Temario para 3º ESO > Física y Química> Sistema Periódico y enlace químico

TEMARIO DESARROLLADO PARA 3º ESO

   Contenidos


P
Material de ayuda para alumnos de 3º ESO

   Objetivos


QQue los alumnos dispongan de material similar a los ejercicios teórico-prácticos propuestos en las pruebas de control y evaluación en los Institutos y Colegios que imparten ESO.

Que los alumnos adquieran el hábito de elegir las opciones que les sean más favorables, y lo hagan de acuerdo con las instrucciones que se especifican en el encabezamiento del ejercicio.

UNIDAD 4 -SISTEMA PERIÓDICO y ENLACE QUÍMICO


Esta Unidad consta de:

Resumen teórico
Ejercicios resueltos
Ejercicios propuestos
Modelo de examen
Webs sites de interés
Descarga de material impreso



Debes fijarte en los conceptos que figuran con letra inclinada y en aquellos que aparezcan enmarcados o encerrados en cajas. Ante cualquier duda o ampliación, acude a tu libro de texto y recuerda que esto es únicamente un RESUMEN.

             1. Generalidades

              Ya sabes que la materia está constituida por átomos caracterizados por su número atómico Z y su número másico M; ole.gif . Existen en la actualidad 112 elementos distintos, algunos de los cuales son artificiales ¿Sabes que significa esto?
             Cada uno de estos elementos se caracteriza mediante un símbolo que suele tomarse de las iniciales de su nombre latino.
             Todos ellos se han clasificado en orden creciente de su número atómico Z ¿recuerdas como se asigna este número a cada elemento? en lo que hoy se conoce como SISTEMA PERIÓDICO. En esta clasificación deben distinguirse los denominados grupos (Columnas de la tabla) y períodos (Filas) y en ella se pueden distinguir entre metales, no metales, semimetales y gases nobles. Consulta tu libro de texto y observa el Sistema Periódico. Recuerda:

GRUPO        Contienen elementos con propiedades químicas análogas(COLUMNAS)
PERÍODO       El S.P tiene siete períodos, alguno de ellos incompleto (FILAS)

           2. Propiedades químicas

             En la lección anterior aprendiste que los átomos están formados por diferentes tipos de partículas, unas cargadas eléctricamente y otras no, así como la forma en que estaban distribuidas ¿Recuerdas los distintos modelos atómicos? en el interior del átomo. Los electrones - partículas cargadas negativamente - ocupaban la parte que rodea al núcleo del átomo (corteza) y los más externos se denominan electrones de valencia y son los responsables de la interacción de unos elementos con otros, así como de sus propiedades químicas. Recuerda:

Las propiedades químicas de un elemento dependen de sus electrones de valencia
Todos los elementos pertenecientes al mismo grupo tienen el mismo número de electrones de valencia

            3. El enlace químico

             Es un hecho conocido que los átomos - iguales o distintos - se unen entre sí y dan lugar a las moléculas, y como se ha dicho en líneas anteriores de ello son responsables los electrones más externos de aquellos (electrones de valencia). Cuando dos o más átomos se unen lo hacen intentando completar su capa de valencia, lo que equivale a buscar una mayor estabilidad.
Por ello, los elementos más estables- con OCHO electrones en su capa de valencia - son los gases nobles, lo que supone que prácticamente no se combinan con otros elementos. Recuerda:


Los átomos al unirse buscan completar con OCHO electrones su capa de valencia, a fin de conseguir la estabilidad de los gases nobles

             Cuando dos o más átomos se unen entre sí dan lugar a las moléculas de tal manera que la energía de estas es menor que la que poseen los átomos por separado. La diferencia entre ambas energías - negativa - se conoce como energía de enlace. Recuerda:


El enlace químico es la unión entre átomos de manera que la energía de la estructura resultante sea de menor energía que la de los átomos que la forman por separado.

             4. Tipos de enlace

              Básicamente podemos encontrarnos con TRES tipos de enlace entre átomos:

             1. Enlace iónico
             2. Enlace covalente
             3. Enlace metálico

El enlace iónico tiene lugar entre iones positivos e iones negativos originándose cristales iónicos

             La sal común, esa que se utiliza para cocinar, es un compuesto iónico (NaCl) cuyo nombre científico es cloruro de sodio, y puede obtenerse del agua marina - seguro que sabes como - o de las minas. Cabezón de la Sal -ya cerrada- y Polanco, en explotación por parte de Solvay, son dos yacimiento muy cercanos a nosotros.

