LA MATERIA Y SUS ESTADOS DE AGREGACIÓN

¡Hola a todos! 

Hace unos días, cuando os hablaba de la estructura atómica, os dije que un átomo se definía como la unidad más pequeña que constituye la materia. Pero... ¿sabéis qué es exactamente la materia?

Bueno... lo cierto es que todo lo que nos rodea es materia, incluso nosotros mismos, pues tenemos una composición química definida; estamos hechos de materia.

La materia es el resultado de la distribución, de una forma u otra, de un conjunto de átomos (los cuales poseen masa) que ocupan un lugar en el espacio y cuyas propiedades se perciben por los sentidos. Por lo tanto, consideramos como materia a todo aquello que tenga masa y volumen. Surge entonces el concepto de densidad (d), que es la cantidad de masa (m) que hay por unidad de volumen (V).

Desde estos enlaces puedes acceder a experimentos interactivos sobre el cálculo de la densidad, el volumen y la masa de un sólido, así como medir la masa de un líquido.

La materia se presenta en la naturaleza en tres estados diferentes, a los que llamamos estados de agregación, cada uno de los cuales se caracteriza por poseer propiedades físicas únicas que los distinguen del resto de estados.

Estos estados de agregación son: sólido, líquido y gaseoso.

En el estado sólido (a), las partículas se encuentran muy fuertemente unidas unas con otras y prácticamente no se mueven, están en posiciones fijas, adaptando una forma definida y concreta. Además, los sólidos muestran gran resistencia a cambiar su forma y ocupan un volumen constante.

"Estados de agregación de la materia" by Carlos Alonso - CC BY

En el estado líquido (b), las fuerzas que mantienen unidas las partículas entre sí son bastante más débiles, por lo que las partículas ya no están inmóviles, sino que tienen cierta libertad de movimiento, fluyen. A diferencia de los sólidos, los líquidos son capaces de adoptar la forma del recipiente que los contiene, pero ocupan siempre un volumen determinado.

En el estado gaseoso (c), las partículas apenas se mueven con casi total libertad, pues no existen una fuerza que las mantenga unidas. Al igual que los líquidos, los gases no poseen una forma fija, sino que adoptan la forma del recipiente que los contiene, mientras que el volumen que ocupan varía también en función del recipiente.

Por tanto, la materia se presentará en un estado u otro dependiendo del tipo de fuerzas que predominen sobre las partículas. Si predominan las fuerzas de cohesión, las partículas estarán muy juntas unas con otras y apenas podrán moverse: estado sólido (a). Si las fuerzas que predominan son de repulsión, las partículas podrán moverse con total libertad y estarán muy alejadas unas de otras: estado gaseoso (c). Si por lo contrario, las fuerzas de cohesión y de repulsión son del mismo orden, las partículas podrán desplazarse con cierta libertad pero sin alejarse unas de otras: estado líquido (b).

Por último, si todavía no lo tienes del todo claro, puedes echarle un vistazo al siguiente vídeo, que te será muy útil para desarrollar la actividad de aprendizaje propuesta.

ENLACE COVALENTE Y ENLACE METÁLICO

¡ Buenas tardes a todos !

Tras la lección de ayer sobre el enlace iónico, hoy no tengo más remedio que daros un par de pinceladas sobre los otros dos tipos de enlace que existen: el enlace covalente y el enlace metálico.

Si recordáis, en el enlace iónico tiene lugar una cesión (total) de electrones entre dos tipos de elementos de la Tabla Periódica: uno metálico y otro no metálico. Dos iones (un catión y un anión) se atraen porque sus cargas eléctricas son de signos opuestos.

Pero... ¿pueden enlazarse entonces elementos químicos que sean del mismo tipo?

Cuando dos elementos no metálicos se enlazan, lo que ocurre es que comparten electrones (en lugar de cederlos, como ocurre en el iónico) dando lugar a lo que llamamos enlace covalente y originando, por consiguiente, compuestos covalentes.

Por ejemplo, el ácido clorhídrico es un compuesto covalente formado por un átomo de Hidrógeno, cuya configuración electrónica es 1s¹ (1e- de valencia) y por un átomo de Cloro, de configuración electrónica [Ne] 3s²3p⁵  (7 electrones de valencia).

