cómo se determina el punto de fusión? Para poder determinar el punto de fusión debe montarse un equipo que permita transferir calor al sólido y tomar la temperatura durante el proceso y al fundirse totalmente el sólido; en este momento la temperatura observada es el punto de fusión. Solubilidad: capacidad que posee una sustancia de diluirse en otra. Se define como una propiedad característica de la materia, ya que no todas las sustancias se pueden disolver de igual forma o con la misma afinidad, un ejemplo seria comparando la solubilidad que poseen la sal de cocina y el aceite comestible en agua, lógicamente la sal se puede diluir mientras que el aceite no. Ejercicios: Calcula el volumen en litros que tendrán 2 kg de poliestireno expandido (densidad = 0,92 g / cm3). (R= V= 2,174 L) La masa de un vaso vacío es 274 g. Se mide, con una probeta graduada, 200 ml de aceite de oliva y se vierten en el vaso. Se pesa el vaso con su contenido, obteniendo un valor de 456 g. ¿Cuál es la densidad del aceite? (R= D= 0.91g/ml) Calcula el volumen que tendrán 3 kg de vidrio (densidad = 2,60 g / cm3) (R= V=1153.85ml) El alcohol tiene una densidad 0,789 gramos/mililitros. ¿cuál es el volumen en mililitros de 650 gramos de etanol? (R= V= 823.8 ml) Un trozo de oro tiene un volumen de 1 ml, si la densidad del oro es 19.30 g/ml. ¿Cuál es su masa? (R= m= 19.30g) Un trozo de aluminio tiene un volumen de 2 ml, si su densidad es de 2.7 g/ml ¿Cuál es su masa? (R= m= 5.4g) ¿Cuál es la densidad de un material, si 30 ml tiene una masa de 600 g? (R= D= 20g/ml) ¿Cuál es la densidad del un material si tiene una masa de 20kg y un volumen de 2 ml? (R= D= 10000g/ml) Mezclas y soluciones Una sustancia es cualquier variedad de materia de composición definida y reconocible. Estas se clasifican e dos; los elementos y los compuestos. Los elementos son también denominados sustancias simples elementales que constituyen la materia. Se combinan para formar los compuestos. Los compuestos son aquellos que se encuentran formados por dos o más elementos unidos químicamente en proporciones fijas de masa. Mezclas: unión de dos o más sustancias en proporciones variables, estas se pueden separar a través de procesos físicos, a su vez se clasifican en mezclas heterogéneas y mesclas homogéneas. Las mezclas donde se pueden distinguir sus componentes. Por ejemplo: Agua +arena; la sangre; limaduras de hierro + azúcar. Estas mezclas se denominan mezclas heterogéneas. Hay dos tipos de mezclas heterogéneas: mezclas groseras y suspensiones. Mezclas groseras: Son aquellas que tienen componentes diferenciables por su gran tamaño. Por ejemplo: granito (mica, cuarzo y feldespato). Suspensiones: Son las que tienen partículas finas suspendidas en agua u otro líquido por un tiempo y luego se sedimentan; por ejemplo: arena y agua. Las mezclas donde los componentes se unen hasta el nivel molecular de manera que no se distinguen sus componentes. Por ejemplo: Oxígeno en agua, orina, sal en agua. Estas son mezclas homogéneas o soluciones. Hay dos tipos de mezclas homogéneas; coloides y soluciones. Los coloides: son partículas con un tamaño que oscila entre 10 -7 y 10 -5 cm. Estas mezclas tienen una fase dispersante (disolvente) y una fase dispersa (soluto); ejemplo: leche, gelatina, quesos, etc. Las soluciones: tienen un tamaño de partícula menor de 10 8 cm. y sus componentes son soluto y solvente. El soluto se disuelve en el solvente y se encuentra, generalmente, en menor proporción que éste.; ejemplo: agua de mar, limonada, te, refrescos, alcohol, etc. Unidades físicas de las concentraciones La solución se conoce como; una mezcla homogénea formada a partir de la unión del soluto y el solvente. Soluto: es la sustancia que se disuelve y que por lo general se encuentra en menor cantidad. Solvente: es la sustancia que se encarga de disolver a la otra, y por lo general se encuentra en mayor proporción. Clasificación de las soluciones: Solución Saturada: es aquella que no admite más cantidad de soluto que el que está disuelto, por lo que se considera una solución en equilibrio. Solución No Saturada: contiene menor cantidad de soluto que el que se puede disolver en ella; es una solución próxima a la saturación. Solución Sobresaturada: es aquella que contiene mayor cantidad de soluto que la que corresponde a la concentración en equilibrio. Tenemos 100g de azúcar en 1000g de solución. ¿cuál será la concentración en tantos por ciento de la disolución resultante? Datos: g soluto= 100g g solvente= 1000g % m/m=? 