Quimica

Ciencias Naturales

Química

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Aprender Convivir Valorar

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Ciencias Naturales

Química

Dirección de contenidos Prof. Rodolfo Hidalgo Caprile

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Jefatura de Área Ciencias Lic. Bárbara Burgos Rodríguez

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Edición Equipo editorial Santillana Alebrije Proservice Limitada

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Autoría Prof. Lorena Trujillo Muñoz

Asesoría pedagógica Prof. Pamela Castro Berríos

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El texto de Química 8º básico, parte del proyecto , es una obra colectiva, creada y diseñada por el Departamento de Investigaciones Educativas de Editorial Santillana.

Dirección de contenidos Rodolfo Hidalgo Caprile

Subdirección de editorial:

Marcelo Cárdenas Sepúlveda

Corrección de estilo:

Alejandro Cisternas Ulloa Rodrigo Olivares de la Barrera Miguel Ortiz Cifuentes

Documentación:

Subdirección de diseño: Diseño y diagramación: Ilustraciones: Fotografías:

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María Verónica Román Soto

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Raúl Urbano Cornejo

Ana María Torres Nachmann Carlos Urquiza Moreno Marcelo Cáceres Ávila César Vargas Ulloa Archivo editorial Wikimedia Commons

Cubierta:

Miguel Bendito López Roberto Peñailillo Farías Raúl Urbano Cornejo

Ilustración de cubierta:

Roberto del Real Ekdahl

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Jefatura de diseño:

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Cristian Bustos Chavarría Paulina Novoa Venturino

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Producción:

Agradecimientos:

Rosana Padilla Cencever Ministerio de Salud (MINSAL)

Quedan rigurosamente prohibidas, sin la autorización escrita de los titulares del derecho de autor, bajo las sanciones establecidas en las leyes, la reproducción total o parcial de esta obra por cualquier medio o procedimiento, comprendidos la reprografía y el tratamiento informático, y la distribución en ejemplares de ella mediante alquiler o préstamo público.

La editorial ha hecho todo lo posible por conseguir los permisos correspondientes para las obras con derecho de autor que aparecen en el presente texto. Cualquier error u omisión será rectificado en futuras impresiones a medida que la información esté disponible. © 2016, by Santillana del Pacífico S. A. de Ediciones. Avda. Andrés Bello 2299, piso 10, Providencia, Santiago (Chile). PRINTED IN CHINA. Impreso en China y producido por Asia Pacific Offset Ltd. ISBN: 978-956-15-2621-1 – Inscripción nº 255.949 www.santillana.cl [email protected] ® Santillana es una marca registrada de Grupo Santillana de Ediciones, S. L. Todos los derechos reservados.

A N Ciencias LA Naturales IL T Química N A S Hola, amiga, amigo. A V I S U L C X E D A D E I P O PR

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Te damos la bienvenida a esta nueva etapa que comienzas en Octavo básico. Este año te acompañaremos para que lleves a cabo este viaje de aprendizaje. Desde ahora, te invitamos a que descubras un mundo en el que disfrutarás la magia de aprender mediante contenidos, textos, imágenes y actividades creados para ti.

No estarás solo en esta aventura: junto con tus compañeros, profesores y familia, encontrarás un espacio para compartir , a través de actividades que te invitan a conocer más del mundo que nos rodea.

Este viaje también tendrá una ventana que te permitirá complementar tu aprendizaje por medio del uso de tecnología para que puedas trabajar con tu familia en un ambiente seguro.

Este texto te ayudará a aprender acerca de los principales elementos químicos que sirven soporte para la vida, a comprender cómo el conocimiento acerca de la constitución de la materia se ha construido con el aporte de diversos científicos y ha evolucionado a lo que conocemos hoy en día y a entender que la tabla periódica de los elementos químicos permite predecir propiedades de los elementos químicos.

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Deja que tu curiosidad te lleve a conocer más y ! disfruta este desafío de aprender ¡

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Sello de Transparencia Santillana es una iniciativa que busca promover en los colegios la adopción de proyectos y servicios educativos de acuerdo con criterios pedagógicos, principios de integridad y responsabilidad, y actúa en todo momento conforme a las normas de buena fe y ética profesional.

es más que un texto escolar. es un proyecto cuya finalidad es invitarte a asumir tu educación desde una nueva perspectiva. Para que aprendamos, necesitamos la colaboración de los demás, con quienes compartimos un mismo entorno y tiempo, que respetamos y valoramos. La propuesta educativa de Todos juntos se basa en tres grandes ejes que orientan todo el trabajo:

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Aprender Convivir Valorar

Eje 1:

Todos juntos aprendemos si tenemos la voluntad e intención por compartir nuestro esfuerzo. El proyecto contribuye a este eje con distintas herramientas: t Fortalece el aporte de la tecnología a la experiencia de aprendizaje. t Ofrece diferentes tipos de actividades para permitir a todos encontrar su propia forma de aprender. t Aprovecha los recursos visuales como herramientas de aprendizaje que invitan a la reflexión sobre cómo aprender más y mejor.

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Eje 2:

Eje 3:

Todos juntos convivimos cuando comprendemos que cada uno contribuye a la construcción de una sociedad más democrática y justa, en la que todos tenemos cabida.

Todos juntos valoramos nuestro entorno natural y social y nos hacemos responsables del impacto que nuestras acciones tienen en él: el respeto por la naturaleza, por su diversidad de plantas y de animales y también por el patrimonio que heredamos, compartimos y que debemos entregar a las futuras generaciones.

El proyecto aporta a este eje por distintas vías: un programa articulado de educación en valores. Lo encontrarás no solo en los ejemplos y actividades, sino también en la sección .

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Contenido digital El Texto del estudiante del proyecto tiene como pilar fundamental el concepto de aprendizaje ubicuo, por lo cual ofrece oportunidades de aprendizaje en diversos espacios por medio del uso de la tecnología en red. Con ese afán, encontrarás a tu disposición un conjunto de recursos digitales, a los que podrás acceder desde cualquier dispositivo conectado a Internet.

Te invitamos a crear un usuario y contraseña en el sitio www.santillana.cl para que puedas acceder a los recursos digitales complementarios del proyecto. Utiliza para tu registro el código inserto en tu libro.

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Recursos digitales en el libro Cada vez que te encuentres en tu texto con alguno de estos íconos, ingresa a tu Aula Virtual, en donde hallarás los recursos digitales complementarios asociados a los contenidos o evaluaciones propuestas.

Recursos digitales Utiliza estos recursos para apoyar tu aprendizaje. Entre ellos podrás encontrar: actividades digitales, presentaciones multimedia, audios, videos, galerías de imágenes y fichas de trabajo.

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Juego

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PLibro

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Pon a prueba tus conocimientos respondiendo las preguntas en el juego propuesto en las evaluaciones inicial, intermedia y final. En él podrás ir superando etapas y acumulando puntaje que te será útil a la hora de navegar en tu sesión del Aula Virtual.

digital Texto en formato digital que podrás revisar y personalizar en tu sesión del Aula Virtual. Puedes acceder a él utilizando cualquier dispositivo conectado a Internet.

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Aprendo a usar mi texto Tu texto de

Química 8° básico

tiene cuatro unidades que contienen:

Composición química de la materia

Inicio de unidad

¿Qué veo?

¿Qué veo? MULTIMODALIDAD

Preguntas que te conectan con la imagen de inicio para que trabajes con ella.

Observa la imagen y comenta con un compañero.

Encontrarás una atractiva imagen que deberás trabajar a partir de las secciones:

t
A partir de lo que ves, ¿qué clasificarías como materia?

t
¿De qué están compuestas las nubes que se distinguen en la imagen?

t
¿La luz del sol se considera materia? Fundamenta tu respuesta.

¿Qué sé? t
Imagina que estás en este paisaje y ves las montañas con nieve. ¿Dirías que están cubiertas por un compuesto químico? Fundamenta.

t
¿En qué estado físico se encuentra el agua? t
¿El aire y el agua son materia? Fundamenta tu respuesta.

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Temas

Cada tema tiene asociada una serie de contenidos de aprendizaje que trabajarás de acuerdo con una situación contextualizada. Luego, ejercitarás lo aprendido. Tema

Elementos químicos en el entorno ¿Qué es la materia?

AD

t
¿En qué estado físico se encuentra el cobre de la imagen? t
¿El cobre es materia? Contesta en tu cuaderno.

El agua también es una sustancia que utilizamos a diario en nuestros hogares, ya sea para cocinar nuestros alimentos, para consumirla, para lavar ropa, para asearnos, entre otras acciones.

Chile es el mayor país productor de cobre, con un 34 % de la producción mundial.

D E PI

t
¿Cuál es el estado físico del agua que se observa en la imagen al costado? t
¿Crees que el agua es materia? ¿Por qué?

E Ejercito

Un alambre de cobre es un material de amplio uso, por ejemplo, se emplea en los cables de artefactos eléctricos que existen en nuestros hogares.

El agua es de vital importancia para los seres vivos.

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Compuestos

Mezcla heterogénea

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Inicios del modelo

¿Los filósofos griego

s fueron los prime

¿Qué veo?

Mezclas

¿Qué sé?

Leucipo y Demócrit o.

Constituidos por un tipo de átomos

Ejemplos

Ejemplos

n

ros?

En la Antigua Grecia, la filosofía y el pensam iento de muchos seres de la época generar humanos on el cuestionamiento sobre la composición Leucipo y su aprendiz de la materia. Demócrito, en el siglo V a. C., proponen por que la materia está primera vez constituida por pequeñ as partículas invisible a las que llamaron s e indivisibles átomos, del griego a = sin, tomo = división. de Demócrito y Leucipo La propuesta no perduró y fue la teoría continuista de elementos, del filósofo los cuatro griego Aristóteles, la que se mantuvo por 2 000 años, y que señalab los siguientes a la inexistencia del átomo.

Agua

Cobre

Composición variable

Composición fija y definida

Constituidos por dos o más tipos de átomos

atómico

Hemos visto que tanto nosotros como nuestro entorno contienen element compuestos químico s. Pero: os y t
¿Cómo se los imagina n? t
¿Cómo serán los átomos que constitu yen la materia? El modelo actual que explica el compor tamiento de los átomos ha sido gracias al aporte de diferentes científicos posible a lo largo del tiempo, comprender que el lo que nos permite conocimiento del ser humano es colabora medida que avanza tivo y cambia a la tecnología.

Componentes no se pueden distinguir a simple vista

Componentes se pueden distinguir a simple vista

Disolución de sal en agua

Mezcla de aceite en agua

MULTIMODALIDAD

Según Demócrito y Leucipo , la materia se podría dividir muchas veces. siguiente secuencia Observa la y completa el círculo central con la palabra que corresponde.

Si pudiera s dividir la materia hasta ya no poder hacerlo más te encontrarías con…

Condensación

Cristales de sal (NaCl)

Oro (Au)

30

GAS

Por otra parte, la materia se puede clasificar, según su composición, en sustancias puras y mezclas. Una sustancia pura está constituida por átomos iguales o distintos, en cambio, una mezcla tiene una composición variable.

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17

Química

Además encontrarás: Secciones que apoyan tu proceso de enseñanzaaprendizaje:

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icos

El desarrollo personal Los modelos y teorías son desarrollados por científicos que se resisten a abandonar su trabajo cuando un experimento falla o no obtienen el resultado esperado. Cada una de estas experiencias les incentiva a superar los problemas y continua r con su objetivo. ¿Qué haces tú cuando algo te enfrentas con dificultade s para conseguir lo que deseas?

Completa el diagrama anotando los textos e incluyendo las imágenes que faltan.

Su

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Elemento químico

Mezcla homogénea

Los modelos atóm

Materia

La materia se define como todo aquello que tiene masa y ocupa un volumen en el espacio y se puede presentar en tres estados físicos: sólido, líquido y gaseoso. Está constituida por partículas llamadas átomos, los que se unen a través de enlaces químicos para formar distintas sustancias.

Cambios de estado de la materia

Tema

2

En el diagrama que se muestra a continuación puedes observar la clasificación de la materia según su composición. Completa los recuadros en blanco con los conceptos que se presentan. Además, identifica en qué estado físico se encuentran las sustancias de las imágenes. Sustancia pura

Actividades que relacionan lo que ya sabes con los contenidos que aprenderás en la unidad.

T N

t
¿El aire que respiramos lo podemos observar y tocar?

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¿Qué sé?

Más informados

!

Detente

Ícono que te indica dónde utilizar el componente digital del proyecto:

Podrás saber cómo vas en tu proceso de enseñanza-aprendizaje en los tres momentos evaluativos... Evaluación inicial Juego

Evaluación inicial

Evaluación intermedia

7. ¿Cuál de los siguientes compuestos, al mezclarse con agua, forma una mezcla heterogénea?

Lee las siguientes preguntas y luego marca la alternativa correcta:

1. El cobre es materia y tiene un solo tipo de átomo. ¿A qué hace referencia la descripción?

A. Sal.

A. Molécula.

B. Ace Aceite. A Ac ce

B. Elemento.

C. Azú Azúcar. Az

Juego

Evaluación intermedia

D. Vin Vinagre. n

C. Sustancia. D. Compuesto. 2. El agua de mar y el petróleo son ejemplos de mezclas homogéneas. ¿Qué se formaría si ambas se mezclan?

7.

Responde las siguientes preguntas y marca la alternativa correcta.

A. See funden.

B. Se solidifican. 1. ¿Qué características poseen las sustancias puras? C. Se subliman. A. Tienen una composición fija y definida. D. Se condensan. B. Las componen varios tipos de sustancias.

A. Se formaría un elemento. B. Se formaría un compuesto. C. Se formaría una sustancia homogénea. D. Se formaría una sustancia heterogénea. 3. Se prepara un jugo en polvo con agua para beberlo cuando se tiene sed. ¿A qué corresponde esta preparación? A. A una mezcla. B. A un compuesto.

Evaluación final D. La estabilidad del átomo ni la atracción electrón-núcleo. D C. Que la masa del átomo se concentra en el núcleo. C

8.

B. Ca Cambio a químico. 2. En el ciclo del oxígeno, este elemento es regenerado en un proceso reversible entre: C. Ca Cambio a reversible. A. O y NO 2

D. Solución. 5. ¿En qué estado de la materia se encuentra el agua que bebemos? A. Sólido.

B. Rutherford B

6. De la siguiente lista, ¿cuál no está constituido por materia?

3.

B. Aire. C. Hielo.

D. 18

9. ¿Qué evidencias tenía Dalton para plantear la teoría atómica de la materia?

5.

C. En que señalan la presencia de un núcleo compacto de carga positiva.

B. Al electrón. C. Al núcleo.

44

D. Al neutrón.

Química ca

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2

Analizo

Se pide determinar el número másico (A) de un elemento químico.

Observa la siguiente notación nuclear.

A

11

Planifico

C. 1s22s22p63s23p64s7

D. 1s2 2s22p6 3s23p64s23d5

A. 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 5s B. 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 5s 4p C. 1s 2s 2p 3s 4s 3p 4d 5s 4p

D. 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s

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Química

¿Cómo se resuelve el ítem?

Para resolver el ítem, se establece la relación entre el número másico (A) y las partículas que se encuentran en el núcleo (protones y neutrones). Es decir: A = p + n. Como el número atómico (Z) corresponde al número de protones

¿Qué es lo que se pide responder?

Marca con una  la alternativa que consideres correcta.

SA 45

B. 1s22s22p83s33p64s23d3

10. ¿Cuál de las siguientes alternativas cumple con el principio de la mínima energía?

El modelo atómico de Rutherford, lo presenta como carga eléctrica positiva donde se concentra casi la totalidad de la masa del átomo y su tamaño es unas cien mil veces menor que el átomo. ¿A qué corresponde esta definición?

A. Al protón.

D. En proponer la movilidad del electrón al saltar de un nivel a otro.

Ítem

T N

su ubicación dentro del átomo. D El experimento de Bohr para determinar los niveles de energía presentes en el átomo. D.

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¿Cual es la configuración electrónica del elemento Mn (Z = 25) en su estado neutro?

A. 1s2 2s22p6 3s23p64s2 3d7

Detector

B. Las ideas de Leucipo y Demócrito que planteaban la discontinuidad de la materia. A. El experimento realizado A por Thomson de para determinar la carga eléctrica. C. Los experimentos Thomson realizados en rayos catódicos para determinar las propiedades eléctricas de lapor materia. B. El experimento realizao B Dalton para determinar los números cuánticos. D.Rutherford Las propuestas unificadas del modelo mecanocuántico en relación con el comportamiento de los electrones y C. El experimento de C para determinar la presencia de núcleo en el átomo.

B. En que presentan al átomo como una estructura compacta.

1

C. Dmitri Mendeléiev D. Henry Moseley

A. Los conocimientos propuestos por Aristóteles de la constitución de la materia.

A. En la descripción del movimiento de electrones.

En esta sección especial trabajarás en tu texto y también en tu hogar junto con un adulto o un familiar responsable. ¡Éxito!

B. Michael Faraday

D. Es transformado enPartículas amonio alfa cuando se combina con agua. 4.

Química ca

Te invitamos a desarrollar la siguiente actividad, en la que pondrás a prueba lo estudiado en este tomo.