Como el objetivo que tienen ambos elementos es adquirir una configuración electrónica de gas noble (mucho más estable), el H decide compartir su único electrón con el Cl, y este decide compartir uno de sus 7 electrones de valencia con el H. De esta manera, el H tendría la configuración electrónica del Helio (2s²) y el cloro la del Argón ([Ne] 3s²3p⁶).

"Enlace Covalente" by EcuRed - CC BY

En cuanto al enlace metálico, como su propio nombre parece indicar, tiene lugar entre metales. Lo que ocurre es que los átomos metálicos ceden los electrones de su última capa o nivel (su capa de valencia) a una nube electrónica que mantiene unidos (enlazados) a los cationes metálicos formados.

Los electrones de esa nube están constantemente en movimiento, dando vueltas alrededor de todos los átomos metálicos. Por esta razón, los compuestos metálicos son buenos conductores de la electricidad, debido al flujo constante de electrones que hay en la nube electrónica, pues la electricidad es simplemente un conjunto de cargas negativas (electrones) en movimiento.

La imagen que veis aquí a la derecha podría corresponder perfectamente con un metal alcalino, como por ejemplo el Na, que como sabéis tiene 1e- en su capa de valencia. Las esferas con carga positiva representarían los cationes Na+ y los electrones estarían moviéndose sin parar en torno a ellos a lo largo de la nube electrónica.

LA CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA

¡¡ Hola de nuevo !!

Tal y como ya adelanté en mi anterior entrada del blog sobre el enlace iónico, voy a tratar de explicar ahora algunos conceptos que os ayudarán bastante para comprender el ejemplo que os puse de enlace iónico entre el Na y el Cl.

Básicamente, la configuración electrónica es la forma en la que se ordenan los electrones de un átomo. 

Dentro de un átomo, los electrones se distribuyen en niveles y subniveles de energía. Los niveles, que van desde el 1 hasta el 7, coinciden con los 7 periodos (filas horizontales) de la Tabla Periódica, mientras que cada nivel de energía se divide en subniveles (s, p, d, f), que se agrupan por bloques en la tabla, tal y como podéis ver en el dibujo:

"Bloques de configuración electrónica" by Juan Jesús González Sánchez - CC BY (Fuente: Elaboración propia)

Cada subnivel puede alojar en su interior un número determinado de electrones como máximo. De esta manera, al subnivel s solamente le caben 2 electrones, al subnivel p le caben 6 e-, al d le caben 10 e- y al f como máximo le caben 14 electrones.

¿Cómo sabemos cuál es la configuración electrónica de un átomo? Pues debemos seguir el orden que indican las flechas del Diagrama de Moeller, y dado que estamos acabando el año... os pongo aquí a la izquierda la versión navideña... jejeje

Para el átomo de Sodio, Na, la configuración electrónica será: 1s2 2s2 2p6 3s1 (Z = 11).

Por eso, el Na tiene 1e- de valencia, que es el electrón que se encuentra en el nivel más alto (periodo 3), en el subnivel s.

Este electrón de valencia será el que el sodio le ceda al cloro para quedarse como catión, Na+, y adquirir así la configuración electrónica de un gas noble, es decir, una configuración mucho más estable.

Por su parte, el átomo de Cloro, Cl, tiene una configuración electrónica: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 (Z = 17).

Por tanto, el cloro tiene 7 electrones de valencia (en su último nivel, el tercer nivel, hay 7 electrones: 2e- en el subnivel s y 5e- en el subnivel p), por lo que para adoptar la configuración de gas noble (muy estable) necesita ganar 1e-, que lo toma del Na, quedándose él como anión cluroro, Cl-.

Aquí tenéis el esquema de nuevo, para que os ayude a visualizarlo:

"Enlace iónico NaCl" by JM Villa - CC BY

EL ENLACE IÓNICO

¡¡ Hola otra vez !!

Con todo lo que hasta ahora sabemos sobre la estructura atómica, ya podemos hablar de iones y de cómo se enlazan entre ellos mediante el enlace iónico.

