Tema 2: Átomos, moléculas, iones

TEMA 2

Átomos, Moléculas e Iones

Elaborado por: Sofía Garro Camacho

Objetivo General

Que el estudiante examine las unidades fundamentales de la materia y represente la composición de las sustancias mediante fórmulas químicas.

CONTENIDO

Número atómico, número másico e isótopos

Fórmulas Químicas

Nomenclatura de compuestos

La Tabla Periódica

Moléculas e iones

Número atómico, número de masa e isótopos

Todos los átomos se pueden identificar por el número de protones y neutrones que contienen.

Número atómico (Z): número de protones en el núcleo del átomo. Determina la identidad química de este.En un átomo neutro, el número de protones es igual a al número de electrones. Número de masa (A): número total de neutrones y protones presentes en el núcleo de un átomo. Todos los núcleos atómicos contienen tanto neutrones como protones( a excepción del hidrógeno).. Está dado por: Número de neutrones: corresponde a la diferencia entre el número de masa y el número atómico, ( A - Z ). NOTA: Los 3 números ( atómico, másico y neutrones) son # enteros .

# de masa = # deprotones + # de neutones = # atómico + # de neutrones

Representación de Z y A en un elemento X:

Isótopos

No todos los átomos de un elemento tienen la misma masa. La mayoría de los elementos tienen 2 o más isótopos, que son átomos con el mismo # atómico (Z), pero diferente # másico (A).Ej: Existen 3 isótopos de hidrógeno Los isótopos del mismo elemento tienen un comportamiento químico semejante, forman el mismo tipo de compuesto y presentan reactividades semejantes.

La TablaPeriódica

Tabla en la que se encuentran agrupados los elementos que tienen propiedades químicas y físicas semejantes.

Distribución de la tabla

Los elementos están acomodados de acuerdo con su # atómico (que aparece sobre el símbolo del elemento), en filas horizontales, llamadas periodos, y en columnas verticales, conocidas como grupos o familia, de acuerdo con sus semejanzas en las propiedades químicas.

Los elementos se dividen en 3 categorías: 1. Metales: son buenos conductores del calor y de la electricidad. 2. No metales: son malos conductores del calor y la electricidad. 3. Metaloides: presentan propiedades intermedias entre los metales y los no metales.

Grupos (familias) de la Tabla Periódica

Grupo 1A : Metales alcalinos ( Li, Na, K, Rb, Cs y Fr)

Grupo 5A: Nitrogenóides ( N, P, As, Sb y Bi

Grupo 6A: Calcógenos ( O, S, Se, Te y Po)

Grupo 2A: Metales alcalinotérreos ( Be, Mg, Ca, Sr, Ba y Ra)

Grupo 7A: Halógenos ( F, Cl, Br, I y At)

Grupo 3A: Térreos ( B, Al, Ga, In, Tl

Grupo 8A: Gases nobles ( He, Ne, Ar, Kr, Xe y Rn)

Grupo 4A: Carbonoides ( C,Si, Ge, Sn y Pb)

Iones y Moléculas

La mayor parte de la materia está compuesta por moléculas o iones formados por los átomos.

Moléculas

Una molécula es un agregado de, por lo menos, 2 átomos en una colocación definida que se mantienen unidos a través de fuerzas químicas (enlaces químicos). Las moléculas pueden tener átomos del mismo elemento o átomos de 2 o más elementos, siempre en una propoción fija. Por lo tanto, una molécula no siempre es un compuesto. Ejs: El hidrógeno gaseoso (H2) es un elemento puro que consta de moléculas formadas por 2 átomos de H cada una. El agua es un compuesto molecular que contiene hidrógeno y oxígeno, es una relación de 2 átomos de H y 1 átomo de O.

Tipos de moléculas

Moléculas diatómicas: contienen sólo 2 átomos. Algunos elementos de este tipo son: H2, N2, O2, los elementos del grupo 7A: F2, Cl2, Br2 y I2.Una molécula diatómica también puede contener átomos de diferentes elementos. Ejs: HCl, CO.

Moléculas Poliatómicas: contienen más de 2 átomos. Pueden ser átomos del mismo elemento, como el ozono (O3), o bien, combinaciones de 2 o más elementos distintos.Otros ejs: el agua (H2O) y el amoniaco (NH3).

DP

Un compuesto molecular es aquel formado por elementos no metálicos, que se encuentran unidos por medio de enlaces covalentes.Por ejemplo:

• Ácido clorhídrico (HCl)
• Dióxido de carbono (CO2)
• Acetona (C3H6O)

Iones

Un ión es un átomo o un grupo de átomos que tiene una carga neta positiva o negativa. El número de protones, (cargados positivamente), del núcleo de un átomo permanece igual durante las reacciones químicas. Pero los electones, (cargados negativamente), se pueden perder o ganar.