¿Qué científico desarrolló el concepto de número atómico?

A. Ernest Rutherford

C. Es transformado en amoniaco por bacterias amoniacales.

Los modelos atómicos de Thomson, Rutherford y Bohr, ¿en qué características se asemejan?

ME PONGO a prueba 6

8.

B. Es transformado en ácido nítrico combinado con la lluvia.

D. Partícula sin división.

14

C. 10

En el ciclo del nitrógeno, el N2 atmosférico es captado Fuente de partículas alfa directamente por algunos seres vivos. ¿Qué proceso le ocurre al N en estaLámina etapade deloro ciclo?

A. Es transformado en nitratos por bacterias nitrificantes.

C. Partícula divisible.

6.

A. 2

2

B. Partícula eléctrica.

D. Azúcar.

De acuerdo con los postulados de Niels Bohr, en los dos primeros niveles de energía de un átomo, ¿cuántos electrones se pueden ubicar?

B. 8

C. Nitrógeno. Thomson Dalton

D. Hidrógeno. 10. ¿ ¿Qué representa el siguiente diseño experimental?

c. ¿Q ¿Qué idea principal obtienen Sonia y Pablo de este experimento? 5. ¿Cuál de los siguientes significados corresponde a la palabra átomo? d. Inf Infiere los antecedentes que utilizaron Sonia y Pablo para obtener su conclusión. A. Partícula invisible.

A. Luz.

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Dalton Thomson A. Carbono.

Thomson Rutherford B. Oxígeno.

D. Rutherford D

B. Los átomos presentan naturaleza eléctrica. a. Observa O la forma y el número de partículas entre las imágenes 1 y 2. ¿Qué información puedes extraer de C. Los átomos contienen protones y electrones. la situación descrita? materia está formada porde aire, fuego, tierra y agua. b. La representaciónD. deLa Sonia y Pablo, ¿a qué idea la materia alude?

D. Líquido.

7.

¿Cuál es el elemento que se encuentra en mayor abundancia en el universo? A. Thomson 2.Dalton A Rutherford

En relación con eso, responde: rel A. Los átomos componen toda la materia.

C. Gaseoso.

C. La existencia de núcleo del átomo.

D. Los espectros de átomos multielectrónicos.

D. Una mezcla heterogénea. La secuencia cronológica ascendente correcta para los científicos indicados es: L

C. Dalton C

Cl,las Ca,partículas C, H, O, se P mantienen intactas en número Al respecto, esp plantearonD. que y forma orm al aumentar el volumen de agua que las contiene. 4. ¿Cuál de estos postulados corresponde a lo establecido por John Dalton?

B. Fusionada.

B. Los niveles de energía del átomo.

D. El comportamiento D electrostático de algunos materiales. C. Una mezcla homogénea.

C, Na, O, Mg El pro procedimiento queA. utilizaron fueN, el H, siguiente: a una mezcla de 100 mL ag y partículas X de agua B.(1)O,seC,leH,agregó N, Ca,100 P mL más de agua (2). Lo que urri se representaC. ocurrió al costado. C, O, Na, He, P, S

C. Sustancia pura.

A. La movilidad de los electrones.

C. La unión de los B. C átomos mediante sus electrones. Un compuesto químico.

9.

Sonia nia y Pablo realizaron investigación y registraron sucuerpo experiencia y ¿cuál de las siguientes combinaciones de elementos químicos 3. Si seuna examinan el universo, la Tierra y el humano, 1 2 resultados ulta en sus cuadernos. será la más común de encontrar?

B. Elemento.

El modelo atómico de Bohr cumplió algunas condiciones propias de la física cuántica. ¿Qué aspectos del átomo le faltó considerar a este modelo?

B. La formación delA.espectro B visible. pura. Una sustancia

D. O2 y CO2 Trabajo ab con habilidades científicas

A. Mezcla.

6.

Lee las siguientes preguntas y marca alternativa correcta. ¿Qué comportamiento ¿ de la materia es explicado por ellamodelo atómico de Thomson? ¿Qué se átomos. obtiene al mezclar agua con vinagre? A. La emisión1. A de luz en los

2

C. O2 y NO2

4. Respecto al agua destilada, ¿cómo la clasificarías?

Juego

B. Que el núcleo de un átomo es positivo. B

C. Pueden separarse a través de 9. Cuando an un trozo de material and se quema en presencia deprocesos aire, ¿quéfísicos. tipo de cambio experimenta? D. Sus componentes se pueden distinguir a simple vista. A. Ca Cambio a físico.

D. A una reacción química.

¿Qué aspectos de la constitución del átomo no aclara el modelo atómico de Rutherford?

A. Laa existencia existenc xistenc n ia ad de e un nú n núcleo. úcleo o

D. C Cambio Ca a de estado. B. O2 y H2O

C. A una sustancia pura.

Antes de empezar...

Evaluación final

8. ¿Qué u ocurre con unos cubos de hielo seco que se dejan en un vaso durante el día? ué

(p), la expresión queda: A =

+ n.

Finalmente, se remplaza el valor de los neutrones (n). Con esto, la

X

expresión queda: A =

+

3

.

...que apoyarás con Me pongo a prueba, que te enseñará cómo responder preguntas desafiantes y vincular tu trabajo con la plataforma .

.

Entonces, el valor de A es

Marca con una  la alternativa que consideres correcta. Observa la siguiente notación nuclear.

A

Si el número de neutrones del átomo representado es 12, ¿cuál es su número másico (A)? A. 33 B. 23 C. 12 D. 11

AD

11

Comienzo mi trabajo...

Sigue estos pasos 1

2

3

4

A. 33 B. 23

.

C. 12 D. 11

1

Observo y comprendo

Completa el siguiente párrafo:

D E PI

En el ítem se propone la notación nuclear de un Este elemento químico tiene un que contiene el átomo.

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O R

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desconocido.

igual a 11 y se conoce el número de

4

Respondo

Aprendo

2 Si el número de neutrones del átomo representado es 12, ¿cuál es su número másico (A)?

Cómo lo resuelvo...

Taller de habilidades cientifícas Leo y relaciono con...

Lee la siguiente situación

, ya que se determina el valor del número másico del elemento.

para que comprendas

científicas

cómo se lleva a cabo esta

etapa del trabajo científico.

1

A partir de su pregunta, los estudiantes redirigieron su búsqueda y se centraron en conocer la abundanc ia de los elementos químicos en los seres vivos.

2

3

Violeta y Jaime presentan

los datos obtenidos a sus

compañeros de curso.

Luego de su presentac ión, ambos estudiante s reflexionaron sobre investigación, determinad su o mejoras en él. Abundancia relativa de los elementos químicos en los seres vivos

Luego de obtener la informació n, Jaime y Violeta buscan la manera de presentarla.

Elemento Oxígeno

Tal vez sea más conveniente presentar una tabla de datos con la información que obtuvimos.

Porcentaje 65 %

Carbono

18 %

Hidrógeno

10 %

Nitrógeno

3%

Me parece que, para complementar la tabla, podemos elaborar un gráfico.

a ria teri y rela quí...mica de la mater Leomp cióon con osicion Co Materiales del futuro

4 3

Paso 1

algún cas a que empleas si practicas hechos los artículos rialess con ura? ¿De qué están de nuevos materiale días de baja temperat tecnología es la creación ti ¿Qué ropa usas los s que no tienen del desarrollo de la , existen otros materiale la mejor evidencia utilidad an ut deporte? Sin duda, que utilizas. Sin embargo ser de gran nan la ropa y los artículos ron esperan que puedan los que se confeccio s que los desarrolla s. que científicos e ingeniero un uso inmediato y algunos de estos materiale mos presenta te Aquí, en un futuro cercano.

¿Imaginas qué mate

riales pueden exist

Obtener información científica La información científica que se obtiene puede provenir tanto de revisiones bibliográficas como de los resultados de investigaciones científicas.

o? ir en el futurro

Las revisiones bibliográfica s se pueden realizar en textos de consulta especializada o en sitios web confiables. Los resultados de investigacio nes se publican en revistas especializadas a las que se puede acceder de forma impresa o en la Web.

1 O e Oxford de s de la Universidad Algunos científico ptoc ccus de la bacteria Streptoco aprovecharon una proteína molecular en un pegamento mo pyogenes para convertirla sustancia que contenga que se adhiere a cualquier superficies creando entre ambas proteínas específicas fuertes. enlaces extremadamente

56

Paso 3

es un material El aerogel de grafeno Comunicar las evidencias ser el más ligero que tiene el récord de Para favorecer la comprensi una densidad ón de los resultados obtenidos, del mundo al poseer 3 tablas y gráficos facilita la presentación de . Dentro de su lectura y optimiza la de tan solo 0,16 mg/cm elaboración de conclusion destacan su Se pueden usar diferentes se ticas es. modalidades de presentació sus caracterís n, como papelógrafos térmica, su diapositivas, entre otras opciones. o capacidad de aislación capacidad de Paso 2 resistencia y su potente masa). su veces Paso 4 absorción (hasta 900 Explicar los resultados de una investigación interesantes Evaluar la investigación Luego de obtener información Este material podría tener científica, ya sea en la recogida de vertidos proveniente de revisiones Toda investigación debe como en fuentesusos, identificar y determinar confiables en la creación científico los factores y etapas del o de experimentos, esta que pueden alterar el desarrollo tóxicos en el mar o trabajo se puede explicar de experimental, para así forma más fácil organizánd tanto en los resultados evitar errores de prótesis. ola en tablas, como en las posteriores gráficos, conclusiones. Es importante esquemas, entre otras considerar que las conclusion modalidades. es deben ser coherentes con la investigación.

es La espuma de aluminio con un material muy poroso, de los poros, distribución aleatoria o que pueden estar abiertos pueden llegar cerrados. Los poros del material a ocupar un volumen que le lo %, 90 el y % entre el 50 de ligereza, confiere características acústica, fortaleza, absorción flotación, control de vibración, material es entre otros. Este nuevo en la industria bueno para utilizarlo ión, en automotriz, en la construcc aeroespacial. la en o a la ortopédic

Lo que hicieron Violeta y Jaime es comunicar y evaluar. Al hacerlo obtuvieron información científica, que implica recopilar datos que se desprenden de investigaciones realizadas o de revisiones bibliográfic as en textos de consulta especializada. Para ello, explicaron la información científica a través de tablas y gráficos, para transmitir el conocimiento científico que se obtiene una investigaci ón. El objetivo es que, utilizando estas explicaciones se puedan elaborar conclusiones. Luego, comunicaron las evidencias que se desprenden de las investigaciones científicas presentando sus conclusion es de la forma más óptima y de manera clara a la comunidad , por ejemplo, mediante el uso de tecnologías de la información. Finalmente, Violeta y Jaime evaluaron su investigac ión al reflexionar sobre los pasos que desarrollaron y al reflexionar sobre aquellos aspectos a mejorar.

Química

5

2

Revisa una unidad e identifica en ella los distintos componentes presentados en esta página.

Trabajemos la habilidad

Los estudiantes Violeta y Jaime buscaron información acerca de los elementos Navegando en Internet, químicos. encontraron que los elementos que se encuentran en en el universo son el hidrógeno mayor abundancia y el helio. Posteriormente, se preguntaro n lo siguiente: ¿La abundancia de hidrógeno y de helio será la misma en el universo que en humano? el cuerpo

83

Química

También complementarás lo aprendido en páginas como:

Taller de habilidades

Comunicar y evaluar

¿Cuál es la alternativa correcta?

En este caso, la alternativa correcta es la

ha desarrollado Un equipo científico que contiene en un tipo de cemento que se activa su interior una bacteria con el agua. al entrar en contacto la acción de la por cemento el Cuando do, se crean naturaleza se va erosionan el agua que grietas por las que entra El agua activa bacterias. llega hasta las a crecer, las bacterias, que empiezan las grietas del a rellenar y a reparar de grosor. mm cemento de hasta 0,5

57

los ebook y los El papel reciclado, van apareciendo tablets poco a poco pero no son como sustitutos del papel, s. Una empresa las únicas alternativa hace unos años norteamericana creó al utilizar piedras un sustituto del papel No requiere agua i prima. materia como y necesita un para su fabricación para producirlo. 50 % menos de energía able y se puede Es además biodegrad reciclar infinitamente

¿Qué sé?

Nuevos materiales

para crear los nuevos n las materias primas 1. ¿De donde proviene de materiales? diaria el uso de alguno te sería útil en tu vida 2. ¿De qué manera un ejemplo. estos materiales? Da desarro llo del de material es al la investig ación 3. ¿Cómo ayuda y tecnológ ico? conocim iento científico

81 Química

80

9

Índice Composición química de la materia

A N A L IL

12 Evaluación inicial

pág. 14

Tema 1: Elementos químicos en el entorno ¿Qué es la materia? Composición química del universo Composición química de la Tierra Composición química de los seres vivos Funciones u c o es de de los oss elementos e e e tooss qquímicos u co coss een la nnaturaleza la a uurrallez at eza Biomoléculas BBi iom o oolléc écuullas as de de importancia im mpo porrttan tan ancciia ia bi bbiológica ológ ológ ol ó icca Integro In nte tegr gro lo gr lo aprendido apr pren endi d do

O R

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10

D A D E PI

pág. 16 pág. 16 pág. 18 pág. 19 pág. 20

Tema 2: Los modelos atómicos

E

V I S U L C X ppáág. g. 22 22 pág. pá pág. ág. g. 2266 pág. p g. pá g. 29 29

T N

A S A

Inicios del modelo atómico Teoría atómica de Dalton Modelo atómico de Thomson Modelo atómico de Rutherford Modelo atómico de Bohr Modelo mecanocuántico Configuración electrónica Integro lo aprendido

Evaluación intermedia

pág. 30

pág. 30 pág. 31 pág. 32 pág. 34 pág. 36 pág. 38 pág. 42 pág. 43

pág. 44

Tema 3: Tabla periódica de los elementos

Tema 4:

Tabla periódica moderna Clasificación de los elementos Propiedades periódicas Integro lo aprendido

P

O R

Enlace químico

pág. 46 pág. 48 pág. 52 pág. 55

La estabilidad del átomo Formación de enlaces Interacciones intermoleculares Integro lo aprendido

ppág. g 56

E

T N

pág. 46

A S A

V I S U L C X

Taller de habilidades científicas C Co Comunicar om muunniicaar y evaluar e allua ev ur

D A D E PI

A N A L IL pág. 60

pág. 60 pág. 64 pág. 68 pág. 73

Evaluación final

pág. 74

Leo y relaciono con...Materiales del futuro

pág. 80

Me pongo a prueba 6

pág. 82

Anexos Glosario Índice temático Bibliografía Prepara la prueba

pág. 86 pág. 92 pág. 93 pág. 94 pág. 95

11

Composición química de la materia

T N

A N A L IL

A S A

O R

P

12

D A D E PI

E

V I S U L C X

¿Qué veo? MULTIMODALIDAD

Observa la imagen y comenta con un compañero.

t
A partir de lo que ves, ¿qué clasificarías como materia?

A N A L IL

T N

t
¿De qué están compuestas las nubes que se distinguen en la imagen?

A S A

V I S U L C X

t
¿La luz del sol se considera materia? Fundamenta tu respuesta.

P

O R

D A D E PI

E

¿Qué sé? t
Imagina que estás en este paisaje y ves las montañas con nieve. ¿Dirías que están cubiertas por un compuesto químico? Fundamenta. t
¿El aire que respiramos lo podemos observar y tocar? t
¿En qué estado físico se encuentra el agua? t
¿El aire y el agua son materia? Fundamenta tu respuesta.

13

Evaluación inicial Lee las siguientes preguntas y luego marca la alternativa correcta:

1. El cobre es materia y tiene un solo tipo de átomo. ¿A qué hace referencia la descripción? A. Molécula. B. Elemento. C. Sustancia. D. Compuesto. 2. El agua de mar y el petróleo son ejemplos de mezclas homogéneas. ¿Qué se formaría si ambas se mezclan?

A N A L IL

A. Se formaría un elemento. B. Se formaría un compuesto. C. Se formaría una sustancia homogénea.

T N

D. Se formaría una sustancia heterogénea.

A S A

3. Se prepara un jugo en polvo con agua para beberlo cuando se tiene sed. ¿A qué corresponde esta preparación? A. A una mezcla.

V I S U L C X

B. A un compuesto. C. A una sustancia pura. D. A una reacción química.

4. Respecto al agua destilada, ¿cómo la clasificarías? A. Mezcla.

D A D E PI

B. Elemento.

C. Sustancia pura.

E

D. Solución.

5. ¿En qué estado de la materia se encuentra el agua que bebemos?

O R

A. Sólido.

P

B. Fusionada. C. Gaseoso. D. Líquido.

6. De la siguiente lista, ¿cuál no está constituido por materia? A. Luz. B. Aire. C. Hielo. D. Azúcar.

14

Juego

7. ¿Cuál de los siguientes compuestos, al mezclarse con agua, forma una mezcla heterogénea? A. Sal. B. Aceite. C. Azúcar. D. Vinagre. 8. ¿Qué ocurre con unos cubos de hielo seco que se dejan en un vaso durante el día? A. Se funden.