10% formula: procedimiento: % m/m = (100g/ 1000g) x 100%= Ejercicios: Tenemos 100g de azúcar en 1 kg de agua, ¿cuál será la concentración en tantos por ciento de dicha disolución? (R= % m/m = 10%) Tenemos 3 kg de una disolución al 20% de azúcar en agua. ¿Cuánto azúcar tiene la disolución? ( R= m=600g) Una mezcla está formada por; 120g de agua y 5g de sal de cocina, ¿Cuál será la concentración de la solución? (R= % m/m = 4%) Una bebida está compuesta por 50ml de limón y medio litro de agua. ¿Qué concentración tendrá la bebida? (R= % V/V = 9,09%) Se disolvieron 300mg de urea en agua hasta obtener 60ml de solución. ¿Cuál será la concentración de la solución? (R= % m/V = 0,5%) Nomenclatura química Actualmente existen tres tipos de nomenclatura: la Stock en honor al químico Alemán Alfred Stock, la nomenclatura tradicional y la establecida por la I.U.P.A.C. (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada), llamada también funcional o sistemática, con el tiempo se espera que esta última sustituya el uso de los otros sistemas de nomenclatura. Para aplicar los sistemas de nomenclatura es importante conocer los grupos de compuestos donde ésta será aplicada. En este tema se estudiará la nomenclatura de los compuestos inorgánicos. Compuestos inorgánicos: Los compuestos inorgánicos se agrupan en funciones químicas, las cuales se caracterizan por un átomo o grupo de átomos que siempre está presente. Compuestos inorgánicos binarios: Los compuestos binarios contienen dos elementos distintos. Compuestos ternarios: Estos compuestos están formados por tres elementos químicos. Anión: es un ion (sea átomo o molécula) con carga eléctrica negativa, es decir, con exceso de electrones. Los aniones se describen con un estado de oxidación negativo. Catión: es un ion (sea átomo o molécula) con carga eléctrica positiva, es decir, ha perdido electrones. Los cationes se describen con un estado de oxidación positivo. Principales cationes Hidrógeno H+ Cobre(II) o cúprico Cu+2 Litio Li+ Hierro(II) o ferroso Fe+2 + Sodio Na Hierro(III) o ferroso Fe+3 +2 Calcio Ca Plomo(II) o plumboso Pb+2 +2 Magnesio Mg Plomo(IV) o plúmbico Pb+4 +2 Cinc Zn Estaño(II) o estañoso Sn+2 +2 Bario Ba Estaño(IV) o estañico Sn+4 Plata Ag + Niquel(II) o niqueloso Ni+2 +2 Estroncio Sr Niquel(III) o niquelico Ni+3 +3 Aluminio Al Mercurio(I) mercurioso Hg+ + Cobre(I) o cuproso Cu Mercurio(II) mercúrico Hg+2 Principales aniones (A.H.) (A.O.) Bromuro Br Nitrito NO2Cloruro CL Nitrato NO3Yoduro I Sulfito SO3-2 Fluoruro F Sulfato SO4-2 Sulfuro S Fosfito PO3Cianuro CN Carbonato CO3Bicarbonato HCO3Hipoclorito ClOClorito ClO2Clorato ClO3Perclorato ClO4Borato BO3Permanganato MnO4- Óxidos: compuestos binarios formados por la combinación del oxigeno con otro elemento. ÓXIDOS Tipos Básicos Metal + oxígeno Ácidos no metal + oxigeno OXIDOS BÁSICOS FORMULACIÓN TRADICIONAL STOCK Se recomienda formular (oso) menor v. Se colocan las palabras colocando el catión (+) y oxido metal “oxido de” seguida del luego el anión (-), para (ico) mayor v. nombre del metal, luego intercambiarse las indicando al final en valencias y de ser necesario números romanos y dentro simplificarlas. de paréntesis su valencia. OXIDOS ÁCIDOS FORMULACIÓN TRADICIONAL STOCK Se recomienda formular hipo+ raíz + oso Se colocan las palabras colocando el catión (+) raíz + oso “oxido de” seguida del y luego el anión (-), Anhídrido raíz + ico nombre del no metal, para luego per+ raíz+ ico indicando al final en intercambiarse las números romanos y dentro valencias y de ser de paréntesis su valencia. necesario simplificarlas. 1.