Cuando se pierde 1 o más electrones a partir de un átomo neutro, se forma un catión, un ion con carga neta positiva. Ej: un átomo de sodio (Na) fácilmente puede perder un electrón para formar el catión sodio ( Na+): Átomo de Na Ion Na+ 11 protones 11 protones 11 electrones 10 electrones

Por otra parte, cuando se da un incremento en el número de electrones, se forma un anión, un ion cuya carga es negativa. Por ejemplo: un átomo de cloro (Cl) puede ganar un electrón para formar el ion cloruro (Cl-) : Átomo de Cl Ion Cl- 17 protones 17 protones 17 electrones 18 electrones

Un compuesto iónico es aquel formado por cationes y aniones. Por ejemplo de cloruro de sodio (NaCl) Lo iones monoatómicos son aquellos que pueden perder o ganar más de un electrón. Ejemplos de iones formados por la pérdida o ganancia de más de un electrón: Mg2+, Fe3+, S2- y N3-. Los iones poliatómicos son los que contienen más de un átomo con carga neta positiva o negativa. Ejs: ion hidróxido (OH-), ion cianuro (CN-) y el ion amonio (NH4+)

Fórmulas Químicas

Se utilizan para expresar la composición de las moléculas y los compuestos iónicos por medio de los símbolos químicos.

Fórmulas Moleculares

Una fórmula molecular indica el número exacto de cada elemento que está presente. Por ejemplo H2, es la fórmula molecular del hidrógeno, O2 representa al oxígeno y H2O al agua.El subíndice numérico indica el número de átomos de cada elemento. En el caso del H2O, no aparece subíndice en el O porque sólo hay un átomo de oxígeno en una molécula de agua; de esta manera se omite el subíndice “uno” de las fórmulas.

Modelos Moleculares

Como las moléculas son demasiado pequeñas para poder observarlas de manera directa, se utilizan modelos moleculares para visualizarlas de manera efectiva. Hay 2 tipos:

Modelos espaciales

Esferas y barras

Esferas y barras

Los átomos se representan por esferas de madera o de plástico con orificios perforados en ellas, y para representar los enlaces químicos se utilizan barras o resortes. Los ángulos que se forman entre los átomos en los modelos se aproximan a los ángulos de los enlaces reales de las moléculas. Todas las esferas (excepto del átomo de H), son del mismo tamaño y cada tipo de átomo está representado por un color específico.

Modelos espaciales

Los átomos están representados por esferas truncadas que se mantienen unidas a presión, de manera que los enlaces no se ven.El tamaño de las esferas es proporcinal al tamaño de los átomos. Estos modelos son más exactos porque permiten ver con claridad la diferencia del tamaño de los átomos.

Formula Empírica

Indica cuáles elementos están presentes y la proporción mínima, en números enteros, entre sus átomos, pero no necesariamente indica el número real de átomos en una molécula determinada. Son las fórmulas químicas más sencillas; se escriben de manera que los subíndices de las fórmulas moleculares se reduzcan a los números enteros más pequeños posibles.

Ejemplos

Peróxido de hidrógeno ( H2O2):La fórmula indica que cada molécula contiene 2 átomos de H y 2 átomos de O. La proporción de átomos tanto de hidrógeno como de oxígeno es de 2 : 2 o 1 : 1. La fórmula empírica es HO. Hidracina ( N2H4): La fórmula empírica es NH2, donde la relación entre N y H es 1 : 2, tanto en la fórmula molecular como en la empírica; sin embargo, sólo la fórmula molecular indica el # real de átomos de N ( dos) y de H (cuatro).

Fórmulas de los compuestos iónicos

Las fórmulas de los compuestos iónicos por lo general son las mismas que sus fórmulas empíricas.Ej: Una muestra de cloruro de sodio (NaCl) consiste en el mismo número de iones Na+ y Cl-. En este compuesto existe una proporción de cationes y aniones de 1 : 1, de forma que el compuesto es eléctricamente neutro. NOTA: en la fórmula de un compuesto iónico no se muestra la carga del catión ni del anión.

Para que los compuestos iónicos sean eléctricamente neutros, la suma de las cargas de los cationes y de los aniones de una fórmula deben ser igual a cero. Si las cargas de los aniones y cationes son numéricamente diferentes, se aplica la siguiente regla:

"El subíndice del catión debe ser numéricamente igual a la carga del anión, y el subíndice del anión debe ser numéricamente igual a la carga del catión."

Si las cargas son numéricamente iguales, los subíndices no serán necesarios. Considere los siguientes ejemplos:1) Bromuro de potasio: El catión potasio K+ y el anión bromuro Br- se combinan para formar el compuesto iónico bromuro de potasio. La suma de las cargas es +1 + (-1) = 0, de modo que no es necesario escribir subíndices. Así, la fórmula es KBr. 2) Yoduro de zinc: el catión zinc Z2+ y el anión yoduro I- se combinan para formar yoduro de zinc. La suma de las cargas es +2 + (-1) = +1. Para que la suma de estas sea iguala a cero, se debe multiplicar por 2 la carga -1 del anión y agregar un subíndice “2” al símbolo del yodo. Así, la fórmula del yoduro de zinc es ZnI2.

3) Óxido de aluminio: El catión es Al3+ y el anión es O2-. Siguiendo un diagrama: Al3+ O2- Al2 O3 La suma de las cargas es 2(3+) + 3(-2) = 0. Así la fórmula del óxido de aluminio es Al2O3

BIBLIOGRAFÍA

1) Chang, R.; Goldsby, K.A. Química, 11 a ed.; McGraw-Hill: Méxic, D.F.,2013.