A N A L IL

B. Se solidifican. C. Se subliman. D. Se condensan.

T N

9. Cuando un trozo de material se quema en presencia de aire, ¿qué tipo de cambio experimenta? A. Cambio físico.

A S A

B. Cambio químico. C. Cambio reversible.

V I S Trabajo con habilidades científicas U L C EX D A D E I P O PR D. Cambio de estado.

Sonia y Pablo realizaron una investigación y registraron su experiencia y resultados en sus cuadernos.

1

2

El procedimiento que utilizaron fue el siguiente: a una mezcla de 100 mL de agua y partículas X (1) se le agregó 100 mL más de agua (2). Lo que ocurrió se representa al costado. Al respecto, plantearon que las partículas se mantienen intactas en número y forma al aumentar el volumen de agua que las contiene. En relación con eso, responde:

a. Observa la forma y el número de partículas entre las imágenes 1 y 2. ¿Qué información puedes extraer de la situación descrita? b. La representación de Sonia y Pablo, ¿a qué idea de la materia alude? c. ¿Qué idea principal obtienen Sonia y Pablo de este experimento? d. Infiere los antecedentes que utilizaron Sonia y Pablo para obtener su conclusión.

Química

15

Tema

1

Elementos químicos en el entorno ¿Qué es la materia? Un alambre de cobre es un material de amplio uso, por ejemplo, se emplea en los cables de artefactos eléctricos que existen en nuestros hogares.

t
¿En qué estado físico se encuentra el cobre de la imagen? t
¿El cobre es materia? Contesta en tu cuaderno. El agua también es una sustancia que utilizamos a diario en nuestros hogares, ya sea para cocinar nuestros alimentos, para consumirla, para lavar ropa, para asearnos, entre otras acciones.

Chile es el mayor país productor de cobre, con un 34 % de la producción mundial.

A N A L IL

t
¿Cuál es el estado físico del agua que se observa en la imagen al costado? t
¿Crees que el agua es materia? ¿Por qué?

La materia se define como todo aquello que tiene masa y ocupa un volumen en el espacio y se puede presentar en tres estados físicos: sólido, líquido y gaseoso. Está constituida por partículas llamadas átomos, los que se unen a través de enlaces químicos para formar distintas sustancias.

T N

A S A

Cambios de estado de la materia

V I S U L C X

El agua es de vital importancia para los seres vivos.

ac

ió

n

So

im

D A D E PI

E

bl

P

Completa el diagrama anotando los textos e incluyendo las imágenes que faltan.

Su

O R

¿Qué sé?

lid

if ic

ac

ió

n

Condensación

GAS

Por otra parte, la materia se puede clasificar, según su composición, en sustancias puras y mezclas. Una sustancia pura está constituida por átomos iguales o distintos, en cambio, una mezcla tiene una composición variable.

16

Ejercito En el diagrama que se muestra a continuación puedes observar la clasificación de la materia según su composición. Completa los recuadros en blanco con los conceptos que se presentan. Además, identifica en qué estado físico se encuentran las sustancias de las imágenes. Sustancia pura

Elemento químico

Mezcla homogénea

Compuestos

Mezcla heterogénea

Agua

Cobre

A N A L IL

Materia

T N

A S A

Composición variable

Composición fija y definida

Constituidos por dos o más tipos de átomos

O R

P

Cristales de sal (NaCl)

Química

Constituidos por un tipo de átomos

D A D E PI

Ejemplos

V I S U L C X

Mezclas

E

Ejemplos

Oro (Au)

Componentes no se pueden distinguir a simple vista

Componentes se pueden distinguir a simple vista

Disolución de sal en agua

Mezcla de aceite en agua

17

Tema 1 / Elementos químicos en el entorno

Composición química del universo Observa a tu alrededor la materia que se encuentra presente.

t
¿Qué materiales la componen? t
¿Cómo crees que son los componentes químicos que la constituyen? El universo está conformado por elementos químicos que están presentes tanto en la tierra como en los seres vivos. Sin embargo, las cantidades en las que se encuentran en cada caso son incomparables respecto de la abundancia relativa que hay de ellos, porque las dimensiones de los sistemas son muy distintas.

A N A L IL

Los elementos químicos que se encuentran en mayor porcentaje en el universo son el hidrógeno y el helio. El hidrógeno se encuentra en abundancia en las estrellas y en los planetas gaseosos gigantes, y está asociado a la formación de las estrellas.

La Vía Láctea es una de las galaxias que conforman el universo y en donde se encuentra nuestro sistema solar.

T N

Por su parte, el helio es el segundo elemento químico más abundante del universo tras el hidrógeno. En las estrellas, el helio se forma por la unión de dos

A S A

Los otors elementos químicos que se encuentran en el universo son el oxígeno, el carbono, el neón, el hierro, entre otros.

V I S U L C X ¿Qué veo?

MULTIMODALIDAD

Si extrajéramos 100 átomos del universo, obtendríamos una muestra como la que se observa en la siguiente imagen.

D A 
D E PI

Hidrógeno

O R

P

E

%

Helio




%

Otros




%

En la imagen, los círculos amarillos simbolizan el hidrógeno; los celestes, el helio, y los rojos, otros elementos.

Más informados

Los astrónomos miden la cantidad de átomos presentes en el universo según la luz que irradian. Esto se realiza con telescopios e instrumentos especializados del área de la astronomía.

18

Composición química del universo

¿Qué sé?

¿Cuál es el porcentaje de cada elemento químico que presenta esta muestra? Completa la información de los recuadros al costado.

Composición química de la Tierra Del mismo modo que el universo, la Tierra contiene diversos elementos químicos en sus distintas regiones: corteza, manto y núcleo. ¿Crees que estas regiones están conformadas por diferentes elementos químicos? Pues sí. La corteza es la sección más externa de la Tierra y tiene un espesor de unos 35 km. Los científicos han estimado los porcentajes de abundancia de los elementos químicos realizando sondajes y muestreos del suelo. Estas técnicas son utilizadas también por la industria minera para determinar a qué profundidad se encuentran las reservas de minerales.

A N A L IL

Por su parte, el manto está conformado por compuestos químicos que contienen silicio, oxígeno y otros metales. El núcleo está constituido por hierro y algo de níquel.

¿Qué veo?

¿Dónde se encuentran las regiones de la Tierra, corteza, manto y núcleo, en la imagen? Anótalas en los recuadros según corresponda.

D E PI

Más informados

O R

AD

El sondaje permite estudiar la composición de la corteza terrestre y conocer dónde hay reservas petrolíferas, minerales, acuíferas y muchas más.

P

T N

A S A

MULTIMODALIDAD

La tabla que observas a continuación muestra los porcentajes en masa de los elementos químicos que componen la corteza. Ordénalos en tu cuaderno desde el más abundante al menos abundante.

V I S U L C X

E

Elemento

Porcentaje en masa

Hidrógeno

0,9 %

Aluminio

7,5 %

Silicio

25,7 %

Hierro

4,7 %

Sodio

2,6 %

Oxígeno

49,5 %

Potasio

2,4 %

Manganeso

1,9 %

Calcio

3,4 %

Todos los demás

1,4 %

En la tabla revisamos los porcentajes en masa de los elementos químicos de la corteza terrestre, pero ¿dónde más los podemos encontrar? El oxígeno está en el aire, el silicio, en parte de la arena y las piedras, el aluminio, en las piedras y minerales, el hierro en la tierra y también en el agua, el calcio, en el esqueleto de los seres vivos y en las conchas de mar, el potasio, en frutas y vegetales y el manganeso, en el suelo y en los vegetales.

Química

19

Tema 1 / Elementos químicos en el entorno

Composición química de los seres vivos Se ha observado que, pese a su diversidad, todos los seres vivos están compuestos por los mismos elementos químicos, aunque en diferentes proporciones. Los elementos químicos se unen entre sí para conformar las biomoléculas. Estas son constituyentes característicos de los seres vivos y las principales son los carbohidratos, los lípidos, las proteínas, los ácidos nucleicos y el agua. Te invitaremos a conocerlas más adelante en la unidad. Al igual que los seres vivos, los alimentos contienen elementos químicos en diferentes porcentajes.

¿Qué veo?

MULTIMODALIDAD

A N A L IL

El esquema muestra los porcentajes de los elementos químicos que constituyen el cuerpo humano. ¿Cuáles son los tres elementos más abundantes en nuestro cuerpo? ¿Qué elementos crees que tienen en común la mayoría de los alimentos?

T N

N

O

Oxígeno 65 %

C

Carbono 18 %

H


32,5 kg

V I S U L C X


9 kg 
5 kg

D A D E PI

Hidrógeno 10 %

A S A Ca


1,5 kg

Nitrógeno 3%

E


0,75 kg

Calcio 1,5 %

P

Fósforo 1%

K


0,5 kg

Potasio 0,75 %


0,375 kg

* Pesos aproximados y calculados en relación con una persona de 50 kg de peso.

O R

P

t
C, H y O: Forman parte de la gran mayoría de las biomoléculas. El O2, además, participa en la respiración.

t
K, Na y Cl: Como electrolitos (K+, Na+ y Cl –), son relevantes en el funcionamiento del sistema nervioso y en el equilibrio de los líquidos corporales.

t
N: Forma parte de las proteínas y de los ácidos nucleicos.

t
S: Forma parte de las proteínas y de otras moléculas necesarias para obtener energía en las células.

t
Ca: Entre otras funciones, es imprescindible para la contracción muscular y en la formación del tejido óseo.

t
Fe: Como ion ferroso (Fe2+), forma parte de la hemoglobina que transporta el O en los eritrocitos. Además, participa en 2 los procesos de obtención de energía en las células.

t
P: Está presente en huesos y dientes, y forma parte de los ácidos nucleicos y de moléculas que transportan energía en la célula.

20

Sodio (Na), cloro (Cl), azufre (S), hierro (Fe) y otros elementos 0,5 %

Ejercito 1. ¿Por qué si la Tierra y los seres vivos que contiene forman parte del universo, su composición química es tan diferente a la de este? 2. Grafica la proporción aproximada de hidrógeno, carbono, oxígeno, hierro, potasio y calcio presente en la Tierra y en los seres vivos. Luego, responde las preguntas:

A N A L IL

T N

A S A

V I S U L C X

a. Explica por qué los seres vivos y la Tierra están compuestos por casi los mismos elementos.

b. Aunque comparten ciertos elementos en su composición, estos se encuentran en diferentes proporciones en la Tierra y en los seres vivos. ¿Por qué?

E

3. Analiza la proporción en que se presenta cada elemento químico en el universo, la Tierra y los seres vivos. ¿Cuál de ellos es el más representativo o característico de estos últimos?

D A D E PI

4. Completa la tabla y luego responde las preguntas.

O R

P

Abundancia relativa de algunos elementos químicos en los seres vivos

Elemento químico

Símbolo químico

Abundancia en los seres vivos (%)

Oxígeno

C

18,5

N

3,3

Hidrógeno

a. ¿Cuál es la función en los organismos de los elementos presentes en la tabla? b. ¿La relevancia de su función se relaciona con su abundancia en los organismos? c. ¿Los seres vivos pueden sintetizarse y funcionar solo con C, H, O y N?, ¿por qué?

Química

21

Tema 1 / Elementos químicos en el entorno

Funciones de los elementos químicos en la naturaleza

Más informados

El efecto invernadero es el fenómeno por el cual determinados gases atmosféricos retienen parte de la energía que es reflejada por el suelo luego que este ha sido calentado por la radiación solar. Actualmente, el efecto invernadero se ha acentuado en la Tierra por la emisión de ciertos gases, como el dióxido de carbono (CO2) y el metano (CH4), lo que a su vez ha generado un efecto conocido como calentamiento global, que es un aumento gradual de las temperaturas de la atmósfera y de los océanos.

Los elementos químicos que se encuentran a nuestro alrededor son reciclados una y otra vez a través de diversos procesos, en los que intervienen seres vivos, fenómenos atmosféricos y compuestos químicos. Al respecto, comenta y responde junto con un compañero las siguientes preguntas:

t
¿Por qué el agua presente en nuestra atmósfera no se acaba?

A N A L IL

t
¿De dónde obtienen las plantas el dióxido de carbono que transforman en oxígeno? Existen elementos químicos cuya presencia es fundamental para la vida tal como la conocemos. Veamos el caso del carbono, el oxígeno, el nitrógeno y el hidrógeno.

T N

A S A

El carbono

El elemento carbono forma parte de un ciclo que se basa fundamentalmente en cómo se obtiene CO2 a partir de procesos naturales y artificiales. En la actualidad, el exceso de este gas en la atmósfera, junto con otros gases de origen industrial, forma parte de los gases que producen el efecto invernadero.

V I S U L C X ¿Qué veo?

O R

P

D E PI Fotosíntesis

AD

E

MULTIMODALIDAD

Observa la imagen y determina cómo el elemento carbono participa en cada etapa del ciclo.

CO2

Luz solar

Emisiones industriales y vehiculares CO CO 2

Respiración de las plantas CO 2

Respiración de los animales CO 2

C6H12O6 (glucosa)

Carbón orgánico

Organismos muertos y productos de desecho

CaCO3 (carbonatos)

22

Fósiles y combustible de fósiles CH (gas natural) 4

El oxígeno El oxígeno molecular es un gas fundamental en el proceso de respiración de los seres vivos, ya sean plantas o animales. Está disponible para nosotros en la atmósfera como O , pero también se halla almacenado en minerales en la corteza y 2 manto terrestre, desde donde no puede ser utilizado por los seres vivos.

¿Qué veo?

MULTIMODALIDAD

Observa la imagen y determina cómo el elemento oxígeno participa en cada etapa del ciclo.

A N A L IL

CO2

T N

A S A

O2

V I S U L C X

Respiración

O2

Fotosíntesis C6H12O6

O

D A D E PI

E

2

O2

H 2O

O R

P

Como observas, el flujo de oxígeno en la naturaleza está estrechamente vinculado al del carbono. El recambio de oxígeno entre las moléculas de CO2 y O2 se denomina ciclo del oxígeno.

Transformación del oxígeno

¿Qué sé?

A partir de tus conocimientos acerca de la circulación del oxígeno y la imagen que acabas de observar, responde en tu cuaderno las siguientes preguntas:


¿Dónde se encuentra el O2 que los organismos terrestres utilizan para respirar? 
¿Cómo se relacionan los procesos de fotosíntesis y de respiración? ¿Qué gases intervienen en cada proceso? 
Si se produce la tala indiscriminada de árboles, ¿cómo crees que afecta al ciclo del carbono y al del oxígeno? Fundamenta tu respuesta. Química

23

Tema 1 / Elementos químicos en el entorno

Más informados

Todas las plantas y animales necesitan nitrógeno para elaborar aminoácidos, proteínas y material genético (ADN).

El nitrógeno El 78 % de la atmósfera lo constituye el nitrógeno (N2). Este elemento, al igual que el carbono y el oxígeno circula entre los seres vivos y el ambiente. Este movimiento se denomina ciclo del nitrógeno. En el siguiente esquema se representa el movimiento del nitrogeno en la natualeza.

¿Qué veo?

MULTIMODALIDAD

A N A L IL

Asocia el número de cada etapa del ciclo del nitrógeno y escríbelo en los cuadros respecto de la imagen.

T N

A S A

O R

P

D A D E PI

V I S U L C X

E

1 La mayor parte del nitrógeno que hay en la tierra se encuentra en la atmósfera en forma de nitrógeno gaseoso (N ), el que la mayor parte de los organismos 2 no pueden asimilar. 2 Existen bacterias, llamadas Rhizobium, asociadas a las raíces de leguminosas, que fijan el nitrógeno atmosférico (N ) en amoníaco (NH ) o amonio (NH+ ), 4 2 3 compuestos que sí son asimilables por los seres vivos. + 3 El amoníaco (NH3) o amonio (NH4 ) también se obtiene a partir de residuos orgánicos gracias a los organismos descomponedores. –

+ – 4 El NH3 y el NH4 se convierte en nitrito (NO2 ) y luego en nitrato (NO3) por acción de las bacterias nitrificantes, ambas asimilables por lo organismos.

5 Otras bacterias, llamadas desnitrificantes vuelven a transformar los nitratos – (NO3) en nitrógeno atmosférico (N2) para que retorne a la atmósfera y continúe el ciclo; este paso se denomina desnitrificación. 6 Los animales obtienen el nitrógeno que necesitan al alimentarse de plantas y animales.

24

El hidrógeno El hidrógeno es fundamental en la molécula de agua, por ello se considera parte de su ciclo. Cuando llueve, el agua de lluvia que cae en el lugar donde vives se evapora rápidamente. ¿Qué cambio de estado experimenta el agua de lluvia al evaporarse?

Más informados

Una gota de agua puede permanecer 3.000 años en el océano antes de moverse a otra parte del ciclo del agua, mientras que solo pasa un promedio de ocho días en la atmósfera.

A continuación te presentamos un esquema que te ayudará a comprender como se recicla el hidrógeno a partir del ciclo del agua.

¿Qué veo?

MULTIMODALIDAD

En esta imagen se muestra el ciclo del agua. Completa en él la dirección de las flechas de color amarillo.

Condensación

Precipitación

Evaporación

O R

P

E

H O 2

T N

A S A

V I S U L C X

H2O

D A D E PI

A N A L IL

H2O

Escurrimiento del agua

Hielo y nieve H O 2

Infiltración (agua penetrando el suelo)

Agua subterránea y humedad del suelo

Ciclo del agua

¿Qué sé?