- Formula los siguientes óxidos: a) Cu+ + O-2 Cu2O b) Fe+2 + O-2 Fe2O2 FeO c) Cu+2 + O-2 Cu2O2 CuO d) Pb+ + O-2 Pb2O 2.- nombra, por el sistema tradicional, los siguientes óxidos básicos: a) b) c) d) Au2O oxido auroso Au2O3 oxido áurico SnO2 oxido estañico SnO oxido estañoso 3.- nombra por el sistema stock los siguientes óxidos básicos: a) Na2O oxido de sodio b) Ni2O3 oxido de niquel (III) c) ESTEQUIOMETRICO Se utilizan los prefijos numerales: 1= mono 5= penta 2= di 6= hexa 3= tri 7= hepta 4= tetra ESTEQUIOMETRICO Se utilizan los prefijos numerales: 1= mono 5= penta 2= di 6= hexa 3= tri 7= hepta 4= tetra REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN PROFESORES: RICARDO MENDOZA; IRIS ANDRADE DE MENDOZA Contenidos básicos para 4º año Estructura atómica Átomo; es la mínima expresión de un elemento, en el se encuentran partículas más pequeñas llamadas partículas sub-atómicas. Partículas sub-atómicas; Electrones; son partículas que poseen carga eléctrica negativa, se encuentran localizados alrededor del núcleo atómico organizados en niveles. Protones; partículas con carga eléctrica positiva, se encuentran en el núcleo atómico. Neutrones; interior del núcleo. partícula con carga eléctrica neutra, al igual que los protone4s se encuentran en el Nota: todos los átomos, por lo general se encuentran con carga neutra, ya que poseen en su estructura la misma cantidad de protones y electrones. Número atómico se representa con la letra (Z), este nos dice la cantidad de electrones presente en cada átomo para un elemento específico que se encuentra en la tabla periódica. Número másico se representa con la letra (A), este nos indica la cantidad de la sumatoria de protones y neutrones que se encuentran en el átomo. Elemento; es una forma de materia constituida por átomos estables de una misma clase. Elemento: Es aquella sustancia pura que está integrada por átomos que tienen un mismo número atómico Isotopos; son estructuras que poseen en su composición atómica, un diferente número de neutrones, esto quiere decir que no tiene la misma cantidad de protones y electrones. Isótopos: átomos de un mismo elemento que tienen el mismo número atómico pero diferentes masas atómicas Historia: modelos atómicos Desde la Antigüedad, el ser humano se ha cuestionado de qué estaba hecha la materia. Unos 400 años antes de Cristo, el filósofo griego Demócrito consideró que la materia estaba constituida por pequeñísimas partículas que no podían ser divididas en otras más pequeñas. Por ello, llamó a estas partículas átomos, que en griego quiere decir "indivisible". Demócrito atribuyó a los átomos las cualidades de ser eternos, inmutables e indivisibles. Sin embargo las ideas de Demócrito sobre la materia no fueron aceptadas por los filósofos de su época y hubieron de transcurrir cerca de 2200 años para que la idea de los átomos fuera tomada de nuevo en consideración. Año Científico Descubrimientos experimentales Durante el s.XVIII y principios del XIX algunos científicos habían investigado distintos aspectos de las reacciones químicas, obteniendo las llamadasleyes clásicas de la Química. 1808 John Dalton Modelo atómico La imagen del átomo expuesta por Dalton en su teoría atómica, para explicar estas leyes, es la de minúsculas partículas esféricas, indivisibles e inmutables, Iguales entre sí en cada elemento químico. De este descubrimiento dedujo que el Demostró que dentro de los átomos átomo debía de ser una esfera de hay unas partículas diminutas, con materia cargada positivamente, en cuyo carga eléctrica negativa, a las que se interior estaban incrustados los llamó electrones. electrones. 1897 (Modelo atómico de Thomson.) J.J. Thomson Demostró que los átomos no eran macizos, como se creía, sino que están vacíos en su mayor parte y en su centro hay un diminuto núcleo. 1911 Dedujo que el átomo debía estar formado por una corteza con los electrones girando alrededor de un núcleo central cargado positivamente. (Modelo atómico de Rutherford.) E. Rutherford Espectros atómicos discontinuos originados por la radiación emitida por los átomos excitados de los elementos en estado gaseoso. 