             Comprueba, escribiendo los números atómicos del Cloro ( ole1.gif ) y del sodio ( ole2.gif ) que el primero alcanzaría los OCHO electrones ganando un electrón y que el sodio lo conseguiría perdiendo el único electrón que tiene en su capa de valencia. Observa:

ole3.gif

             Como puedes ver se han formado dos iones con carga eléctrica opuesta, y de acuerdo con la Ley de Coulomb estos dos iones se atraen entre sí dando lugar a un cristal iónico.

             Este tipo de enlace se da preferentemente entre los elementos alcalinos (Li, Na, K,...) y halógenos (F, Cl, Br, ...), pero también es frecuente entre estos últimos y los alcalino-térreos (Ca, Mag, Sr, ...). En este caso, puesto que los elementos alcalino-térreos tienen dos electrones en su capa de valencia, deberán perder esos dos electrones por lo que serán necesarios dos elementos halógenos. El cloruro de calcio (CaCl2) puede ser un buen ejemplo que te aclare este último caso.

ALGUNAS PROPIEDADES DE LOS COMPUESTOS IÓNICOS
Propiedades
Debido a


Sólidos a temperatura ambiente
con altos puntos de fusión y ebullición 
Duros y frágiles
Solubles en agua
No son conductores eléctricos en estado sólido, pero sí disueltos o fundidos


La magnitud de la fuerza entre los iones

La naturaleza de la red cristalina
Las moléculas de agua atraen y separan a los iones, deshaciendo la red
En estado líquido los iones pueden moverse en la red y permitir así el paso de la corriente eléctrica



El enlace covalente tiene lugar entre átomos compartiendo pares de electrones. En determinadas circunstancias pueden formar cristales covalentes (DIAMANTE)

              Para explicar este tipo de enlace se acude a la notación de Lewis, consistente en representar los átomos con su símbolo rodeados de los electrones que poseen en su capa de valencia. Veamos un par de ejemplos:

ole4.gif
ole5.gif

             En el primero de ellos enlazan dos átomos de cloro, con SIETE electrones en su última capa, representados mediate puntos en uno de ellos y por cruces en el otro. Si comparten dos electrones aportados uno por cada uno de ellos, los dos tienen en su última capa los OCHO electrones que les proporcionan a ambos la estabilidad buscada (Regla del OCTETO). Esos dos electrones compartidos constituyen un enlace covalente sencillo.

             En el segundo ejemplo, vemos dos átomos de oxígeno ( SEIS electrones en su última capa) representando sus electrones de valencia, igual que en el primer caso. La única forma que ambos adquieran los OCHO electrones en su última capa es compartir DOS pares de electrones, formando dos enlaces covalentes (enlace doble). El resultado es, como puede apreciarse, la molécula de oxígeno.

             Veamos un método sencillo para determinar la estructura de enlaces. Sea, por ejemplo el compuesto (Cianuro de hidrógeno). Partimos de la distribución electrónica de todos y cada uno de los elementos que forman el compuesto:

H 1s1     1 electrón disponible
C 1s2 2s2 2p2     4 electrones disponibles
N 1s2 2s2 2p3     5 electrones disponibles
Total
    10 electrones disponibles

Los electrones necesarios son:

H     2 electrones necesarios
C     8 electrones necesarios (octeto)
N     8 electrones necesarios
Total
    18 electrones necesarios

Los electrones COMPARTIDOS en los enlaces que se forman son:

COMPARTIDOS= NECESARIOS-DISPONIBLES 18-10= 8 compartidos

Finalmente, los electrones solitarios son:

SOLITARIOS=DISPONIBLES-COMPARTIDOS 10-8= 2 solitarios

La estructura es :

             ¿Serías capaz de explicar de forma análoga a lo expuesto para el enlace covalente la unión entre el cloro y el oxígeno?. Necesitarás dos átomos de cloro y uno de oxígeno. El resultado es la molécula Cl2O.¡Inténtalo!