¿Cómo se produce la evaporación de lagos, ríos y océanos? Argumenta tu respuesta. 
¿Cómo se forman las nubes? Detalla los procesos que ocurren.

La responsabilidad colectiva Con el incremento de habitantes en el planeta, la disponibilidad del agua y si queremos mantener la vida en nuestro planeta debemos aprender a racionarla y cuidarla. Es muy importante que tomemos conciencia y eduquemos al realizar pequeños detalles, por ejemplo, cerrar las llaves de agua que se encuentran sin uso. ¿Qué otras acciones puedes realizar para cuidar el agua?

Química

25

Tema 1 / Elementos químicos en el entorno

Biomoléculas de importancia biológica Como te mostramos en la página 20, las moléculas que forman parte de los seres vivos y sus células se denominan biomoléculas y están constituidas por una variedad de elementos químicos. A continuación, revisaremos sus principales tipos.

¿Qué veo?

MULTIMODALIDAD

A N A L IL

Relaciona los organismos de la imagen con la información asociada.

El agua, formada por oxígeno e hidrógeno, es la biomolécula más abundante en los seres vivos, y se caracteriza por ser un excelente disolvente y medio de suspensión para una gran variedad de moléculas presentes en las células. Otra importante propiedad del agua es su capacidad termoestabilizadora, que impide los cambios bruscos de temperatura.

T N

A S A

Los carbohidratos están formados por carbono, hidrógeno y oxígeno, y su principal función es aportar energía al organismo. Otros tienen una función estructural, ya que forman parte de la membrana plasmática y de la pared celular de algunas bacterias y de las células vegetales.

O R

P

D A D E PI

E

V I S U L C X

Los lípidos, al igual que los carbohidratos, están formados por carbono, hidrógeno y oxígeno. Su principal característica es que son insolubles en agua. Algunos, como los triglicéridos o grasas neutras, almacenan energía; otros cumplen una función estructural, como los fosfolípidos, que forman parte de membranas biológicas. Además, las hormonas sexuales son esteroides, al igual que el colesterol presente en las membranas celulares de los animales.

Las proteínas, además de carbono, hidrógeno y oxígeno, están compuestas por nitrógeno y, en su mayoría, por azufre. Desempeñan funciones estructurales, por ejemplo en el tejido conectivo de los huesos y de la piel; defensivas, como los anticuerpos; transporte, tal como la hemoglobina; reguladora de procesos fisiológicos, como el caso de algunas hormonas, y enzimática, función en la que facilitan las reacciones químicas que ocurren en el organismo.

Los ácidos nucleicos están formados por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y fósforo. Hay dos tipos fundamentales: el ácido desoxirribonucleico o ADN, y el ácido ribonucleico o ARN. El ADN transmite y expresa la información genética de las células, debido a que es la base para la síntesis de proteínas. Mientras que el ARN participa de manera directa en la síntesis de proteínas, ya que lleva desde el núcleo al citoplasma la información contenida en el ADN. StevenRussellSmithPhotos / Shutterstock

26

Ejemplos de biomoléculas A continuación, se describen tres biomoléculas de importancia biológica.

Almidón El almidón es un polisacárido de reserva energética predominante en las plantas. Está constituido por la unión de grandes cantidades de monómeros (unidades) de glucosa; esta última es un monosacárido con fórmula molecular C6H12O6.

O O

OO

A N A L IL

O

O

n

Molécula de almidón.

T N

Triglicéridos H

Es un tipo de lípido formado por una molécula de glicerol unida a tres ácidos grasos. Los triglicéridos de origen animal suelen ser sólidos a temperatura ambiente y se denominan grasas; por el contrario, los de origen vegetal son líquidos a esa temperatura y se les llama aceites.

S U L C X

SA O

H

A V I

C

H

C

H

C

H

O

O

O

O

O

Glicerol

Ácidos grasos

Molécula de triglicérido.

E

Proteínas con función estructural (queratina y colágeno)

D A D E PI

La queratina constituye la parte fundamental de las capas más externas de la epidermis y de tejidos como las uñas, el pelo, los cuernos, entre otros. El colágeno es una proteína con forma de fibra presente en el tejido conectivo de la piel, cartílagos y huesos, a los que brinda elasticidad y resistencia.

O R

P

H

O

C

N

Estructura química de una proteína.

Biomoléculas

¿Qué sé?

Te invitamos a que leas las descripciones anteriores y que luego respondas las preguntas.


¿Por qué es imposible la vida sin agua líquida? 
¿Qué elementos químicos están presentes en la mayoría de las biomoléculas y cuáles distinguen a los ácidos nucleicos y a las proteínas, respectivamente? 
¿Qué biomoléculas se relacionan con el suministro y reserva de energía para los organismos? 
¿Qué tipo de biomolécula cumple una mayor diversidad de funciones? 
¿Cuál es la relación entre los ácidos nucleicos y las proteínas? Química

27

Tema 1 / Elementos químicos en el entorno

Ejercito Completa el siguiente crucigrama con las palabras que corresponden. Considera una letra por cuadro y si el concepto es combinado deja un espacio entre palabras. Verticales 2 Plantas a las que se asocia el Rhizobium. 3 Gas que contribuye al efecto invernadero.

13

4 1

+ 4 Nombre de la sustancia NH . 4 7 Proceso vegetal en el que se captura el

carbono. 8 Estado de la materia en el que se encuentra el nitrógeno en forma libre. 12 Estado físico del agua cuando precipita. 15 Organismos que liberan oxígeno a la atmósfera

3

O R

A N A L IL

5 6

T N

7

Horizontales 1 Cambio de estado de líquido a gas en el ciclo del agua. 5 Unidad básica constituyente de las proteínas. 6 Proceso por el cual el agua penetra en los 10 suelos. 9 Fluido que contiene hemoglobina. 10 Efecto que produce la acumulación de dióxido de carbono en la atmósfera. 11 Principal fuente de luz de nuestro planeta. 13 Elemento químico que se encuentra en el centro de la estructura de la hemoglobina. 14 Bacterias que transforman los nitratos en N . 2

D A D E PI

2

A S A

E

V I S U L C X

15

12

8

9

11

14

No olvides que…

P

t
La materia se define como todo aquello que tiene masa y ocupa un volumen en el espacio. Se presenta en tres estados físicos: sólido, líquido y gaseoso. Toda la materia está constituida por átomos, que son pequeñas partículas que se unen a través de enlaces químicos para formar distintas sustancias. t
La materia se clasifica, según su composición, en sustanias puras, cuya composición es fija y definida, o mezclas, de composición variable. Las sustancias puras se dividen en dos grandes grupos: elementos y compuestos. Las mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas.

t
Los átomos son reciclados una y otra vez a través de diversos procesos donde intervienen seres vivos, fenómenos atmosféricos y compuestos químicos. Los elementos químicos carbono, oxígeno, nitrógeno e hidrógeno participan en ciclos naturales que se caracterizan por el movimiento de estos elementos entre los seres vivos y el ambiente mediante una serie de procesos de producción y descomposición. t
Los elementos químicos que forman parte de los seres vivos se unen entre sí para conformar las biomoléculas de gran importancia para los seres vivos.

28

Tema

Integr lo aprendid

1

1. Completa las siguientes oraciones con los conceptos que le den un sentido coherente a las oraciones entregadas: a. La materia posee

y ocupa un

.

b. La materia está conformada por pequeñas partículas denominadas c. Los

.

están constituidos por un solo tipo de átomos.

d. La materia se presenta en tres estados: sólido,

y gaseoso.

2. Clasifica las siguientes sustancias como mezcla homogénea o heterogénea.

A N A L IL

a. Vinagre con limón. b. Yogur con cereal. c. Aire que respiramos.

T N

d. Agua con aserrín.

A S A

3. El siguiente gráfico muestra la composición de la corteza terrestre.

Composición de la corteza terrestre (porcentaje en masa aproximado)

Silicio 25,7 %

V I S U L C X

E

Magnesio 1,9 %

AD

Sodio 2,6 %

D E PI

Oxígeno 49,5 %

Aluminio 7,5 % Hierro 4,7 %

Potasio 2,5 % Calcio 3,4 %

A partir de la información del gráfico, responde:

O R

a. ¿Qué podría significar que un elemento esté presente en menor cantidad? Argumenta tu respuesta.

P

b. Los elementos químicos de mayor abundancia, ¿son los mismos que se observan en los seres vivos? Fundamenta.

4. Al analizar la composición química de los seres vivos se constata que los elementos oxígeno, carbono, hidrógeno y nitrógeno son los más abundantes. ¿Cuál es la razón que sean estos elementos y no otros? 5. Elabora un mapa conceptual que relacione el ciclo del carbono con el del oxígeno. Destaca en dicho mapa la participación de los átomos de carbono y de hidrógeno. 6. Observa el ciclo del nitrógeno y en él describe cómo el átomo de nitrógeno se mueve entre los seres vivos y el ambiente mediante una serie de procesos de producción y descomposición. 7. Elige dos biomoléculas de importancia biológica. Luego, identifica los elementos químicos que lo componen y señala cuál es su rol en los seres vivos.

Química

29

Tema

2

Los modelos atómicos Inicios del modelo atómico Hemos visto que tanto nosotros como nuestro entorno contienen elementos y compuestos químicos. Pero: El desarrollo personal Los modelos y teorías son desarrollados por científicos que se resisten a abandonar su trabajo cuando un experimento falla o no obtienen el resultado esperado. Cada una de estas experiencias les incentiva a superar los problemas y continuar con su objetivo. ¿Qué haces tú cuando algo te enfrentas con dificultades para conseguir lo que deseas?

t
¿Cómo se los imaginan? t
¿Cómo serán los átomos que constituyen la materia? El modelo actual que explica el comportamiento de los átomos ha sido posible gracias al aporte de diferentes científicos a lo largo del tiempo, lo que nos permite comprender que el conocimiento del ser humano es colaborativo y cambia a medida que avanza la tecnología.

¿Los filósofos griegos fueron los primeros?

A N A L IL

T N

En la Antigua Grecia, la filosofía y el pensamiento de muchos seres humanos de la época generaron el cuestionamiento sobre la composición de la materia. Leucipo y su aprendiz Demócrito, en el siglo V a. C., proponen por primera vez que la materia está constituida por pequeñas partículas invisibles e indivisibles a las que llamaron átomos, del griego a = sin, tomo = división. La propuesta de Demócrito y Leucipo no perduró y fue la teoría continuista de los cuatro elementos, del filósofo griego Aristóteles, la que se mantuvo por los siguientes 2 000 años, y que señalaba la inexistencia del átomo.

A S A

O R

D A D E PI

Leucipo y Demócrito.

P

Si pudieras dividir la materia hasta ya no poder hacerlo más te encontrarías con…

30

V I S U L C X

E

¿Qué veo?

MULTIMODALIDAD

Según Demócrito y Leucipo, la materia se podría dividir muchas veces. Observa la siguiente secuencia y completa el círculo central con la palabra que corresponde.

Teoría atómica de Dalton ¿Tenían razón los griegos? En el año 1808, el científico inglés John Dalton retoma la idea atomista de Demócrito y Leucipo y propone la primera teoría atómica. Esta teoría está fundada en la experimentación científica de la época y basada en cuatro postulados que conocerás a continuación.

¿Qué veo?

MULTIMODALIDAD

John Dalton (1766 - 1844).

A N A L IL

1 Toda la materia está constituida por pequeñas partículas denominadas átomos. Para Dalton, los átomos eran como “esferas de acero”. 2 Los átomos de un mismo elemento son de la misma clase y tienen la misma masa. Dalton creó una simbología especial para los elementos descubiertos en esa época.

Hidrógeno

A S A Oxígeno

Potasio

V I S U L C X

3 Los compuestos están constituidos por dos o más elementos combinados en una relación de números enteros y sencillos. Por ejemplo, el metano CH . 4

D A D E PI

T N Carbono

Hierro

Fósforo

Nitrógeno Azufre

Mercurio

Plomo

E

4 Las reacciones químicas ocurren por un reordenamiento de átomos. Por ejemplo, la electrólisis del agua muestra que los átomos son los mismos en reactantes y productos, solo se reordenanan entre sí.

O R

En esta época se consideraba al átomo como una esfera maciza sin espacios internos.

P

Ejercito

1. ¿Por qué crees que las ideas de Demócrito y Leucipo no perduraron en el tiempo si en la actualidad sabemos que estaban en lo correcto? 2. ¿Crees que la tecnología y la ciencia estaban suficientemente avanzadas en esa época como para comprobar lo que afirmaban Leucipo y Demócrito con métodos experimentales? 3. ¿Por qué crees que la teoría continuista de Aristóteles se mantuvo por más de 2000 años y fue aceptada por los filósofos de la época? Investiga en fuentes confiables y responde en tu cuaderno. 4. ¿Por qué crees que el planteamiento de Dalton es una teoría y no un modelo atómico? Investiga en fuentes confiables la diferencia entre una y otra. Química

31

Tema 2 / Los modelos atómicos

Modelo atómico de Thomson Hemos visto hasta ahora que el átomo es considerado una esfera maciza sin espacios internos y que no es divisible. Sin embargo, esta concepción de átomo no lograba explicar las nuevas evidencia obtenida gracias al estudio de los rayos catódicos. Si bien la teoría atómica de Dalton daba debida cuenta de la formación de los procesos químicos, ignoraba su estructura interna.

t
¿Qué modelo de átomo permitiría explicar su estructura interna? Alrededor de 1850 comenzaron a conocerse investigaciones que fueron demostrando que el átomo era una partícula más compleja, incluso divisible en partículas más pequeñas. En este punto, se conocía que la materia tenía naturaleza eléctrica.

A N A L IL

Algunos experimentos realizados en tubos de descarga permitieron comprender el comportamiento del átomo, y entre las evidencias que se obtuvieron están la determinación de partículas atómicas y sus cargas.

T N

A S A

El sustento experimental de Thomson

V I S U L C X

Para postular su modelo, Thomson se basó en evidencias experimentales realizadas por él y por Williams Crookes, las que se explican a continuación.

Mezcla de gases

D A D E PI

E

Cátodo

O R

P

Carga negativa

Ánodo

Campo eléctrico

Cátodo Ánodo

32

Carga positiva

Williams Crookes, en 1879, inventó el tubo de descarga, el que consiste en un tubo de vidrio que contiene en su interior una mezcla de gases. En el tubo se insertaron dos electrodos para provocar una descarga eléctrica entre estos. Como resultado de la descarga, el gas se ionizó y produjo un haz de luz que iba desde el cátodo, con carga +, al ánodo, con carga –. A este rayo de luz se le denominó rayo catódico. Este dispositivo permitió en estudios posteriores identificar las primeras partículas atómicas.

Joseph John Thomson, en 1897, estudió la naturaleza de los rayos catódicos y observó que estos rayos viajaban en línea recta a través del tubo, pero luego de intercalar con un campo eléctrico, estos rayos eran atraídos por la placa con carga positiva o desviados por campos magnéticos. A partir de esto, Thomson estableció que dichos rayos estaban constituidos por partículas cargadas negativamente, a las que llamó electrones. Además, determinó la relación entre la carga (q) de estas partículas y su masa (m), encontrando MB
TJHVJFOUF
SFMBDJØO
DBSHBNBTB

RN

 
t
8 C/g.

En el año 1897, el físico Joseph John Thomson plantea el primer modelo atómico basado en los estudios realizados en los tubos de descargas de William Crookes y sus propias investigaciones. Al presentar su modelo consideró algunas hipótesis, que intentaban justificar dos hechos:

t
La materia es eléctricamente neutra, lo que hace pensar que, además de electrones, debe haber una zona con cargas positivas. t
Los electrones pueden extraerse de los átomos, pero no así las cargas positivas.

¿Qué veo?

A N A L IL

MULTIMODALIDAD

Joseph John Thomson (1856 - 1909)

La siguiente imagen corresponde al modelo atómico de Thomson.

T N

Más informados

A S A

V I S U L C X

En él, las partículas de carga negativa se encuentran incrustadas en una masa compacta de carga eléctrica positiva.

D A D E PI

E

Postulaba que los electrones se distribuían uniformemente en el interior del átomo suspendido en una nube de carga positiva.

Ejercito

O R

La carga del electrón fue medida por Robert Millikan en 1909. Este valor es corroborado experimentalmente al medir el efecto que ejercía un campo eléctrico sobre gotitas de aceite cargadas y se encontró que la carga del electrón era -19 VO
NÞMUJQMP
EF
 
t
 C . Este valor había sido determinado por Thomson al relacionar la carga/masa del electrón. Posteriores investigaciones acerca de los rayos catódicos y del efecto fotoeléctrico llevaron a considerar que los electrones existen, como tales, dentro de los átomos.

1. ¿El modelo atómico de Thomson puede ser considerado el primer modelo del átomo? Justifica.