1913 Propuso un nuevo modelo atómico, según el cual los electrones giran alrededor del núcleo en unos niveles bien definidos. (Modelo atómico de Bohr.) Niels Bohr Números cuánticos Los números cuánticos son valores numéricos discretos que nos indican las características de los electrones en los átomos, esto está basado en la teoría atómica de Niels Bohr que es el modelo atómico más aceptado y utilizado en los últimos tiempos por su simplicidad. I) El número cuántico principal n Este número cuántico indica la distancia entre el núcleo y el electrón, medida en niveles energéticos, pero la distancia media en unidades de longitud también crece monótonamente con n. Los valores de este número, que corresponde al número del nivel energético, varían entre 1 e infinito, mas solo se conocen átomos que tengan hasta 7 niveles energéticos en su estado fundamental. II) El número cuántico del momento angular o azimutal (l = 0 ,...,n-1), indica la forma de los orbitales y el subnivel de energía en el que se encuentra el electrón. Un orbital de un átomo hidrogenoide tiene l nodos angulares y n-1-l nodos radiales. Si: l = 0: Subórbita "s" ("forma circular") →s proviene de sharp (nitido) (*) l = 1: Subórbita "p" ("forma semicircular achatada") →p proviene de principal (*) l = 2: Subórbita "d" ("forma lobular, con anillo nodal") →d proviene de difuse (difuso) (*) l = 3: Subórbita "f" ("lobulares con nodos radiales") →f proviene de fundamental (*) l = 4: Subórbita "g" (*) l = 5: Subórbita "h" (*) III) El número cuántico magnético (m), Indica la orientación espacial del subnivel de energía, " (m = -l,...,0,...,l)". Para cada valor de l hay 2l+1 valores de m. IV) El número cuántico de espín (s), indica el sentido de giro del campo magnético que produce el electrón al girar sobre su eje. Toma valores +1/2 y -1/2. En resumen, el estado cuántico de un electrón está determinado por sus números cuánticos: Determine los números cuánticos correspondientes para un N=5 N= 5 L= 0 ,...,n-1 L=0,1,2,3,4 L= S,P,d,f,g m=-l,...,0,...,l L=0S m=0 L= 1P m= -1,0,1 L=4g m= -4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4 S= +25/2, -25/2 L=2d m= -2,-1,0,1,2 L=3f m= -3,-2,-1,0,1,2,3 Tabla periódica de los elementos La tabla periódica de los elementos. La tabla periódica de los elementos clasifica, organiza y distribuye los distintoselementos químicos, conforme a sus propiedades y características. Suele atribuirse la tabla a Dimitri Mendeleiev, quien ordenó los elementos basándose en la variación manual de las propiedades químicas, si bien Julius Lothar Meyer, trabajando por separado, llevó a cabo un ordenamiento a partir de las propiedades físicas de los átomos. La forma actual es una versión modificada de la de Mendeliev, fue diseñada por Alfred Werner. [editar]Historia La historia de la tabla periódica está íntimamente relacionada con varios aspectos del desarrollo de la química y la física: El descubrimiento de los elementos de la tabla periódica El estudio de las propiedades comunes y la clasificación de los elementos La noción de masa atómica (inicialmente denominada "peso atómico") y, posteriormente, ya en el siglo XX, de número atómico y Las relaciones entre la masa atómica (y, más adelante, el número atómico) y las propiedades periódicas de los elementos. [editar]El descubrimiento de los elementos Aunque algunos elementos como el oro (Au), plata (Ag), cobre (Cu), plomo (Pb) y el mercurio (Hg) ya eran conocidos desde la antigüedad, el primer descubrimiento científico de un elemento ocurrió en el siglo XVII cuando el alquimista Henning Brand descubrió el fósforo (P). En el siglo XVIII se conocieron numerosos nuevos elementos, los más importantes de los cuales fueron los gases, con el desarrollo de la química neumática: oxígeno (O), hidrógeno (H) y nitrógeno (N). También se consolidó en esos años la nueva concepción de elemento, que condujo aAntoine Lavoisier a escribir su famosa lista de sustancias simples, donde aparecían 33 elementos. A