             Si bien el enlace covalente es relativamente fuerte, los enlaces intermoleculares suelen ser débiles y dan lugar a sustancias líquidas o gaseosas; sin embargo, el diamante - carbono puro cristalizado- es una excepción. El carbono dispone de CUATRO electrones en su capa de valencia, por lo que puede unirse con otros cuatro átomos de carbono, y así sucesivamente, formando una red cristalina de enlaces covalentes muy fuertes. Ya sabes que el diamante es el material más duro que existe. Recuerda :

ALGUNAS PROPIEDADES DE LOS COMPUESTOS COVALENTES MOLECULARES
Propiedades
Debido a


Bajos
puntos de fusión y ebullición, por lo que son gases o líquidos a temperatura ambiente

Prácticamente insolubles en agua

No son conductores eléctricos


La magnitud de la fuerza entre átomos es fuerte, no así entre moléculas

No hay iones capaces de ser atraídos por las moléculas de agua

Su estructura no contiene cargas eléctricas

ALGUNAS PROPIEDADES DE LOS CRISTALES COVALENTES


Sólidos con altos puntos de fusión a
temperatura ambiente
Prácticamente insolubles en agua
No son conductores eléctricos (Sí al grafito)


Enlaces muy fuertes entre átomos
Su estructura no presenta iones
No hay carga eléctrica en su estructura



El enlace metálico tiene lugar por la unión entre átomos de un mismo elemento (metal), formando una estructura llamada red metálica.

              Este tipo de enlace se da entre átomos de un mismo elemento metálico. Estos pueden formar únicamente iones positivos (CATIONES), luego no es posible la formación de enlaces iónicos, pues para ello son necesarios iones positivos y negativos. Tampoco pueden dar lugar a enlaces covalentes, pues los átomos metálicos no tienen suficientes electrones de valencia para que en sus enlaces puedan cumplir la regla del OCTETO.

             Los átomos se unen entre sí formado un cristal metálico o red en la cual los electrones de las últimas capas de los átomos pertenecen a todos lo átomos del cristal. Los iones positivos forman un conjunto ordenado y los electrones se mueven libremente formando una nube que envuelve a los iones positivos, lo que explica satisfactoriamente la conductividad térmica y eléctrica de estos materiales, así como sus propiedades físicas más características.

ALGUNAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES METÁLICOS
Propiedades
Debido a


Sólidos a temperatura ambiente
con altos puntos de fusión y ebullición

Buenos conductores

Dúctiles y maleables (Deformables)


La red cristalina es difícil de romper

La naturaleza de la red cristalina

Las moléculas de agua atraen y separan a los iones, deshaciendo la red

En estado líquido los iones pueden moverse en la red y permitir así el paso de la corriente eléctrica

1. ¿Cuál es la principal característica de los gases nobles desde el punto de vista químico? ¿Sabrías explicar a qué es debida?

Solución

             Los gases nobles se caracterizan químicamente por su nula reactividad, es decir, no se combinan con otros elementos. Se debe a que estos elementos tienen completa su capa de valencia.

2. El nitrógeno existe en la naturaleza en forma molecular (N2) ¿Qué clase de enlace presenta?. Haz un modelo de dicho enlace mediante la notación de Lewis.(Ejercicio tipo examen)

Solución
ole6.gif

             El nitrógeno es un elemento no metálico, por lo que el enlace entre átomos de este elemento para formar la molécula debe ser covalente. Si observas la distribución electrónica de su capa de valencia verás que tiene cinco electrones y dado que al formar enlace con otro átomo de nitrógeno debe verificar la regla del octeto, deben compartir tres pares de electrones (cada uno aporta tres electrones). De esta forma cada átomo de nitrógeno queda con su capa más externa con OCHO electrones.

3. Dispones de los elementos ole7.gif . a) Cómo se distribuyen los electrones en su corteza? b) Cita algún elemento que tenga propiedades similares a cada uno de ellos c) ¿Cuántos electrones de valencia tiene cada uno de ellos? d) ¿Cómo pueden adquirir una configuración de gas noble los dos primeros? (Ejercicio tipo examen)

Solución

             a) El primero de ellos (Li), con TRES electrones, tiene 2 electrones en la primera capa y 1 (uno) en la segunda. El segundo (Mg), tiene 2 electrones en la primera capa, 8 electrones en la segunda y 2 en la tercera; y finalmente, el (Ar) presenta una distribución 2-8-8 electrones, es decir, con su capa de valencia completa.

             b) De propiedades análogas al Li podemos citar el Na, K, .... todos ellos de su mismo GRUPO del S.P. que alojan en su capa de valencia 1 electrón. Para el (Mg) podemos citar el Ca, Sr...con dos electrones en su capa de valencia, elementos por tanto de su mismo grupo en el S.P.