P

2. ¿Qué antecedentes le permitieron a Thomson formular su modelo atómico? 3. ¿Qué antecedentes de la teoría atómica de Dalton considera Thomson para elaborar su modelo? 4. ¿Qué puedes inferir respecto del movimiento de las cargas eléctricas en el modelo átomico de Thomson? 5. Thomson estableció que la materia posee neutralidad de carga. ¿Cómo deben ser las cantidades de cargas positivas y negativas en el modelo de Thomson para cumplir con esta condición? 6. Confecciona tu propio modelo de Thomson con los materiales que tú escojas y justifica su uso para elaborarlo.

Química

33

Tema 2 / Los modelos atómicos

Modelo atómico de Rutherford Los experimentos permiten extraer información que facilita la comprensión de un fenómeno o dar respuesta a una interrogante. Luego, esta información puede ser la base para el desarrollo de un modelo científico.

t
¿Qué modelos científicos conoces? t
¿Qué utilidad poseen los modelos? En 1911, el físico y químico Ernest Rutherford planteó el segundo modelo atómico, que se basa en un experimento en el que se bombardeaba una lámina de oro con partículas alfa. En torno a la lámina se dispuso una pantalla de sulfuro de plomo, la cual emitía destellos cuando las partículas alfa chocaban contra ella.

A N A L IL

El siguiente esquema representa el experimento de Rutherford. Lámina de oro

A S A

T N

O R

P

D A D E PI

V I S U L C X

E

Fuente de emisión de rayos alfa

Rayos alfa

Pantalla de sulfuro de plomo

Si el modelo atómico de Thomson es correcto, era de esperar que la mayoría de las partículas atravesarían la delgada lámina experimentando solo pequeñas desviaciones, siguiendo una trayectoria casi recta. Sin embargo, aunque esto era cierto para la mayoría de las partículas alfa, un número de estas experimentaban desviaciones de cerca de 180º, es decir, prácticamente salían rebotadas en dirección opuesta a la pantalla de sulfuro de plomo. A partir de esta observación, Rutherford se planteó preguntas como las siguientes.

1. ¿Cuál es la trayectoria de los rayos después de impactar la lámina de oro? 2. ¿Cómo se podría explicar que algunos rayos sigan una trayectoria rectilínea después de impactar la lámina de oro? 3. ¿A qué atribuyes el comportamiento de los rayos que se desvían de su trayectoria?

34

La imagen lateral muestra la explicación de Rutherford al comportamiento de las partículas alfa que impactaron la lámina de oro en su experimento. Las flechas rojas corresponden a los rayos alfa y los círculos celestes representan a los átomos de la lámina de oro. A partir de ella responde las preguntas de a continuación.

1. Explica con tus palabras las tres situaciones que se observan en la figura. 2. ¿A qué corresponderán los puntos rojos al centro de cada círculo celeste? 3. ¿Por qué hay rayos que no desvían su trayectoria?

A N A L IL

4. ¿Por qué hay rayos que chocan, rebotan y se devuelven? A partir de sus observaciones y conclusiones, Rutherford planteó que la masa del átomo se concentraba en una región pequeña o núcleo de cargas positivas que impedían el paso de las partículas alfa y que rodeando este núcleo se encuentran los electrones de carga negativa.

E Electrón le

A S A

V I S U L C X

Electrón ón

Elec Electrón El ectr tó tr

El núcleo atómico es unas cien mil veces más pequeño que el volumen total del átomo. Para imaginar esas dimensiones, supongamos que el estadio es el átomo, y colocamos un alfiler al centro de la cancha; la cabeza del alfiler correspondería al núcleo.

E

Núcleo

D A D E PI

T N

Más informados

Electrón E El

O R

Ejercito

P

Modelo atómico de Rutherford.

1. A partir del modelo atómico postulado por Rutherford, responde: a. ¿Qué componentes observas en la imagen del modelo de Rutherford? Regístralo. b. ¿Qué diferencias puedes identificar entre este modelo y el de Thomson? c. ¿Qué puedes inferir respecto de las partículas que se encuentran en el núcleo? Considera que en él hay partículas de dos tipos, en la imagen se representan de distintos colores. 2. ¿Qué evidencia del experimento hizo pensar a Rutherford que el átomo debía estar vacío? 3. ¿Cómo es la trayectoria de los electrones según el modelo de Rutherford? 4. ¿De qué zona depende la masa del átomo de acuerdo con este modelo?

Química

35

Tema 2 / Los modelos atómicos

Modelo atómico de Bohr Cuando llueve y sale el sol, se forma un arcoíris en el cielo producto de la descomposición de la luz blanca. Un proceso similar ocurre cuando se hace incidir luz blanca en un prisma: la luz se descompone y forma el espectro de la luz visible.

t
¿Cómo deduces que sucede la formación del arcoíris? t
¿Qué actúa como prisma en la formación del arcoíris? Descomposición de la luz blanca en diferentes colores.

¿Qué veo?

A N A L IL

MULTIMODALIDAD

Niels Bohr, al estudiar los espectros atómicos de absorción y emisión del átomo de hidrógeno, encontró que la luz emitida por un gas que posee un nivel de energía elevado, como el hidrógeno, es discontinua. Observa el espectro de emisión y absorción del átomo de hidrógeno.

A V I S U L XC

SA

T N

Espectro de emisión

Espectro de absorción

Analicemos la imagen:

D A D E PI n=3 n=2

B

P

O R

n=1

A

Bohr postuló que las órbitas alrededor del núcleo tienen valores de energía cuantizada ("cuantos") y equivalen a la energía asociada a las líneas del espectro.

36

E

1 Según lo anterior, ¿qué significa que la luz emitida sea discontinua? Significa que la energía, como la luz, se absorbe o emite en forma de “cuantos” de energía.

2 ¿Qué diferencia existe entre el espectro de absorción del átomo de hidrógeno y el espectro de la luz visible que vemos en el arcoíris? El arcoíris consiste en la descomposición de la luz solar en el espectro visible continuo en el cielo, en cambio, el espectro de hidrógeno es discontinuo. Al observar las líneas formadas en los espectros, Bohr estableció una relación entre estas la cuantización de la energía planteada por Planck, en la que se postulaba que la energía es transportada en paquetes de tamaños diferentes, equivalentes a la intensidad de la energía. Según este modelo, cuando los electrones se ubican en órbitas de menor energía, el átomo se encuentra en un estado basal o fundamental, y sus electrones están en un estado estacionario (A). Sin embargo, si sobre los electrones actúa una fuerza externa y estos responden moviéndose al nivel de mayor energía o "saltan" del nivel en que se sitúan a otro de mayor energía (B), en este caso se dice que el átomo se halla en un estado excitado.

Postulados de la teoría atómica de Bohr El modelo de Bohr cuenta con cinco postulados fundamentales:

Más informados

1. El electrón se puede mover solo en determinadas órbitas definidas por su energía. 2. Cuando el electrón se encuentra en dichas órbitas, el sistema no absorbe ni emite energía (órbitas estacionarias). 3. Al suministrarle al átomo energía externa, el electrón puede pasar o "saltar" a un nivel de energía superior, lo que se conoce como estado excitado.

Los espectros atómicos de diferentes átomos con más de un electrón son complejos, ya que presentan más líneas espectrales que el espectro de emisión del átomo de hidrógeno. Li Na K Ba

A N A L IL

T N

Emisión de energía

A S A

V I S U L C X Absorción de energía

E

4. Durante la caída del electrón de un nivel de mayor energía o más alejado del núcleo, a uno de menor energía o más cerca del núcleo, se libera o emite energía.

D A D E PI

5. Al pasar el electrón de un nivel de energía a otro se absorbe o se libera un cuanto. Este valor está relacionado con la frecuencia absorbida o emitida.

O R

P

Ejercito

1. Observa detenidamente la imagen lateral e identifica. Encierra en un círculo y rotula según corresponda un electrón en su estado basal y un electrón en un estado excitado.

n=3 n=2 n=1

2. ¿Cómo describirías el movimiento de los electrones de acuerdo con el modelo de Bohr? 3. Cuando un electrón que se encuentra en su estado fundamental absorbe un fotón, ¿qué ocurre? Y después de emitir un fotón, ¿qué sucede? 4. Según el modelo de Bohr, ¿a qué se llama estado fundamental y a qué estado excitado del átomo?

Química

37

Tema 2 / Los modelos atómicos

Modelo mecanocuántico Ya has conocido cómo evolucionó la idea del átomo y su constitución:

t
¿La tecnología moderna aportará más información sobre el átomo? t
¿Crees que cambiará el modelo del átomo en 100 años más? ¿Por qué? Pese a los esfuerzos, el modelo de Bohr fue desestimado porque no explicaba los espectros atómicos de elementos con más de un electrón. Si los electrones no siguen una trayectoria fija y definida como propuso Bohr, veamos dónde crees que se encuentran los electrones.

A N A L IL

Desde 1924 es planteado el modelo mecanocuántico basado en los trabajos de Louis de Broglie, Erwin Schrödinger y Werner Heisenberg, principalmente.

T N

A S A

V I S U L C X

Louis de Broglie (1892-1987).

Werner Heisenberg (1901-1976).

Erwin Schrödinger (1887-1961).

A continuación, una breve descripción de sus aportes.

AD

E

1. Louis de Broglie postuló que los electrones tenían un comportamiento dual de onda y partícula (a), pues cualquier partícula que tuviese masa y que se moviera a cierta velocidad, podía comportarse además como onda.

O R

P

D E PI

2. Erwin Schrödinger estableció una ecuación matemática muy compleja, que al resolverla, entrega información de las zonas más probables donde es posible encontrar a los electrones (b); esta zona recibe el nombre de orbital.

3. Werner Heisenberg (b) postuló que no es posible conocer simultáneamente la posición y velocidad de un electrón dentro del átomo, ya que cuando se intenta determinar con exactitud la ubicación o velocidad, la otra cantidad es incierta. A este fenómeno lo denominó principio de incertidumbre.

38

a

Núcleo

Movimiento de partículas

Movimiento ondulatorio

b

Núcleo

Probabilidad de encontrar un electrón

Números cuánticos

Más informados

¡Los números cuánticos lo explican todo! A partir de la ecuación de Schrodinger, se obtienen los números cuánticos, los que entregan toda la información necesaria para saber dónde se encuentran los electrones dentro del átomo. A las zonas en las que son más probables ubicar los electrones se les llama orbitales atómicos. Estos se asocian a niveles de energía y en números cuánticos representan a cada orbital, pues lo definen según diversas características.

La probabilidad que obtengas uno de los números de un dado es 1 entre 6 lanzamientos. También hablamos de probabilidad en mecánica cuántica, cuando noss referimos a la posibilidad de encontrar a los electrones en ciertas zonas de probabilidad..

A N A L IL

Se conocen cuatro números cuánticos, los que están asociados a zonas del átomo:

t
Los niveles de energía están representados por el número cuántico principal, que describe la energía del orbital y se representa por la letra n. Su valor es un número entero positivo (1, 2, 3,...) t
Los subniveles de energía están representados por el número cuántico secundario, que describe la forma del orbital y se representa por la letra ℓ. Su valor varía entre 0 y n - 1. A su vez, 0 = s, 1 = p, 2 = d y 3 = f . t
Los orbitales están representados por el número cuántico magnético, que describe las orientaciones espaciales del orbital y se representa por la letra m. Se determina como m = – ℓ, … 0, …, +ℓ. t
Los electrones en un orbital están representados por el número cuántico de spin, que describe el giro del electrón sobre su propio eje y se representa por la letra s. Su valor es +1/2 o -1/2.

T N

A S A

Modelo mecanocuántico

D A D E PI

V I S U L C X

E

¿Qué sé?

En la siguiente imagen anota en los recuadros los conceptos dados a continuación y que describen el modelo mecanocuántico. Electrón - Niveles de energía - Orbitales - Subniveles de energía - Spin

O R

P

Electrón

n=1 n=2

Química

39

Tema 2 / Los modelos atómicos

Orbitales atómicos Los subniveles de energía están compuestos por orbitales atómicos que tienen diferentes formas según la energía de los electrones que se encuentran en ellos.

¿Qué veo?

MULTIMODALIDAD

Las siguientes imágenes muestran las distintas formas de los orbitales atómicos. Observa y lee las descripciones.

A N A L IL

z

Presentan una simetría esférica centrada en el núcleo del átomo. Este tipo de orbitales s sigue el orden 3s > 2s > 1s.

y

x 1s

Presentan una forma de esferas achatadas. La orientación en el espacio de los orbitales p está dada por las coordenadas del sistema cartesiano para los ejes X, Y y Z. Los tres orbitales tienen igual forma y tamaño.

D A D E PI

Presentan una forma de elipsoide de revolución, pero con tamaños y direcciones distintos. Los orbitales d tienen cinco orientaciones.

O R

P

V I S U L C X z

z

y

x

px

py

pz

y x

y x

dxy

dyz

z y

f

f

-1

z

0

z

y

1

y

f

-2

f

dx2-y2

z y

z

y

x dz2

z y

40

y x

dxz

f3

z

z

z

y x

y

x

z

z

z

y

x

E

3s

A S A

z

Presentan una forma multilobular que deriva de los orbitales d. Los orbitales f tienen siete orientaciones.

T N

2s

y

f

2

y

f

3

Orbitales

¿Qué sé?

Reúnete con un compañero o compañera, consigan cuatro globos azules, dos globos amarillos y un globo rojo. Realicen el siguiente procedimiento:


Inflen los globos y anúdenlos. 
Intenten representar los orbitales atómicos que se muestran a continuación. z

z

z

y

y Forma lobular doble

y

A N A L IL

Forma lobular

Forma esférica

P-1

d-2

s

T N

Distribuición de los electrones

A S A

Como aprendiste, el modelo mecanocuántico permite conocer la distribución de los electrones alrededor del núcleo. Este orden se basa en tres principios: de construcción de Aufbau, de exclusión de Pauli y de la mínima energía.

V I S U L C X

Principio de Aufbau o de construcción: establece que los orbitales se completan en orden creciente de energía y con un máximo de dos electrones en cada orbital. Principio de exclusión de Pauli: postula que no pueden existir más de dos electrones por orbital cuyos números cuánticos sean iguales.

E

Principio de exclusión de Pauli Subnivel s p d

O R

P

f

Orbitales

D E PI 1 3

AD

Capacidad máxima de electrones 2 6

5

10

7

14

Principio de la mínima energía: señala que los orbitales atómicos se deben llenar siguiendo un orden específico, es decir, desde el orbital de menor energía hasta el de mayor energía. Para simplificar el llenado de los orbitales atómicos se usa un recurso que permite deducir las configuraciones electrónicas del estado fundamental, siguiendo una secuencia de llenado de orbitales como muestra la imagen. Este recurso se conoce como regla de las diagonales o diagrama de Moeller y lo trabajaremos con más detalle más adelante.

1s

2s 2p 3s 3p 4s

3d 4p

5s

4d 5p

6s

4f 5d

6p

4f

7s 6d 7p

Diagrama de Moeller.

Química

41

Tema 2 / Los modelos atómicos

Configuración electrónica ¿Qué veo?

MULTIMODALIDAD

A continuación, se describen los pasos para obtener la configuración electrónica de los elementos químicos magnesio (Mg) y vanadio (V). Paso 1. ¿Cuántos electrones tiene cada elemento químico? Para determinarlos, debes conocer el número atómico de cada elemento. Como cada elemento químico es neutro y el valor Z corresponde a los protones (carga positiva), entonces el número de electrones es el mismo.

Elemento

Número atómico (Z)

Mg

12

V

22

Paso 2. ¿Cómo se completan los orbitales?

Número de electrones

A N A L IL 12 22

T N

Para ubicar los electrones, se debe considerar el diagrama de Moeller y el número máximo de electrones por orbital. En nuestro ejemplo, sería:

A S A

Elemento

Electrones totales

Orden de llenado

Configuración electrónica

Mg

12

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

2 2 6 2 1s 2s 2p 3s

V

22

V I S U L C X

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

Paso 3. ¿Qué pasa si son iones?

1s22s22p63s23p64s23d2

El procedimiento es el mismo, pero debes considerar que un catión pierde electrones y un anión gana electrones. Veamos 2+ un ejemplo con el catión Mg . Ion Mg

2+

Ejercito

Electrones totales

D A D E PI 10

E

Configuración electrónica neutro

Configuración electrónica del ion

1s22s22p63s2

1s22s22p6

1. ¿Qué diferencia fundamental crees que hay entre las órbitas del modelo de Bohr y los orbitales del modelo mecanocuántico? Fundamenta tu respuesta.

O R

P

2. Establece la configuración electrónica para los siguientes pares de compuestos: a. F y Cl– b. Mn y Se

c. Cr3+ y Os

No olvides que…

t
Thomson propone que el átomo es divisible y que está formado por electrones. Rutherford plantea que el átomo posee una zona central positiva donde se concentra la mayor parte de la masa y los electrones girando a gran distancia del núcleo. Bohr postula que los electrones permanecen en órbitas fijas y que tienen asociada una cantidad de energía cuando el electrón salta de un nivel a otro. t
El modelo mecanocuántico explica el comportamiento del electrón según cuatro números cuánticos. t
La configuración electrónica distribuye los electrones en los orbitales de los átomos.