principios del siglo XIX, la aplicación de la pila eléctrica al estudio de fenómenos químicos condujo al descubrimiento de nuevos elementos, como los metales alcalinos y alcalino-térreos, sobre todo gracias a los trabajos de Humphry Davy. En 1830 ya se conocían 55 elementos. Posteriormente, a mediados del siglo XIX, con la invención del espectroscopio, se descubrieron nuevos elementos, muchos de ellos nombrados por el color de sus líneas espectrales características: cesio (Cs, del latín caesĭus, azul), talio (Tl, de tallo, por su color verde), rubidio (Rb, rojo), etc. [editar]La noción de elemento y las propiedades periódicas Lógicamente, un requisito previo necesario a la construcción de la tabla periódica era el descubrimiento de un número suficiente de elementos individuales, que hiciera posible encontrar alguna pauta en comportamiento químico y sus propiedades. Durante los siguientes 2 siglos, se fue adquiriendo un gran conocimiento sobre estas propiedades, así como descubriendo muchos nuevos elementos. La palabra "elemento" procede de la ciencia griega pero su noción moderna apareció a lo largo del siglo XVII, aunque no existe un consenso claro respecto al proceso que condujo a su consolidación y uso generalizado. Algunos autores citan como precedente la frase de Robert Boyle en su famosa obra "The Sceptical Chymist", donde denomina elementos "ciertos cuerpos primitivos y simples que no están formados por otros cuerpos, ni unos de otros, y que son los ingredientes de que se componen inmediatamente y en que se resuelven en último término todos los cuerpos perfectamente mixtos". En realidad, esa frase aparece en el contexto de la crítica de Robert Boyle a los cuatro elementos aristotélicos. A lo largo del siglo XVIII, las tablas de afinidad recogieron un nuevo modo de entender la composición química, que aparece claramente expuesto por Lavoisier en su obra "Tratado elemental de Química". Todo ello condujo a diferenciar en primer lugar qué sustancias de las conocidas hasta ese momento eran elementos químicos, cuáles eran sus propiedades y cómo aislarlos. El descubrimiento de un gran número de nuevos elementos, así como el estudio de sus propiedades, pusieron de manifiesto algunas semejanzas entre ellos, lo que aumentó el interés de los químicos por buscar algún tipo de clasificación. [editar]Los pesos atómicos A principios del siglo XIX, John Dalton (1766-1844) desarrolló una nueva concepción del atomismo, al que llegó gracias a sus estudios meteorológicos y de los gases de la atmósfera. Su principal aportación consistió en la formulación de un "atomismo químico" que permitía integrar la nueva definición de elemento realizada por Antoine Lavoisier (1743-1794) y las leyes ponderales de la química (proporciones definidas, proporciones múltiples, proporciones recíprocas). Dalton empleó los conocimientos sobre proporciones en las que reaccionaban las sustancias de su época y realizó algunas suposiciones sobre el modo cómo se combinaban los átomos de las mismas. Estableció como unidad de referencia la masa de un átomo de hidrógeno (aunque se sugirieron otros en esos años) y refirió el resto de los valores a esta unidad, por lo que pudo construir un sistema de masas atómicas relativas. Por ejemplo, en el caso del oxígeno, Dalton partió de la suposición de que el agua era un compuesto binario, formado por un átomo de hidrógeno y otro de oxígeno. No tenía ningún modo de comprobar este punto, por lo que tuvo que aceptar esta posibilidad como una hipótesis a priori. Dalton conocía que 1 parte de hidrógeno se combinaba con 7 partes (8 afirmaríamos en la actualidad) de oxígeno para producir agua. Por lo tanto, si la combinación se producía átomo a átomo, es decir, un átomo de hidrógeno se combinaba con un átomo de wolframio, la relación entre las masas de estos átomos debía ser 1:7 (o 1:8 se calcularía en la actualidad). El resultado fue la primera tabla de masas atómicas relativas (o pesos atómicos como los llamaba Dalton) que fue posteriormente modificada y desarrollada en los