Un ión es un átomo que ha ganado o perdido electrones: 

• Si el ión se ha formado porque ha perdido electrones, tendremos un átomo con carga positiva, es decir, tendremos un catión.
• Si, por lo contrario, ese ión se forma porque el átomo gana electrones, lo que obtendremos será un ión cargado negativamente, es decir, un anión.

Ahora bien, ¿cómo sabemos si un átomo prefiere ganar o perder electrones? Pues como siempre, en la Tabla Periódica está la respuesta.

• Cuanto más a la izquierda de la tabla se encuentre el elemento (zona de los metales), más tenderá este a perder electrones y formar cationes.
• En cambio, cuanto más a la derecha se encuentre situado el elemento (zona de los no metales), más facilidad tendrá para captar electrones y formar aniones.

En términos generales, podemos decir que el enlace iónico tiene lugar entre un metal y un no metal, donde el metal le cede electrones al no metal, o visto de otra manera, donde el no metal le quita electrones al metal, formando finalmente lo que se conoce como un compuesto iónico.

Pongamos un ejemplo para entenderlo mejor: en el cloruro de sodio (la sal común de mesa que utilizamos en casa) un átomo de cloro (halógeno, no metal) le quita un electrón a un átomo de sodio (metal alcalino), convirtiéndose en un anión cloruro, Cl-, y transformando al sodio en un catión, Na+. Ambos iones se encuentran ahora formando un enlace iónico y, por tanto, han dado lugar a un compuesto iónico, el NaCl.

"Enlace iónico NaCl" by JM Villa - CC BY

En la próxima entrada trataré de explicar qué son los electrones de valencia, para que podáis entender mejor esta imagen.

Finalmente, échale un vistazo a este vídeo de YouTube sobre el enlace iónico.

ISÓTOPOS

¡ Buenos días !

Hoy me gustaría hablaros sobre lo que se conoce como isótopos.

Como ya vimos ayer, el número atómico de un elemento químico nos indica cuántos protones tienen los átomos de dicho elemento. Así, cada átomo está definido por un número concreto y determinado de protones, es decir, si un átomo posee 6 protones (Z = 6), estaremos hablando del Carbono, si posee 7 protones (Z = 7), será Nitrógeno, si tiene 8 p+ (Z = 8), Oxígeno, etcétera.

Ahora bien, puede ocurrir que dos (o más) átomos contengan el mismo número de protones pero difieran en la cantidad de neutrones que hay en sus núcleos, dando lugar a lo que llamamos isótopos. Por ejemplo, el átomo de hidrógeno posee 3 formas isotópicas, cada una de diferente abundancia en la naturaleza: 

Dado que se trata del mismo elemento químico, pues tienen idéntico número de p+, todos los isótopos de un mismo elemento tendrán un comportamiento químico similar, es decir, formarán el mismo tipo de compuestos y reaccionarán de forma semejante, ya que los neutrones no intervienen en las transformaciones químicas que experimenta la materia. Sin embargo, sus propiedades físicas, como la densidad o el punto de ebullición, sí que serán diferentes.

Llegados a este punto, conviene mencionar el concepto de masa atómica, que es la media ponderada de los números másicos de cada uno de los átomos que constituyen un elemento químico. Puesto que muchos elementos químicos son el resultado de la mezcla de sus distintos isótopos, dicha media ponderada depende de la abundancia de cada isótopo en la naturaleza.

Por tanto, si quisiéramos calcular la masa atómica de un átomo tendríamos que ir sumando los resultados de multiplicar el número másico de cada isótopo por su abundancia correspondiente y, al final, dividir el número obtenido por 100.

Por ejemplo, el átomo de Cloro, Cl, presenta dos isótopos estables en la naturaleza: uno de número másico A = 34,9689 y de abundancia 75,77 % y otro cuyo A = 36,9659 con una abundancia de 24,23 %. El cálculo de su masa atómica quedaría así:

Finalmente, añadir que estas masas se miden en u, que es la unidad de masa atómica estándar y unificada por la IUPAC en el Sistema Internacional de unidades.

ESTRUCTURA ATÓMICA

¡ Hola otra vez !