42

Tema

Integr lo aprendid

2

1. Completa la siguiente tabla de las ideas de átomo y de modelos atómicos a través del tiempo. Ideas de átomos en el tiempo

Evidencias que apoyaron la idea o modelo

Propone

Leucipo y Demócrito Aristóteles

A N A L IL

John Dalton Joseph Thomson Ernest Rutherford Niels Bohr

T N

Louis de Broglie

A S A

Schrödinger y Heisenberg

V I S U L C X

2. Construye una línea de tiempo con todas las teorías atómicas analizadas en este tema. 3. Completa la siguiente tabla. Compuesto

Fórmula

Z

Na Si

C

P5+

Catión níquel

O R

P

Renio

E

14

D A D E PI

Anión carbono

4-

Electrones totales

1s22s22p6 1s22s22p63s23p64s23d6

Ni

Re

2 2 6 1 1s 2s 2p 3s

10

2+

Br-

Configuración electrónica

35 75

4. La imagen del costado corresponde al modelo atómico planteado por un estudiante. Respecto a este, contesta las preguntas que se hacen a continuación. a. ¿Qué idea de los modelos vistos está presente en la imagen? b. Usando la idea de la probabilidad planteada en el modelo mecanocuántico, ¿qué significado tienen las flechas que se ven en la imagen? 5. ¿Qué dificultad enfrentaste para aprender durante este tema?, ¿cómo lo solucionaste?

Química

43

Evaluación intermedia Responde las siguientes preguntas y marca la alternativa correcta.

1. ¿Qué características poseen las sustancias puras? A. Tienen una composición fija y definida. B. Las componen varios tipos de sustancias. C. Pueden separarse a través de procesos físicos. D. Sus componentes se pueden distinguir a simple vista. 2. En el ciclo del oxígeno, este elemento es regenerado en un proceso reversible entre:

A N A L IL

A. O2 y NO2 B. O2 y H2O C. O2 y NO2

T N

D. O2 y CO2

A S A

3. Si se examinan el universo, la Tierra y el cuerpo humano, ¿cuál de las siguientes combinaciones de elementos químicos será la más común de encontrar? A. C, Na, O, N, H, Mg

V I S U L C X

B. O, C, H, N, Ca, P C. C, O, Na, He, P, S D. Cl, Ca, C, H, O, P

4. ¿Cuál de estos postulados corresponde a lo establecido por John Dalton?

E

A. Los átomos componen toda la materia.

D A D E PI

B. Los átomos presentan naturaleza eléctrica. C. Los átomos contienen protones y electrones. D. La materia está formada por aire, fuego, tierra y agua.

O R

5. ¿Cuál de los siguientes significados corresponde a la palabra átomo?

P

A. Partícula invisible.

B. Partícula eléctrica. C. Partícula divisible. D. Partícula sin división.

6.

Los modelos atómicos de Thomson, Rutherford y Bohr, ¿en qué características se asemejan?

A. En la descripción del movimiento de electrones. B. En que presentan al átomo como una estructura compacta. C. En que señalan la presencia de un núcleo compacto de carga positiva. D. En proponer la movilidad del electrón al saltar de un nivel a otro.

44

Juego

7.

¿Qué aspectos de la constitución del átomo no aclara el modelo atómico de Rutherford?

A. La existencia de un núcleo. B. Que el núcleo de un átomo es positivo. C. Que la masa del átomo se concentra en el núcleo. D. La estabilidad del átomo ni la atracción electrón-núcleo. 8.

¿Qué comportamiento de la materia es explicado por el modelo atómico de Thomson?

A. La emisión de luz en los átomos.

A N A L IL

B. La formación del espectro visible. C. La unión de los átomos mediante sus electrones. D. El comportamiento electrostático de algunos materiales. 9.

La secuencia cronológica ascendente correcta para los científicos indicados es:

A. Thomson

Dalton

B. Rutherford C. Dalton

Dalton

Thomson

D. Rutherford

Thomson

V I S U L C X

Rutherford

Thomson

T N

A S A

Rutherford

Dalton

10. ¿Qué representa el siguiente diseño experimental?

Fuente de partículas alfa

E

Lámina de oro

O R

P

D A D E PI

Partículas alfa

Detector

A. El experimento realizado por Thomson para determinar la carga eléctrica. B. El experimento realizao por Dalton para determinar los números cuánticos. C. El experimento de Rutherford para determinar la presencia de núcleo en el átomo. D. El experimento de Bohr para determinar los niveles de energía presentes en el átomo.

Química

45

Tema

1 3

Tabla periódica de los elementos Tabla periódica moderna Antes de iniciar el estudio de la tabla periódica responde de las siguientes preguntas:

Más informados

t
¿Qué significa para ti el proceso de clasificar?

El número atómico es el número de protones que contiene cada elemento químico.

t
¿Qué haces cuando debes clasificar algo, por ejemplo, fotografías o música? t
¿Por qué es importante clasificar? Junto con el avance en la comprensión del átomo, se generó la necesidad de clasificar los elementos químicos. Los primeros intentos se basaron en observaciones cualitativas y los elementos fueron ordenados en grupos o familias. Posteriormente, los elementos se clasificaron en un esquema denominado tabla periódica, debido a que se observó que algunas de sus propiedades variaban siguiendo ciertos patrones.

Conociendo mejor la tabla periódica ¿Qué sé? Averigua en fuentes confiables por qué los elementos químicos son representados con colores diferentes.

T N

En 1913, Henry Moseley propone la versión moderna de la tabla periódica de los elementos, en la que estos fueron ordenados según su número atómico.

A S A

La tabla periódica actual nos permite conocer las características de un elemento químico y sus semejanzas con otros. Están organizados en filas llamadas períodos y en columnas denominadas grupos.

V I S U L C X

Período

¿Qué veo?

3

5

3

4

Li

Be

Litio

Berilio

6,968

9,012

11

12

Na

Mg

Sodio

Magnesio

22,99

24,31

Hidrógeno

2

4

1,008

2 II A

H

O R

P

6

7

46

MULTIMODALIDAD

La imagen que se muestra a continuación corresponde a la tabla periódica moderna. ¿Cuántos grupos y períodos tiene? 18

Grupo 1 IA 1

1

A N A L IL

D E PI

AD

E

VIII A 2

13 III A

14 IV A

15 VA

16 VI A

17 VII A

5

6

7

8

9

10

B

C

N

O

F

Ne

Boro

Carbono

Nitrógeno

Oxígeno

Flúor

Neón

10,82

12,011

14,01

15,995

19,00

20,18

13

14

15

16

17

18

He Helio 4,003

3 III B

4 IV B

5 VB

6 VI B

7 VII B

8

9 VIII B

10

11 IB

12 II B

Al

Si

P

S

Cl

Ar

Aluminio

Silicio

Fósforo

Azufre

Cloro

Argón

26,98

28,08

30,97

32,06

35,45

39,95

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

19

20

K

Ca

Sc

Ti

V

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

Zn

Ga

Ge

As

Se

Br

Kr

Potasio

Calcio

Escandio

Titanio

Vanadio

Cromo

Manganeso

Hierro

Cobalto

Níquel

Cobre

Cinc

Galio

Germanio

Arsénico

Selenio

Bromo

Kriptón

39,10

40,08

44,96

47,87

50,94

52,00

54,94

55,85

58,93

58,69

63,55

65,38

69,72

72,63

74,92

78,96

79,9

83,80

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

51

52

53

54

Rb

Sr

Y

Zr

Nb

Mo

Tc

Ru

Rh

Pd

Ag

Cd

In

Sn

Sb

Te

I

Xe

Rubidio

Estroncio

Itrio

Circonio

Niobio

Molibdeno

Tecnecio

Rutenio

Rodio

Paladio

Plata

Cadmio

Indio

Estaño

Antimonio

Teluro

Yodo

Xenón

85,47

87,62

88,91

91,22

92,91

95,96

97,91

101,1

102,9

106,4

107,9

112,4

114,8

118,7

121,8

127,6

126,9

131,3

55

56

57

72

73

74

75

76

77

78

79

80

81

82

83

84

85

86

Cs

Ba

La

Hf

Ta

W

Re

Os

Ir

Pt

Au

Hg

Tl

Pb

Bi

Po

At

Rn

Cesio

Bario

Lantano

Hafnio

Tantalio

Tungsteno

Renio

Osmio

Iridio

Platino

Oro

Mercurio

Talio

Plomo

Bismuto

Polonio

Astato

Radón

132,9

137,3

138,9

178,5

180,9

183,8

186,2

190,2

192,2

195,1

197,0

200,6

204, 4

207,2

209,0

208,98

209,98

222,018

87

88

89

104

105

106

107

108

109

110

111

112

Fr

114

116

Ra

Ac

Rf

Db

Sg

Bh

Hs

Mt

Ds

Rg

Cn

Fl

Lv

Francio

Radio

Actinio

Rutherfordio

Dubnio

Seaborgio

Bohrio

Hassio

Meitnerio

Darmstadio

Roentgenio

Copernicio

Flerovio

Livermorio

223,02

226,025

227,03

261,11

265,114

263,12

264,1

265,13

268,14

281,16

273,15

285

289

293

58

59

60

61

62

63

64

65

66

67

68

69

70

71

Ce

Pr

Nd

Pm

Sm

Eu

Gd

Tb

Dy

Ho

Er

Tm

Yb

Lu

Cerio

Praseodimio

Neodimio

Prometio

Samario

Europio

Gadolinio

Terbio

Disprosio

Holmio

Erbio

Tulio

Iterbio

Lutecio

140,1

140,9

144,242

144,9

150,4

152,0

157,3

158,9

162,5

164,9

167,3

168,9

173,1

175,0

102 2012) 100 101 junio de (Fuente: IUPAC,

90

91

92

93

94

95

96

97

98

99

Th

Pa

U

Np

Pu

Am

Cm

Bk

Cf

Es

Fm

Md

No

Lr

Torio

Protactinio

Uranio

Neptunio

Plutonio

Americio

Curio

Berkelio

Californio

Einstenio

Fermio

Mendelevio

Nobelio

Lawrencio

232,0

231,0

238,0

237,05

244,1

243,10

247,07

247,07

251,08

252,08

257,1

258,1

259,1

262,11

103

Propiedades de los elementos químicos La tabla periódica organiza los elementos químicos según sus propiedades, que dependen de la estructura de los átomos. La información que entrega la tabla periódica de los elementos químicos es la siguiente: Número atómico (Z)

1

H

Nombre del elemento

Símbolo del elemento

A N A L IL

Hidrógeno

Número másico (A)

1,0

El valor de Z corresponde al número atómico, mientras que el valor de A es igual a la suma del número de protones y de neutrones.

Las familias de los elementos

¿Qué veo?

T N

A S A

La organización de los elementos en grupos puede diferenciarse por familias según las propiedades que los caracterizan.

V I S U L C X

MULTIMODALIDAD

Observa la imagen y nombra las familias de elementos que se identifican de color rojo. Elementos de transición

Metales alcalinos

Elementos representativos

O R

P

D E PI Metales alcalinos térreos

Elementos de transición interna

AD

E

Gases nobles Halógenos Calcógenos Familia del nitrógeno Familia del carbono

Elementos representativos

Familia del boro

Lantánidos Actínidos

Familias de elementos

¿Qué sé?


Identifica a qué grupo pertenecen las familias de los metales alcalinos y alcalinos térreos. 
¿A qué grupos pertenecen los elementos de transición? 
¿Qué familias puedes encontrar al costado derecho de la tabla periódica? 
Investiga las propiedades físicas y químicas de la familia de los halógenos y las de la familia del carbono. Química

47

Tema 3 / Tabla periódica de los elementos

Clasificación de los elementos Los elementos químicos pueden clasificarse de acuerdo con diversos criterios; por ejemplo, según su configuración electrónica y sus propiedades estructurales.

¿Qué veo?

MULTIMODALIDAD

La figura que se muestra abajo corresponde a la clasificación de los elementos respecto de su configuración electrónica. A partir de lo que observas, ¿cuántos grupos reconoces? Nómbralos.

A N A L IL

Elementos representativos Elementos de transición Elementos de transición interna

T N

A S A

V I S U L C X

t
Clasificación de los elementos según su configuración electrónica. Si tomamos en cuenta solo los elementos representativos, podemos observar que todos aquellos que pertenecen a un mismo grupo tienen, por regla general, igual configuración electrónica en su nivel más externo.

O R

D E PI

Configuración y clasificación

P

AD

E

Elementos representativos: ns1-2 np1-5 Elementos de transición: ns2 (n-1)d1-10 2

f1-14

Elementos de transición interna: ns (n-2)

(n-1)

d1-10

Veamos algunos ejemplos:

¿Qué sé?


Escribe y compara la configuración electrónica del berilio (Be) y del magnesio (Mg) y la del escandio (Sc) y del itrio (Y). ¿En qué grupos los clasificarías? 
Compara las configuraciones de estos átomos y determina en qué orbital entra el último electrón. 
Según la configuración electrónica del último nivel de energía, ¿qué grupos de orbitales puedes identificar?

48

Los elementos pueden clasificarse como representativos, de transición o de transición interna respecto de si su configuración electrónica externa corresponde con una de las siguientes formas generales:

Configuración electrónica

Elemento

Configuración externa

Clasificación

Carbono (C)

1s22s22p2

2s22p2

representativo

Titanio (Ti)

2 2 6 2 6 2 2 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4s23d2

transición

6s24f15d1

transición interna

Cerio (Ce)

1s22s22p63s23p64s23d10 6

2

10

6

2 1

1

4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d

t
Clasificación de los elementos según sus propiedades estructurales. Los elementos químicos pueden comportarse como metales, metaloides o no metales de acuerdo con su estructura interna, es decir, cómo se ordenan los átomos del mismo elemento.

¿Qué veo?

MULTIMODALIDAD

Analiza la tabla periódica que se muestra más abajo que corresponde a la clasificación de los elementos respecto de sus propiedades estructurales. Identifica en ella la posición del cobre (Cu), flúor (F) y silicio (Si). IA

VIIIA IIA

A N A L IL

IIIA IVA VA VIA VIIA IIB IIVBVB VIB VIIB

VIII

IB IIB Metales

T N

Metaloides

A S A

No-metales

V I S U L C X

Los metales se caracterizan porque ceden sus electrones externos con facilidad para tener la configuración electrónica de los gases nobles y ser químicamente estables. Al hacerlo, se convierten en iones positivos o cationes. Este comportamiento les confiere distintas propiedades: son brillantes, maleables, dúctiles, resistentes y duros, buenos conductores de la electricidad y del calor. Tienen altos puntos de fusión y de ebullición.

D A D E PI

E

Los no metales se caracterizan porque aceptan electrones para tener la configuración de los gases nobles. Al hacerlo, se convierten en iones negativos o aniones. Son frágiles, poco resistentes, no reflejan la luz, malos conductores de la electricidad y del calor. Tienen baja densidad.

O R

Los metaloides se caracterizan porque pueden comportarse como metales y como no metales. Son sólidos a temperatura ambiente.

P

Propiedades estructurales y clasificación

¿Qué sé?

Cada grupo posee características propias y se ubica específicamente en un sector de la tabla periódica. De acuerdo con esto, completa los espacios en blanco.


El carbono y el fósforo son malos conductores del calor y de la electricidad. No son maleables, ni dúctiles. En estado sólido son frágiles. Estas características corresponden a los . 
El aluminio, el oro y la plata son buenos conductores del calor y de la electricidad; son maleables y dúctiles. Estas características corresponden a los . 
El boro y el silicio poseen propiedades intermedias entre metales y no metales. Estas características corresponden a los .

Química

49

Tema 3 / Tabla periódica de los elementos

¿Para qué sirve la tabla periódica? A partir de la ubicación de los elementos químicos en la tabla periódica se pueden conocer algunas de sus propiedades, por ejemplo: su tamaño y la afinidad para ganar o ceder electrones, entre otras que pronto conocerás como propiedades periódicas. Como ves, la ubicación de los elementos químicos en la tabla periódica no es al azar. Un dato interesante que se puede desprender de la ubicación de un elemento químico en la tabla periódica es el tipo de ion que puede formar. Recuerda que las sustancias iónicas corresponden a aquellas en que los átomos que las forman ceden o captan electrones.

¿Qué veo?

A N A L IL

MULTIMODALIDAD

Observa la tabla que muestra la ubicación de los iones de algunos elementos. ¿Qué grupos forman cationes y aniones, respectivamente? 1

2

3

4

5

6

7

8

H

2

Li+

3

Na+

Mg2+

4

K+

Ca2+

5

Rb+

Sr2+

6

Cs+

O R

P

Ba2+

Cr2+

D A D E PI Sc3+

Cr3+

E

Mn2+

10

11

Fe2+

Co2+

Fe3+

Co3+

Ni2+

Cu+

Cu2+

T N

A S A

12

V I S U L C X

+

1

9

Zn2+

13

14

Al3+

Sn2+

In3+

Sn4+

Hg2+

Ti+

Pb2+

Hg3+

Ti3+

Pb4+

Cd2+

Au+ Au3+

16

17

N3–

O2–

F–

P3–

S2–

Cr–

Se2–

Br–

Te2–

I–

Ga3+ In+

Ag+

15

Sb3+

18

Br3+

Como observas, los elementos metálicos tienden a formar cationes para alcanzar la configuración de gas noble o estabilizarse. En cambio, los elementos no metálicos tienden a formar aniones. Ahora, el número de electrones que pueden aceptar o ceder estos elementos va a depender de su configuración electrónica.