años posteriores. Las incertidumbres antes mencionadas dieron lugar a toda una serie de polémicas y disparidades respecto a las fórmulas y los pesos atómicosque sólo comenzarían a superarse, aunque no totalmente, con el congreso de Karlsruhe en 1860. [editar]Metales, no metales y metaloides y metales de transición La primera clasificación de elementos conocida fue propuesta por Antoine Lavoisier, quien propuso que los elementos se clasificaran enmetales, no metales y metaloides o metales de transición. Aunque muy práctico y todavía funcional en la tabla periódica moderna, fue rechazada debido a que había muchas diferencias en las propiedades físicas como químicas. [editar]Triadas de Döbereiner Uno de los primeros intentos para agrupar los elementos de propiedades análogas y relacionarlo con los pesos atómicos se debe al químico alemán Johann Wolfgang Döbereiner (1780-1849) quien en 1817 puso de manifiesto el notable parecido que existía entre las propiedades de ciertos grupos de tres elementos, con una variación gradual del primero al último. Posteriormente (1827) señaló la existencia de otros grupos de tres elementos en los que se daba la misma relación (cloro, bromo y yodo; azufre, selenio y telurio; litio, sodio y potasio). Triadas de Döbereiner A estos grupos de tres elementos se les Litio LiCl LiOH Calcio CaCl2 CaSO4 Azufre H2S SO2 Sodio NaCl NaOH Estroncio SrCl2 SrSO4 Selenio H2Se SeO2 Potasio KCl KOH Bario BaCl2 BaSO4 Telurio H2Te TeO2 denominó triadas y hacia 1850 ya se habían encontrado unas 20, lo que indicaba una cierta regularidad entre los elementos químicos. Döbereiner intentó relacionar las propiedades químicas de estos elementos (y de sus compuestos) con los pesos atómicos, observando una gran analogía entre ellos, y una variación gradual del primero al último. En su clasificación de las triadas (agrupación de tres elementos) Döbereiner explicaba que el peso atómico promedio de los pesos de los elementos extremos, es parecido al peso atómico del elemento de en medio. Por ejemplo, para la triada Cloro, Bromo, Yodo los pesos atómicos son respectivamente 36, 80 y 127; si sumamos 36 + 127 y dividimos entre dos, obtenemos 81, que es aproximadamente 80 y si le damos un vistazo a nuestra tabla periódica el elemento con el peso atómico aproximado a 80 es el bromo lo cual hace que concuerde un aparente ordenamiento de triadas. [editar]Chancourtois En 1864, Chancourtois construyó una hélice de papel, en la que estaban ordenados por pesos atómicos (masa atómica) los elementos conocidos, arrollada sobre un cilindro vertical. Se encontraba que los puntos correspondientes estaban separados unas 16 unidades. Los elementos similares estaban prácticamente sobre la misma generatriz, lo que indicaba una cierta periodicidad, pero su diagrama pareció muy complicado y recibió poca atención. [editar]Ley de las octavas de Newlands En 1864, el químico inglés John Alexander Reina Newlands comunicó al Royal College of Chemistry (Real Colegio de Química) su observación de que al ordenar los elementos en orden creciente de sus pesos atómicos (prescindiendo del hidrógeno), el octavo elemento a partir de cualquier otro tenía unas propiedades muy similares al primero. En esta época, los llamados gases nobles no habían sido aún descubiertos. Esta ley mostraba una cierta ordenación de los elementos Ley de las octavas de Newlands 1 2 Li 6,9 Be 9,0 Na 23,0 Mg 24,3 K 39,0 Ca 40,0 3 4 5 6 7 B 10,8 C 12,0 N 14,0 O 16,0 F 19,0 Al 27,0 Si 28,1 P 31,0 S 32,1 Cl 35,5 en familias (grupos), con propiedades muy parecidas entre sí y en Periodos, formados por ocho elementos cuyas propiedades iban variando progresivamente. El nombre de octavas se basa en la intención de Newlands de relacionar estas propiedades con la que existe en la escala de las notas musicales, por lo que dio a su descubrimiento el nombre de ley de las octavas. Como a partir del calcio dejaba de cumplirse esta regla, esta ordenación no fue apreciada por la comunidad científica que lo menospreció y ridiculizó, hasta que 23 años más tarde