Para el último, cualquiera de los gases nobles: Ne, Kr, ...etc.

             c) Se ha descrito en el apartado anterior: Li - 1 electrón ; Mg - 2 electrones ; Ar - 0 electrones.

             d) El litio perdiendo el único electrón de su capa de valencia y el magnesio sus dos electrones de la capa de valencia:

                                         ole8.gif

4. Un elemento químico tiene como estructura electrónica 2-7 y otro elemento 2-8-2 ¿Cuál es la fórmula del compuesto de formarán? ¿Qué tipo de enlace se formará entre ambos?(Ejercicio tipo examen)

Solución

             El primer elemento (A), dispone de 7 (siete) electrones en la última capa, luego formará con toda probabilidad un ión negativo sin más que captar un electrón y completar su capa de valencia. El segundo elemento (B), por el contrario, tenderá con toda probabilidad a perder los dos electrones de su capa de valencia para lograr una mayor estabilidad. Puesto que este último puede dar 2 electrones y el primero (A) solamente puede captar uno, serán necesarios dos átomos de A por cada uno de B, lo que supone que la fórmula sería BA2 .

             Se trata de un enlace iónico, que da lugar a una red cristalina en la que existe doble número de iones A- que de B++.

5. De las siguientes afirmaciones, señala cuáles son verdaderas y cuáles son falsas: a) Los elementos que pueden formar enlaces covalentes se presentan en forma de átomos aislados b) En el enlace iónico, los iones comparten electrones c) Los átomos pueden compartir más de un par de electrones d) Si un compuesto es gaseoso a temperatura ambiente, seguro que es covalente molecular e) La sustancias iónicas conducen siempre la electricidad. (Ejercicio tipo examen)

Solución

             a) Falso. Normalmente los compuestos covalentes suelen ser moleculares, formándose las moléculas al unirse dos (o más) átomos compartiendo pares de electrones (Ver ejemplos para el oxígeno (O2) y nitrógeno (N2) descritos anteriormente)

             b) Falso. Uno de los elementos CEDE electrones convirtiéndose en un ión positivo mientras el otro ACEPTA electrones, convirtiéndose en un ión negativo. Ambos iones formados se atraen debido al signo contrario de su carga eléctrica (Ley de Coulomb) y forman un red cristalina espacial.

             c) Verdadero. El nitrógeno, descrito en el ejercicio resuelto 2 es un ejemplo típico de compartición de más de un par de electrones entre dos átomos.

             d) Verdadero. Los compuestos gaseosos, salvo los gases nobles, suelen ser gases, líquidos o sólidos con bajo punto de fusión. Los compuestos iónicos o metálicos, son sólidos a temperatura ambiente.

             e) Falso. Lo hacen únicamente cuando están fundidas o en disolución.


IMPORTANTE:
Estos ejercicios resueltos son similares a los que se pedirán en las pruebas de control o examen, adaptándolas en su extensión al tiempo de duración de la prueba.

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1. En la tabla periódica los elementos están dispuestos en orden creciente de ............................. y están agrupados en........................y períodos.

2. Por norma general, cada grupo contiene elementos con propiedades ....................., mientras que es en los..........................donde se observa una variación importante de las.......................

3. La disposición de los electrones en ... .............. según un orden determinado recibe el nombre de...........................

4. Indica el número de electrones que tienen en la primera, segunda y tercera capas los siguientes elementos: hidrógeno, boro, carbono, flúor, sodio, fósforo y argón.

5. ¿Cuáles de los siguientes elementos: carbono, magnesio, litio, azufre, estroncio y boro, tienen propiedades químicas parecidas al calcio?. Deberás consultar la Tabla Periódica.

6. Dibuja la forma en que se distribuyen los electrones en la corteza de los átomos de cada uno de los elementos que se indican: a) helio b) berilio c) carbono  d) oxígeno e) neón f) calcio ¿Qué iones formarán espontáneamente estos elementos químicos?