Formación de iones

¿Qué sé?


¿Por qué los gases nobles no forman iones? 
Identifica en la tabla al catión níquel (Ni 2+) y escribe su configuración electrónica. 
¿Cuántos aniones cloruro (Cl – ) se necesitan para formar un compuesto neutro con un átomo de cadmio (Cd)? 
¿Por qué es posible que algunos elementos puedan formar dos cationes distintos?

50

Ejercito Para responder las preguntas deberás utilizar la tabla periódica del anexo de la página 91.

1. Respuesta breve. a. ¿Cuántos elementos contiene cada grupo de los elementos representativos? b. ¿Cuántos elementos contiene cada grupo de los elementos de transición?

A N A L IL

c. Escribe el nombre y el símbolo químico de cuatro elementos químicos de cada grupo. d. Escribe el nombre y el símbolo químico de cuatro elementos de cada período.

T N

e. Indica cuáles son los elementos químicos que conforman los gases nobles. f. Escribe el nombre y el símbolo químico de siete elementos de transición.

A S A

g. Indica al menos cinco elementos químicos de la serie de lantánidos. h. Indica al menos cinco elementos de la serie de actínidos.

V I S U L C X

2. Completa la siguiente tabla según corresponda:

Elemento

Símbolo químico

Z

Na

Azufre

Grupo al que pertenece

D A D E PI 16

E

1 (IA)

Electrones en la configuración abreviada

7

Ne

O R

8e

3. Completa la siguiente tabla según corresponda:

P

Configuración global

Grupo

Período

2 2 [He]2s 2p

[Ne]3s1 [Ne]3s33p5 [Kr]5s25p1 De los elementos dados en la tabla, indica qué elementos se encuentran en el mismo período. Anota los nombres y símbolos químicos de cada uno.

Química

51

Tema 3 / Tabla periódica de los elementos

Propiedades periódicas Ahora aprenderemos acerca de las propiedades de los elementos químicos. Pero primero, piensa en lo siguiente y luego responde:

Más informados

La ley periódica indica que las propiedades físicas y químicas de los elementos tienden a repetirse a medida que se incrementa el número atómico.

t
¿Cada cuánto tiempo ocurre la luna llena?, ¿es correcto decir que las fases de la luna obedecen a un período? t
En la tabla periódica, ¿a qué corresponde un período? t
De acuerdo con tus conocimientos, ¿qué piensas que es una propiedad periódica?

A N A L IL

En la tabla periódica es posible reconocer diversas cualidades de los elementos químicos, como el radio atómico o la afinidad electrónica. Varias de ellas se modifican en los grupos y períodos siguiendo ciertos patrones o regularidades.

T N

A continuación, revisaremos el radio atómico, afinidad electrónica, el potencial de ionización y la electronegatividad.

A S A

Radio atómico (RA)

V I S U L C X

Debido a que la nube electrónica no tiene una forma estable, conocer el tamaño de los átomos no es sencillo. Las mediciones se realizan en muestras de átomos del mismo elemento. De este modo, el radio atómico corresponde a la mitad de la distancia entre los centros de dos átomos vecinos. 2r

O R

P

D E PI

AD

Aumenta

E

Radio atómico

Disminuye

Radio atómico

Afinidad electrónica (AE) La afinidad electrónica es la energía liberada cuando un átomo gaseoso en su estado fundamental capta un electrón libre y se convierte en un ion negativo (anión). Una afinidad electrónica alta significa que se libera mucha energía cuando un electrón se une a un átomo.

Disminuye

Aumenta

Imagina que la mano es un átomo en estado fundamental y la moneda es un electrón. La energía liberada cuando se recibe la moneda es la electroafinodad.

52

Afinidad electrónica

Potencial de ionización (PI) Disminuye

El potencial de ionización es la energía mínima necesaria para extraer un electrón de un átomo en estado gaseoso desde su estado basal o fundamental y se convierta en un ion positivo.

Aumenta

Más informados

Otra propiedad que se cumple en la tabla periódica corresponde a la capacidad de los elementos para reaccionar con oxígeno e hidrógeno, la cual aumenta en el período de izquierda a derecha.

Potencial de ionización

Aumenta

A N A L IL

La electronegatividad es la capacidad que tienen los átomos para atraer los electrones de un enlace químico.

Aumenta

Electronegatividad (EN) Electronegatividad

La escala de Pauling es una clasificación de la electronegatividad de los átomos. En ella, el elemento más electronegativo (flúor), tiene un índice de 4,0, mientras que el menos electronegativo (francio) posee un valor de 0,7. Los demás átomos llevan asignados valores intermedios. Esta propiedad es muy importante para comprender cómo se forman los enlaces entre átomos, tema que estudiaremos más adelante en esta unidad. 1

H Hidrógeno 2,1

4

5

Li

Be

B

Litio

Berilio

Boro

1,0

1,5

2,0

3

V I S U L C X 2

6

E 7

8

9

10

C

N

O

F

Ne

Carbono

Nitrógeno

Oxígeno

Flúor

Neón

2,5

3,0

3,5

4,0

AD

He Helio

12

13

14

15

16

17

18

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Ar

Sodio

Magnesio

Aluminio

Silicio

Fósforo

Azufre

Cloro

Argón

1,0

D E PI 1,2

1,5

1,8

2,1

2,5

3,0

19

20

31

32

33

34

35

K

Ca

Ga

Ge

As

Se

Br

Kr

Potasio

Calcio

Galio

Germanio

Arsénico

Selenio

Bromo

Kriptón

11

O R

P

36

0,9

1,0

1,7

1,9

2,1

2,4

2,8

37

38

49

50

51

52

53

54

Rb

Sr

In

Sn

Sb

Te

I

Xe

Rubidio

Estroncio

Indio

Estaño

Antimonio

Teluro

Yodo

Xenón

0,9

1,0

1,6

1,7

1,8

1,9

2,1

55

56

81

82

83

84

85

86

Cs

Ba

Tl

Pb

Bi

Po

At

Rn

Cesio

Bario

Talio

Plomo

Bismuto

Polonio

Astato

Radón

0,8

1,0

1,6

1,7

1,8

1,9

2,1

87

88

114

116

Fr

Ra

Fl

Lv

Francio

Radio

Flerovio

Livermorio

0,7

1,0

Química

T N

A S A

Electronegatividades de Pauling

La cuerda es el enlace que mantiene unidos al niño y al hombre. Si representa el hombre el elemento más electronegativo y el niño el menos electronegativo, el que ganaría tirando la cuerda es el hombre, ya que posee mayor electronegatividad, lo que significa que la nube de electrones tenderá a ubicarse más cerca del elemento más electronegativo.

53

Tema 3 / Tabla periódica de los elementos

Ejercito 1. Lee atentamente las siguientes aseveraciones y luego responde argumentando tu respuesta. a. Los átomos que se encuentran a la izquierda de la tabla periódica tienen una mayor tendencia para formar aniones. ¿Qué propiedad periódica está involucrada en esta aseveración? b. Los átomos que se encuentran a la derecha de la tabla periódica tienen una mayor tendencia para formar cationes. ¿Qué propiedad periódica está involucrada en esta aseveración?

A N A L IL

2. Indica el elemento que tenga la mayor energía de ionización de cada par y explica tu elección.

T N

a. K o Na b. Mg o Cl

A S A

3. Ordena cada conjunto de elementos en orden creciente según el potencial de ionización.

V I S U L C X

a. Cl, Na, Al

b. As, Sb, Sn

4. Según los valores de electronegatividad de cada conjunto de elementos, ordénalos de los más electronegativos a los menos electronegativos.

D A D E PI

E

a. H, Be, Al, N, F b. Cl, Ca, Mg, O, S

No olvides que…

t
El tabla periódica actual, propuesta por Moseley en 1913, ordena los elementos según su número atómico. Las filas se denominan períodos y las columnas se denominan grupos.

O R

t
La organización de los elementos en la tabla entrega información sobre las propiedades de los elementos, que dependen principalmente de la configuración electrónica del último nivel de energía.

P

t
Los elementos químicos pueden clasificarse de acuerdo a diversos criterios. t
Según la configuración electrónica, los elementos químicos pueden agruparse en bloques s y p para los elementos representativos, en bloques d y s para los de transición y en bloques f y s para los de transición interna. t
Según las propiedades estructurales, los elementos químicos se clasifican en metales si ceden electrones y en no metales si aceptan electrones. t
Los elementos químicos siguen la ley periódica, es decir, se repiten ciertas propiedades con intervalos más o menos regulares. Si se conocen estas propiedades periódicas se puede determinar el comportamiento de los elementos, el cual se relaciona en forma estrecha con la posición que ocupa en la tabla periódica y con sus configuraciones electrónicas. Las principales propiedades periódicas son: radio atómico, afinidad electrónica, potencial de ionización y electronegatividad.

54

Tema

Integr lo aprendid

3

1. ¿Por qué la tabla periódica de los elementos recibe este nombre y qué información entrega? 2. ¿A qué debe su nombre la tabla periódica? 3. A partir de la tabla periódica, responde: a. Anota dos elementos de transición. b. Escribe el símbolo de dos elementos del mismo grupo.

A N A L IL

c. Anota dos elementos del mismo período.

4. ¿Qué información relacionada con la tabla podrías describir a partir de las siguientes configuraciones electrónicas? a. 1s2 2s2 2p2 b. [Ne] 3s2 3p5

T N

A S A

5. ¿Qué características darías a conocer de los metales, no metales y metaloides?

V I S U L C X

6. Considera tres elementos con las siguientes configuraciones de capa externa: X: 4s2 Y: 3s23p4 Z: 4s2 4p4

D A D E PI

E

a. Identifica cada elemento como metal, metaloide o no metal. b. ¿Qué elemento químico tiene el radio atómico más grande?

O R

c. ¿Qué elemento químico tiene la energía de ionización más alta?

P

d. Indica las posiciones de X, Y y Z en la tabla periódica.

7. Ordena cada conjunto de elementos químicos en orden creciente según el radio atómico. a. Al, Si, Mg b. Cl, F, Br, 8. Ordena cada conjunto de elementos químicos en orden decreciente según la afinidad electrónica. a. Cs, K, Na b. O, Li, C 9. ¿Qué estrategias de síntesis y de comprensión utilizaste para aprender sobre la tabla periódica de los elementos químicos?

Química

55

Aprendo

Taller de habilidades científicas Comunicar y evaluar Lee la siguiente situación para que comprendas cómo se lleva a cabo esta etapa del trabajo científico.

Los estudiantes Violeta y Jaime buscaron información acerca de los elementos químicos. Navegando en Internet, encontraron que los elementos que se encuentran en mayor abundancia en el universo son el hidrógeno y el helio.

A N A L IL

Posteriormente, se preguntaron lo siguiente:

¿La abundancia de hidrógeno y de helio será la misma en el universo que en el cuerpo humano? 1

A partir de su pregunta, los estudiantes redirigieron su búsqueda y se centraron en conocer la abundancia de los elementos químicos en los seres vivos.

T N

2

Luego de obtener la información, Jaime y Violeta buscan la manera de presentarla.

A S A

Tal vez sea más conveniente presentar una tabla de datos con la información que obtuvimos.

O R

P

D A D E PI

V I S U L C X

E

Paso 1

Obtener información científica La información científica que se obtiene puede provenir tanto de revisiones bibliográficas como de los resultados de investigaciones científicas. Las revisiones bibliográficas se pueden realizar en textos de consulta especializada o en sitios web confiables. Los resultados de investigaciones se publican en revistas especializadas a las que se puede acceder de forma impresa o en la Web.

56

Me parece que, para complementar la tabla, podemos elaborar un gráfico.

Paso 2 Explicar los resultados de una investigación Luego de obtener información científica, ya sea proveniente de revisiones en fuentes confiables o de experimentos, esta se puede explicar de forma más fácil organizándola en tablas, gráficos, esquemas, entre otras modalidades.

Trabajemos la habilidad 3

Violeta y Jaime presentan los datos obtenidos a sus compañeros de curso. Luego de su presentación, ambos estudiantes reflexionaron sobre su investigación, determinado mejoras en él. Abundancia relativa de los elementos químicos en los seres vivos

Paso 3

O R

Elemento

Porcentaje

Oxígeno

65 %

Carbono

18 %

Hidrógeno

10 %

Nitrógeno

3%

D A D E PI

A V I S U L XC

E

Comunicar las evidencias

P

Para favorecer la comprensión de los resultados obtenidos, la presentación de tablas y gráficos facilita su lectura y optimiza la elaboración de conclusiones. Se pueden usar diferentes modalidades de presentación, como papelógrafos o diapositivas, entre otras opciones.

Paso 4 Evaluar la investigación Toda investigación debe identificar y determinar los factores y etapas del trabajo científico que pueden alterar el desarrollo experimental, para así evitar errores tanto en los resultados como en las posteriores conclusiones. Es importante considerar que las conclusiones deben ser coherentes con la investigación.

Química

Lo que hicieron Violeta y Jaime es comunicar y evaluar. Al hacerlo obtuvieron información científica, que implica recopilar datos que se desprenden de investigaciones realizadas o de revisiones bibliográficas en textos de consulta especializada.

A N A L IL

T N

SA

Para ello, explicaron la información científica a través de tablas y gráficos, para transmitir el conocimiento científico que se obtiene una investigación. El objetivo es que, utilizando estas explicaciones se puedan elaborar conclusiones. Luego, comunicaron las evidencias que se desprenden de las investigaciones científicas presentando sus conclusiones de la forma más óptima y de manera clara a la comunidad, por ejemplo, mediante el uso de tecnologías de la información. Finalmente, Violeta y Jaime evaluaron su investigación al reflexionar sobre los pasos que desarrollaron y al reflexionar sobre aquellos aspectos a mejorar.

57

Ejercito

Taller de habilidades científicas Observar y preguntar

Planificar y conducir una investigación

t Identificar preguntas y/o problemas t Formular y fundamentar predicciones

t t t t

Manipular una variable Seleccionar instrumentos y materiales Explicar los procedimientos Medir y registrar evidencias

Propiedades periódicas: radio atómico Los estudiantes del caso anterior, Violeta y Jaime, siguieron buscando información y encontraron datos relacionados con las propiedades periódicas de los elementos químicos. Parte de los datos hallados provenían de procedimientos experimentales y destacaron una de las propiedades periódicas de los elementos químicos: el radio atómico. Al respecto, descubrieron lo siguiente:

Paso 1

A N A L IL

T N

Obtener información científica

A S A

En rigor, el concepto de radio atómico carece de sentido estricto. En un átomo aislado, la envoltura electrónica se extiende indefinidamente en el espacio y, por tanto, no puede hablarse de un radio atómico bien definido. Por otra parte, no es posible realizar medidas de este tipo en átomos aislados.

V I S U L C X

Cuando los átomos se unen formando moléculas diatómicas (dos átomos), como Cl2, O2, entre otros, es posible medir con toda precisión la distancia internuclear (entre dos núcleos) de los dos átomos enlazados. En estos casos, la mitad de la distancia internuclear se toma como el radio atómico correspondiente. Esta propiedad de los elementos varía en la tabla periódica dependiendo de la ubicación de los mismos.

O R

P

58

D A D E PI

E

Radio atómico

Radio atómico Distancia interatómica

Fuente: Casabó, J. (2007). Estructura atómica y enlace químico. Barcelona: Editorial Reverté

Algunos ejemplos de elementos químicos y su radio atómico ordenados d emenor a mayor: Radios atómicos en angstrom (Å) Hidrógeno (1, H) 0,49 Nitrógeno (7, N) 0,92 Silicio (14, Si) 1,32

Helio (2, He) 0,49 Oxígeno (8, O) 0,65 Cloro (17, Cl) 0,37

Litio (3, Li) 1,55 Flúor (9, F) 0,57 Potasio (19, K) 2,35

Berilio (4, Be) 1,12 Sodio (11, Na) 1,90 Calcio (20, Ca) 1,97

Boro (5, B) 0,98 Magnesio (12, Mg) 1,60 Estroncio (38, Sr) 2,15

Carbono (6, C) 0,914 Aluminio (13, Al) 1,43 Bario (56, Ba) 2,22

Procesar y analizar la evidencia

Evaluar y comunicar

t Organizar y presentar datos t Plantear inferencias y conclusiones

t Evaluar la investigación t Comunicar los conocimientos

Para poder desarrollar la habilidad que revisaste antes, sigue estos pasos:

Paso 2

A N A L IL

1. Junto con un grupo de compañeros, analicen la información anterior y elaboren una estrategia que permita explicarla a otros compañeros. 2. Recuerda que para explicar resultados provenientes de investigaciones científicas puedes elaborar gráficos, diagramas, esquemas, etc. Esto facilita la comprensión y la lectura de la información.

T N

3. Por ejemplo, para entender cómo se comportan otras de las propiedades periódicas, se han establecido diagramas representativos, como el siguiente:

A S A

V I S U L C X

Los sentidos de las flechas indican el crecimiento del carácter metálico dentro de la tabla periódica.

Carácter metálico

Paso 3

D A D E PI

E

1. Para presentar la información, pueden usar una tabla periódica muda como base para elaborar un diagrama. También podrían sintetizar la información en un gráfico de puntos, de torta o en un diagrama. 2. Recuerden que el uso de TIC también favorece la comprensión de datos complejos o de difícil lectura.