fue reconocido por la Royal Society, que concedió a Newlands su más alta condecoración, la medalla Davy. [editar]Tabla periódica de Mendeléyev Artículo principal: Tabla periódica de Mendeléyev En 1869, el ruso Dmitri Ivánovich Mendeleiev publica su primera Tabla Periódica en Alemania. Un año después lo hace Julius Lothar Meyer, que basó su clasificación periódica en la periodicidad de los volúmenes atómicos en función de la masa atómica de los elementos. Por ésta fecha ya eran conocidos 63 elementos de los 90 que existen en la naturaleza. La clasificación la llevaron a cabo los dos químicos de acuerdo con los criterios siguientes: Colocaron los elementos por orden creciente de sus masas atómicas. Situaron en el mismo grupo elementos que tenían propiedades comunes como la valencia. Tabla de Mendeléyev publicada en 1872. En ella deja casillas libres para elementos por descubrir. La primera clasificación periódica de Mendeléyev no tuvo buena acogida al principio. Después de varias modificaciones publicó en el año 1872 una nueva Tabla Periódica constituida por ocho columnas desdobladas en dos grupos cada una, que al cabo de los años se llamaron familia A y B. En su nueva tabla consigna las fórmulas generales de los hidruros y óxidos de cada grupo y por tanto, implícitamente, las valencias de esos elementos. Esta tabla fue completada a finales del siglo XIX con un grupo más, el grupo cero, constituido por los gas noble descubiertos durante esos años en el aire. El químico ruso no aceptó en principio tal descubrimiento, ya que esos elementos no tenían cabida en su tabla. Pero cuando, debido a su inactividad química (valencia cero), se les asignó el grupo cero, la Tabla Periódica quedó más completa. El gran mérito de Mendeléyev consistió en pronosticar la existencia de elementos. Dejó casillas vacías para situar en ellas los elementos cuyo descubrimiento se realizaría años después. Incluso pronosticó las propiedades de algunos de ellos: el galio (Ga), al que llamó eka-aluminio por estar situado debajo del aluminio; el germanio (Ge), al que llamó eka-sicilio; el escandio (Sc); y el tecnecio (Tc), que sería el primer elemento artificial obtenido en el laboratorio, por síntesis química, en 1937. [editar]La noción de número atómico y la mecánica cuántica La tabla periódica de Mendeléiev presentaba ciertas irregularidades y problemas. En las décadas posteriores tuvo que integrar los descubrimientos de los gases nobles, las "tierras raras" y los elementos radioactivos. Otro problema adicional eran las irregularidades que existían para compaginar el criterio de ordenación por peso atómico creciente y la agrupación por familias con propiedades químicas comunes. Ejemplos de esta dificultad se encuentran en las parejas telurio-yodo, argón-potasio y cobalto-níquel, en las que se hace necesario alterar el criterio de pesos atómicos crecientes en favor de la agrupación en familias con propiedades químicas semejantes. Durante algún tiempo, esta cuestión no pudo resolverse satisfactoriamente hasta que Henry Moseley (1867-1919) realizó un estudio sobre los espectros de rayos X en 1913. Moseley comprobó que al representar la raíz cuadrada de la frecuencia de la radiación en función del número de orden en el sistema periódico se obtenía una recta, lo cual permitía pensar que este orden no era casual sino reflejo de alguna propiedad de la estructura atómica. Hoy sabemos que esa propiedad es el número atómico (Z) o número de cargas positivas del núcleo. La explicación que aceptamos actualmente de la "ley periódica" descubierta por los químicos de mediados del siglo pasado surgió tras los desarrollos teóricos producidos en el primer tercio del siglo XX. En el primer tercio del siglo XX se construyó la mecánica cuántica. Gracias a estas investigaciones y a los desarrollos posteriores, hoy se acepta que la ordenación de los elementos en el sistema periódico está relacionada con la estructura electrónica de los átomos de los diversos elementos, a partir de la cual se pueden predecir sus diferentes propiedades