En esta entrada me gustaría resumiros cómo es la estructura atómica de los elementos que componen la Tabla Periódica:

Un átomo se define como la unidad más pequeña que constituye la materia. En él podemos diferenciar dos partes: el núcleo y la corteza.

• El núcleo es la parte central del átomo y está formado por dos tipos de partículas subatómicas: los protones (p+), que tienen carga eléctrica positiva, y los neutrones (nº), que son eléctricamente neutros, es decir, que no tienen carga. 

• En la corteza se encuentran los electrones (e-), partículas subatómicas cargadas negativamente que giran alrededor del núcleo.

"Estructura del átomo" by Junta de Andalucía - CC BY

Además de las cargas eléctricas mencionadas, estas tres partículas subatómicas poseen características que las hacen únicas: los protones (y también los neutrones) tienen una masa aproximada de 1,6×10^(-27) Kg, mientras que la masa de los electrones es bastante inferior: 9,1×10^(-31) Kg.

Estas propiedades dan lugar a conceptos como el de número atómico y número másico.

Por un lado, el número atómico (Z) de un elemento nos indica el número de protones que éste posee en su núcleo. Asimismo, se conoce como número másico (A) a la suma de los protones y neutrones que tiene en total dicho elemento químico en su núcleo.

   

A modo de ejemplo, aquí podéis ver el caso del átomo de azufre:

Antes de terminar, me gustaría que echases un vistazo a este vídeo, que resume lo que hemos visto en esta lección y habla también de los cationes y aniones, que los veremos en la próxima entrada del blog sobre ENLACE IÓNICO.

LOS ELEMENTOS DEL SISTEMA PERIÓDICO

¡ Hola de nuevo !

Como ya mencioné en mi primera entrada, la Tabla Periódica de Mendeleev recoge todos los elementos químicos conocidos hasta la fecha, pero... ¿qué fue lo que llevó a este científico a ordenar los elementos de esa manera?

Mendeleev decidió ordenar los elementos en función de su masa atómica, situando en una misma columna los que tuvieran algo en común: sus propiedades.

A la hora de elaborar su tabla, tuvo que ir dejando huecos, dado por aquel entonces todavía había muchos elementos que no se conocían, lo que le llevó a postular que existían elementos desconocidos hasta ese momento que encajarían perfectamente, cuando fuesen descubiertos, en los huecos que quedaban libres. 

Efectivamente, pocos años después se descubrieron el Ge, Ga y Sc, cuyas propiedades confirmaban la predicción de Mendeleev, estableciéndose su Tabla como una clasificación definitiva de los citados elementos (en el año 1869), lo que dio lugar a grandes avances en la química en el siglo XX.

Hoy en día, los elementos se agrupan en columnas, que denominamos familias o grupos, tal y como puede apreciarse en la imagen que se muestra a continuación:

Por último, os dejo aquí un vídeo, para los más curiosos, donde van apareciendo los diferentes elementos químicos con el paso de los años hasta llegar a la actualidad:

2019: El Año Internacional de la Tabla Periódica

Hola a todos!!!

Para empezar a descubrir las maravillas de la Química, lo primero es conocer bien los elementos que componen la famosa Tabla Periódica. Seguro que muchos de los que estáis leyendo esto ya habéis oído hablar de ella...

¿Sabíais que en 2019 se cumplirán 150 años desde que el químico ruso Mendeleev publicó por primera vez su influyente modelo de tabla periódica?

Por esta razón, en noviembre de 2017 la UNESCO proclamó el 2019 como el "Año Internacional de la Tabla Periódica".

Mendeleev no fue el primero en intentar organizar todos los elementos químicos conocidos en una misma tabla, pues varios científicos lo habían intentado con anterioridad. Sin embargo, gracias a sus exitosas predicciones se descubrieron tres elementos químicos (Galio, Germanio y Escandio) en los siguientes 15 años a su publicación, lo que hizo de su modelo de Sistema Periódico el mayor descubrimiento nunca antes hecho por un científico ruso.

A continuación os dejo un divertido vídeo que tal vez os pueda servir de ayuda para memorizar los elementos químicos de la Tabla Periódica. ¡Espero que os guste!