7. Dibuja la forma en que se distribuyen los electrones en la corteza de los átomos de cada uno de los iones que se indican: a) H-       b) Be2+      c) O2-          d) P3+        e) P5+        f) S2-

8. Nombra seis elementos en los que la capa que contiene los electrones de valencia de sus átomos esté completa, es decir, que sea una capa que no admita ni ceda electrones. Utiliza para ello la tabla periódica, si te es necesaria. 

9. Indica qué tipo de enlace se establecerá entre los siguientes elementos: a) litio y flúor b) berilio y oxígeno c) cloro y cloro d) plomo y plomo e) cloro y azufre

10. Explica cómo se forma el BeCl2 e indica qué iones lo componen.

11. Se analiza una muestra de una sustancia en el laboratorio. ¿Cómo se puede saber si es un compuesto con enlace iónico?

12. Relaciona las propiedades de la columna izquierda con los elementos de la derecha:


1.Conductor de la corriente eléctrica
2.Soluble en agua y muy duro
3.Tiene verdaderas moléculas

4.Insoluble en agua y muy duro


A. Plata
B. Diamante

C. Bromuro de potasio
D. Cloruro de hidrógeno

13. Pon un ejemplo de: a) Una sustancia que sea dúctil y maleable b) Un compuesto duro pero aislante eléctrico c) Una sustancia insoluble en agua pero conductora de la electricidad. d) Un compuesto con enlace covalente y soluble en agua.

14. El ordenamiento en el espacio de cationes y aniones, formando una estructura tridimensional gigante, da lugar a la formación de un..................

15. La proporción de aniones y cationes en un compuesto iónico ha de ser tal que se consiga la.......................eléctrica.

16. El dióxido de carbono, CO2 es un gas que se forma en la combustión y la respiración de los seres vivos. En su molécula el átomo de carbono es el átomo central, encontrándose unido a dos átomos de oxígeno, ¿cuántos pares de electrones son compartidos en este enlace?

17. Indica el número de protones y de electrones que tiene en total cada uno de los siguientes aniones y cationes (Si es necesario, consulta el S.P):
a)
OH-              b) SO42-              c) POl-               d) CO2             e) ClO2-

f) Mg2+             g) Al3+                h) NH4-               i) Au+                    j) Mn2+

tema4web.gif


Todas las respuestas deben ser razonadas. Cuidar la ortografía y las expresiones. No escribir en abreviaturas

1. Indica cuáles de los siguiente pares de elementos pueden formar compuestos iónicos: a) Hidrógeno y oxígeno b) Aluminio y oxígeno c) Potasio y azufre d) Azufre y cloro e)Yodo y plomo.

20 PUNTOS(4/4/4/4/4)

2. Describe el tipo de enlace químico que presenta el calcio e indica cómo pueden permanecer unidos entre sí los átomos de calcio. Dibuja un modelo de su red cristalina. a) ¿Será conductor de la corriente eléctrica? b) Si se une con el cloro, ¿qué tipo de enlace se forma? c) Describe el modelo de enlace del apartado b).

20 PUNTOS(5/5/5/5)

3. A temperatura ambiente, el fósforo es un sólido constituido por moléculas de fórmula P4. ¿Cuántos átomos hay en una molécula de fósforo? ¿El fósforo es un compuesto? ¿Es un cristal covalente atómico?

15 PUNTOS(5/5/5)

4. Dadas las sustancias Cu, NaBr, O2: a) Identifica qué enlace existe entre sus átomos b) Ordénalas aproximadamente por su temperatura de fusión creciente, c) ¿Cuáles se disolverán en agua? d) ¿Cuáles conducirán la corriente eléctrica?

20 PUNTOS(5/5/5/5)

5. El amoníaco tiene por fórmula (NH3) ¿Qué clase de enlaces presenta?. Haz un modelo de dicho enlace mediante la notación de Lewis.

25 PUNTOS(10/15)

RESPUESTAS (En cualquier orden)

 


Aquí podrás encontrar enlaces que te llevarán a páginas que contienen material adecuado para complementar el estudio de esta Unidad.

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Fecha
Relación de ejercicios - UNIDAD 4
Formato
07-01-2007
Hoja de ejercicios - Sistema Periódico y enlace químico



Realizado el 7 de Enero de 2007
© L.Alberto Crespo Sáiz


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