químicas. Tabla periódica de los elementos1 Grupo 1 2 3 4 5 6 7 I A II A III B IV B V B VI B VII B 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 VIII VIII VIII VII VIII I B II B III A IV A V A VI A B B B A A Periodo 1 1 H 2 3 Li 4 Be 5 B 6 C 7 N 8 O 9 F 10 Ne 3 11 12 Na Mg 13 Al 14 Si 15 P 16 S 17 Cl 18 Ar 4 19 K 20 Ca 21 Sc 22 Ti 23 V 5 37 Rb 38 Sr 39 Y 40 Zr 41 42 43 Nb Mo Tc 6 55 Cs 56 Ba * 72 Hf 73 Ta 7 87 Fr 88 Ra ** 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo * 57 La 58 Ce Lantánidos 2 He 59 Pr 24 25 26 Cr Mn Fe 74 W 75 Re 27 Co 28 Ni 29 Cu 30 Zn 31 Ga 32 Ge 33 As 34 Se 35 Br 36 Kr 44 Ru 45 Rh 46 Pd 47 Ag 48 Cd 49 In 50 Sn 51 Sb 52 Te 53 I 54 Xe 76 Os 77 Ir 78 Pt 79 Au 80 Hg 81 Tl 82 Pb 83 Bi 84 Po 85 At 86 Rn 60 61 62 Nd Pm Sm 63 Eu 64 Gd 65 Tb 66 Dy 67 Ho 68 Er 69 Tm 70 Yb 71 Lu Actínidos ** 89 Ac 90 Th Alcalinos 91 Pa 92 U 93 Np 94 95 96 97 Pu Am Cm Bk Alcalinotérreos Lantánidos Actínidos Metales del bloque p Metaloides 98 Cf 99 100 101 102 103 Es Fm Md No Lr Metales de transición No metales Halógenos Gases nobles y Transactínidos [editar]Clasificación [editar]Grupos Artículo principal: Grupo de la tabla periódica A las columnas verticales de la tabla periódica se les conoce como grupos. Todos los elementos que pertenecen a un grupo tienen la misma valencia atómica, y por ello, tienen características o propiedades similares entre sí. Por ejemplo, los elementos en el grupo IAtienen valencia de 1 (un electrón en su último nivel de energía) y todos tienden a perder ese electrón al enlazarse como iones positivos de +1. Los elementos en el último grupo de la derecha son los gases nobles, los cuales tienen lleno su último nivel de energía (regla del octeto) y, por ello, son todos extremadamente no reactivos. Numerados de izquierda a derecha, según la última recomendación de la IUPAC (y entre paréntesis según la antigua propuesta de la IUPAC), los grupos de la tabla periódica son:[cita requerida] Grupo 1 (I A): los metales alcalinos Grupo 2 (II A): los metales alcalinotérreos Grupo 3 (III B): Familia del Escandio Grupo 4 (IV B): Familia del Titanio Grupo 5 (V B): Familia del Vanadio Grupo 6 (VI B): Familia del Cromo Grupo 7 (VII B): Familia del Manganeso Grupo 8 (VIII B): Familia del Hierro Grupo 9 (VIII B): Familia del Cobalto Grupo 10 (VIII B): Familia del Níquel Grupo 11 (I B): Familia del Cobre Grupo 12 (II B): Familia del Zinc Grupo 13 (III A): los térreos Grupo 14 (IV A): los carbonoideos Grupo 15 (V A): los nitrogenoideos Grupo 16 (VI A): los calcógenos o anfígenos Grupo 17 (VII A): los halógenos Grupo 18 (VIII A): los gases nobles [editar]Períodos Artículo principal: Períodos de la tabla periódica Las filas horizontales de la tabla periódica son llamadas períodos. Contrario a como ocurre en el caso de los grupos de la tabla periódica, los elementos que componen una misma fila tienen propiedades diferentes pero masas similares: todos los elementos de un período tienen el mismo número de orbitales. Siguiendo esa norma, cada elemento se coloca según su configuración electrónica. El primer período solo tiene dos miembros: hidrógeno y helio; ambos tienen sólo el orbital 1s. La tabla periódica consta de 7 períodos: Período 1 Período 2 Período 3 Período 4 Período 5 Período 6 Período 7 La tabla también está dividida en cuatro grupos, s, p, d, f, que están ubicados en el orden sdp, de izquierda a derecha, y f lantánidos yactínidos. Esto depende de la letra en terminación de los elementos de este grupo, según el principio de Aufbau. [editar]Bloques Artículo principal: Bloque de la tabla periódica Tabla periódica dividida en bloques. La tabla periódica se puede también dividir en bloques de elementos según el orbital que estén ocupando los electrones más externos. Los bloques se llaman según la letra que hace referencia al orbital más externo: s, p, d y f. Podría haber más elementos que llenarían otros orbitales, pero no se han sintetizado o descubierto; en este caso se continúa con el orden alfabético para nombrarlos. Bloque s Bloque p Bloque d Bloque f