O R

3. Cuando deban decidir el formato en que comunicarán sus resultados, respondan las siguientes preguntas en grupo:

P

a. ¿Qué elementos visuales usarán para facilitar la comunicación de la información? b. ¿Cómo ayudará a la comprensión de la información el elemento visual que escogieron para explicar la información recopilada?

Paso 4 Para evaluar su trabajo respondan las preguntas que se plantean a continuación:

1. ¿En qué aspectos pueden perfeccionar la investigación? ¿Son válidos y confiables los resultados? 2. ¿Se puede replicar esta investigación a otra propiedad periódica de los elementos? 3. ¿Los elementos visuales que usaron facilitó la comunicación de la información?

Química

59

Tema

4

Enlace químico La estabilidad del átomo Un grupo de amigos se organizó para formar una pirámide humana. Cuando estaba lista, uno de los niños que se encontraban en la base salió de ella. Otro niño que observaba la pirámide desde lejos corre para remplazar al que salió.

t
¿Por qué el niño espectador corrió a suplantar al que salió de la pirámide? t
¿Qué habría ocurrido si no lo hubiera hecho? De la misma forma que se ordenó el grupo de amigos para lograr una configuración estable, los átomos también lo hacen. De hecho, en la naturaleza, la mayoría de los elementos químicos se unen a otro para conseguir la estabilidad que no poseen por sí solos. De este modo, forman sustancias llamadas compuestos. Por su parte, los gases nobles se pueden encontrar de forma individual. ¿Por qué?

A N A L IL

T N

Para responder esta pregunta, comparemos la configuración electrónica del gas noble neón (10Ne) y de dos elementos químicos, el flúor (9F) y el sodio (11Na).

¿Qué veo?

MULTIMODALIDAD

V I S U L C X Neón

O R

P

D E PI

Estabilidad del átomo

AD

¿Qué sé?


¿Qué relación existe entre la configuración electrónica de los gases nobles con la formación de compuestos de los demás elementos químicos de la tabla periódica? 
¿Por qué los átomos, al unirse entre sí, tienden a alcanzar las configuraciones electrónicas de los gases nobles?

60

A S A

E

10

Ne: 1s22s22p6

Flúor

9

F: 1s22s22p5

Sodio

Na: 1s22s22p63s1

11

Como observas, el neón tiene completos sus dos niveles de energía, lo que le confiere estabilidad. En cambio, el flúor y el sodio poseen orbitales incompletos. Esta falta de electrones es lo que provoca la inestabilidad en los átomos y es la razón por la que los elementos químicos tienden a conformar un compuesto. Siguiendo nuestro ejemplo, la unión entre el sodio y el flúor genera fluoruro de sodio (NaF). F

Na

El sodio y el flúor comparten dos electrones para completar los orbitales 3s2 y 2p6, respectivamente.

NaF

Enlace químico

Más informados

Hemos analizado cómo los átomos tienden a buscar estabilidad en su configuración electrónica. ¿Cómo consiguen esta estabilidad? Al unirse a otros átomos. La fuerza que une un átomo con otro recibe el nombre de enlace químico. Este enlace se produce por el movimiento de los electrones del último nivel de energía de los átomos que se unen. Se conocen tres tipos de enlaces químicos: iónico, covalente y metálico, cada uno con sus propias características. Al unirse por medio de estos enlaces, los átomos forman las distintas sustancias químicas que existen en la naturaleza, cuyas propiedades dependen del tipo de enlace que poseen. A raíz de esto, podemos hablar de sustancias iónicas, sustancias covalentes y sustancias metálicas. A continuación se muestran los tres tipos de enlaces y sus características. Lee atentamente la descripción de cada uno y luego responde en tu cuaderno la pregunta que se muestra a continuación.

Enlace químico

D A D E PI

Los átomos que se unen comparten electrones de las capas más externas para adquirir la configuración electrónica del gas noble más cercano.

La combinación es no metal-no metal. Por ejemplo, óxido de calcio (CaO).

O R

P

Tipos de enlace químico

A N A L IL

T N

A S A

V I S U L C X

Enlace covalente

Compuestos tan comunes como la sal y el azúcar parecen a simple vista muy similares, pero son muy diferentes en su composición química. La diferencia entre ambas sustancias se basa en la configuración electrónica de los átomos constituyentes y de la naturaleza de las fuerzas químicas que los unen para formar los compuestos.

Enlace iónico

Enlace metálico

Los átomos que se unen ceden o captan electrones de las capas más externas para adquirir la configuración electrónica del gas noble más cercano. El compuesto se mantiene unido por la diferencia de cargas que se generan cuando los átomos ceden o captan electrones.

Los átomos de los elementos metálicos se unen entre sí y generan una unión metálica.

E

La combinación es metal-metal. Por ejemplo, aluminio (Al).

La combinación es metal-no metal. Por ejemplo, dióxido de carbono (CO2).

¿Qué sé?

Respecto de lo que conoces de la tabla periódica, ¿qué tipo de enlace es posible entre los siguientes pares de elementos? Fundamenta tu respuesta.


Li-F 
C-O 
H-O 
K-Br

Química

61

Tema 4 / Enlace químico

Simbología de Lewis Para facilitar el estudio de la formación de los enlaces químicos, Gilbert Lewis ideó una simbología conocida como símbolos de Lewis que permite explicar cómo se produce la unión de los átomos. Esta consiste en representar a los átomos rodeados con una cantidad de puntos o cruces que indican el número de electrones presentes en la configuración electrónica abreviada de los elementos químicos. En la siguiente tabla se muestran los símbolos de Lewis de diferentes elementos químicos representativos.

A N A L C N OIL F Ne T N A S

Grupo

IA

IIA

IIIA

IVA

VA

VIA

VIIA

VIIIA

Elemento

H

Be

B

C

N

O

F

Ne

Símbolo de Lewis

H Be B

Gilbert Lewis (1875 - 1946).

Observa y analiza la tabla con detención. ¿Qué relación existe entre los símbolos de Lewis y el grupo al que pertenecen sus respectivos elementos químicos? Con esta simbología se representan los electrones de las capas más externas de los elementos químicos, los mismos que encontramos en la configuración electrónica.

Reglas del octeto y del dueto

Más informados

Para los elementos de transición y los de transición interna, no es posible escribir las simbologías de Lewis, ya que poseen capas internas de electrones incompletas, por lo que forman un grupo especial de compuestos llamados compuestos de coordinación.

O R

P

D A D E PI

Uso de la tabla periódica

62

A V I S U L XC

¿Qué sé?

Según la simbología de Lewis, los átomos cuando se unen a otros deben cumplir con una de las siguientes reglas:

E

Regla del octeto: el átomo deberá rodearse de ocho electrones en su nivel más externo, para adquirir la configuración de los gases nobles desde el neón al kriptón. Ejemplo:

C C

CC

En cada uno de estos átomos de cloro hay siete electrones en su capa externa, por lo que no se cumple la regla del octeto y son inestables.

Al compartir un electrón, los átomos de cloro se estabilizan porque cada uno alcanza una configuración electrónica de gas noble.


¿Cuántos electrones hay en las configuraciones abreviadas en cada uno de los átomos que se muestran en la tabla?

Regla del dueto: el átomo deberá rodearse de dos electrones para adquirir la configuración electrónica del gas noble helio.


¿Los elementos de un mismo g r upo tend rá n los m ismos símbolos de Lewis? Fundamenta tu respuesta.

Por lo tanto los átomos completan el octeto o el dueto uniéndose con otros y para ello pueden compartir, ceder o captar electrones.

Ejemplo:

H H

HH

Observa que los átomos de hidrógeno comparten un electrón para alcanzar la configuración de gas noble (en este caso el helio, He) y así conseguir estabilidad.

Ejercito 1. ¿Cuáles de los siguientes pares de elementos químicos es probable que formen un compuesto iónico? a. Magnesio y cloro. b. Cloro y bromo. c. Potasio y azufre. d. Sodio y potasio.

A N A L IL

2. ¿Cuáles de los siguientes pares de elementos químicos podrían formar un compuesto covalente? a. Carbono y azufre.

T N

b. Potasio y yodo. c. Fósforo y oxígeno.

A S A

d. Hidrógeno y oxígeno.

3. De acuerdo a las configuraciones electrónicas de los elementos representativos que se muestran en la tabla, complétala según corresponda. Elemento

Z

Na

11

Mg

12

Al Si P S

O R Cl

P

Ar

D A D E PI 13 14

V I S U L C X

Configuración electrónica

Símbolo de Lewis

Nº de electrones que faltan para completar el octeto o el dueto

E

15

16 17

18

4. Escribe la configuración electrónica de cada uno de los siguientes iones, determina cuál de ellos posee la configuración electrónica de un gas noble e indica el nombre de dicho gas. a. Ba2+ b. Cl– c. N3+ d. O2–

Química

63

Tema 4 / Enlace químico

Formación de enlaces Una profesora que organiza una actividad en parejas les pide a sus estudiantes que escojan a su acompañante.

Más informados

De esta manera, en la formación de enlaces químicos existen condiciones que aumentan la afinidad entre ellos. En este sentido, la electronegatividad de los elementos químicos es fundamental tanto para la formación del enlace como para determinar el tipo de enlace que se producirá.

t
¿A quién elegirías? t
¿En qué basas tu decisión? Es probable que estos estudiantes hayan escogido a una persona con la que tienen mayor afinidad y, por ende, mayor cercanía. Algo similar ocurre en la formación de un enlace químico, ya que depende de la interacción entre los átomos y de la afinidad que existe entre ellos. En un enlace, la unión de los átomos se logra por medio de fuerzas llamadas electrostáticas, por lo que no necesitan contacto directo para mantenerse unidos, y solo basta con que se encuentren cerca.

A N A L IL

T N

A continuación, revisaremos cómo se forman los enlaces iónicos, covalentes y metálicos.

A S A

Enlace iónico

Formación enlace iónico

¿Qué sé?

Describe la formación del cloruro de potasio (KCl).

D A D E PI

¿Qué veo?

O R

V I S U L C X

En la formación del enlace iónico, los electrones de los átomos que formarán el compuesto químico son transferidos de un átomo a otro. Esto se produce porque la diferencia de electronegatividad de los elementos involucrados es suficiente como para que ocurra la extracción de uno o más electrones de la capa más externa por parte del elemento más electronegativo, mientras que el átomo menos electronegativo cederá uno o más electrones de sus capas más externas.

E

Para que se produzca un enlace iónico, la diferencia de electronegatividad de los átomos involucrados debe ser mayor o igual a 1,7 (ΔEN ≥ 1,7) Veamos un ejemplo de esto.

MULTIMODALIDAD

En el compuesto fluoruro de litio, cuya fórmula es LiF, los átomos de litio y flúor se unirán por un enlace iónico.

1

P

Li

F

El litio (Li) tiene un valor de electronegatividad igual a 1,0, mientras que el del flúor (F) es de 4,0.

64

Li

2

3

F

Cuando interactúan estos elementos para poder estabilizarse, la diferencia de electronegatividad produce que uno de los electrones del litio migre hacia el flúor. De este modo, se forma el catión litio (Li+) y el anión flúor (F–), respectivamente.

Li+

F–

La molécula iónica se estabiliza por la interacción entre los dos iones al formar un enlace iónico.

Estructura cristalina del fluoruro de litio (LiF). Las moléculas iónicas de LiF interactúan entre sí y se estabilizan. Esta interacción genera lo que se denomina una estructura cristalina.

Enlace covalente

Más informados

En la formación del enlace covalente, se comparten electrones de los átomos que constituirán el compuesto químico, esto se produce porque la diferencia de electronegatividad de los elementos involucrados no es suficiente como para que ocurra la extracción de un electrón de la capa más externa por parte del elemento más electronegativo, es decir, los electrones se compartirán en el enlace.

El flúor es un elemento químico esencial para el ser humano. Los compuestos de flúor han tenido en la historia diversas aplicaciones, tales como en las pastas dentales, donde se encuentra como fluoruro de sodio y en los utensilios de cocina que poseen un revestimiento antiadherente se utiliza el teflón (politetrafluoroetileno o PTFE).

Se reconocen dos tipos de enlace covalente, el enlace covalente apolar y el enlace covalente polar.

Enlace covalente apolar o puro

A N A L IL

Este enlace se produce cuando los átomos involucrados tienen igual electronegatividad. Es decir, la diferencia de electronegatividad es igual a 0 (ΔEN = 0).

¿Qué veo?

T N

A S A

MULTIMODALIDAD

V I S U L C X

En el compuesto hidrógeno, cuya fórmula es H2, los átomos de hidrógeno se unirán por un enlace covalente puro.

1

H

D A D E PI

E

P

H2

Cuando interactúan dos átomos de hidrógeno para poder estabilizarse, la diferencia de electronegatividad entre ellos es cero. De este modo, al formarse la molécula (H2) comparten sus únicos electrones.

El hidrógeno (H) tiene un valor de electronegatividad igual a 2,2.

O R

2

3

H

+

H

H H

Si se representa la interacción del hidrógeno mediante la simbología de Lewis, se observa que la unión se produce entre los electrones desapareados.

Formación covalente apolar

¿Qué sé?


Describe la formación del cloro molecular (Cl 2). 
¿Cuál es la diferencia de electronegatividad entre los átomos de cloro (Cl)? 
Representa la formación de la molécula de cloro (Cl 2) mediante la simbología de Lewis. Química

65

Tema 4 / Enlace químico

Enlace covalente polar

Más informados

En un enlace covalente polar los electrones que se enlazan pasarán más tiempo alrededor del átomo que tiene la mayor afinidad hacia los electrones.

Corresponde al tipo de enlace covalente que se forma entre átomos que tienen diferentes electronegatividades. En este se cumple que la diferencia de electronegatividad, , es mayor a cero, pero inferior a 1,7 (0 > ΔEN < 1,7) . Como resultado se obtiene que un átomo tiene mayor fuerza de atracción por el par de electrones compartido que el otro átomo, es decir, un lado del enlace covalente es más negativo que el otro. Para ilustrar una molécula que tiene un enlace covalente polar consideraremos la molécula de agua.

¿Qué veo?

A N A L IL

MULTIMODALIDAD

En el agua, cuya fórmula es H2O, los átomos de hidrógeno y oxígeno se unirán por un enlace covalente polar.

T N

1

H

A S A

V I S U L C X

O

El hidrógeno (H) tiene un valor de electronegatividad igual a 2,2. Mientras que el del oxígeno (O) es de 3,4.

O R

P

D E PI

AD

Formación covalente polar ¿Qué sé?

E


Representa la formación de la molécula de cloro (Cl2) mediante la simbología de Lewis.

66

H 2O

El oxígeno y el flúor logran estabilidad al compartir electrones y forman así un enlace covalente.

3

2H

+

O

H OH

Si se representa la interacción del hidrógeno mediante la simbología de Lewis, se observa que la unión se produce entre los electrones desapareados.

4


Descr i be la for mación del amoníaco (NH3). 
¿C uá l e s la d i ferenc ia de electronegatividad entre los átomos de hidrógeno (H) y nitrógeno (N)?

2

2Ɂ – Ɂ+

O H

H

Ɂ+

La diferencia de electronegatividad entre el oxígeno (3,4) y el hidrógeno (2,2), que es de 1,2, provoca que los electrones que forman el enlace se desplacen hacia el oxígeno. Este movimiento de electrones genera la polarización de la molécula, de modo que en el oxígeno se forma el polo negativo (Ɂ –) y sobre los hidrógenos, el polo positivo (Ɂ+).

Enlace metálico El enlace metálico se forma cuando los átomos metálicos ceden los electrones del nivel más externo, los cuales pasan a formar un “mar de electrones”. Los núcleos de los átomos con cargas positivas se enlazan por atracción mutua hacia los electrones con carga negativa. Este enlace resulta de la atracción entre los núcleos positivos de los átomos del metal y los electrones que se encuentran en movimiento en torno a ellos, los que no pertenecen a ningún átomo en particular, por lo que el enlace se extiende en todas direcciones.

+

+

-

A V I -

-

-

D A D E PI

S U L C X

-

-

+

+

-

+

-

-

T N

-

+

A N A L IL

+ -

-

-

-

-

SA -

+

-

-

+

-

+

-

+

E

-

+

-

-

-

+

Fe

Como el movimiento de los electrones ocurre en todas las direcciones, los cationes de hierro forman una estructura ordenada, como se observa en la imagen. En un metal, los electrones del hierro se mueven libremente entre los núcleos, lo que implica que se formen, de manera alternada, átomos neutros y cationes.

O R

Ejercito

P

1. Predice el tipo de enlace que se formará en las siguientes agrupaciones de átomos: a. N2 b. NH3 c. O2 d. NaCl 2. Explica con simbología de Lewis la formación de las siguientes agrupaciones de átomos: a. CO2 b. AlCl3 3. Representa con un dibujo el comportamiento de los átomos en una barra de cobre. 4. Realiza un organizador gráfico con los conceptos relevantes del contenido formación de enlaces.

Química

67

Tema 4 / Enlace químico

Interacciones intermoleculares Como recordarás, los planetas en el sistema solar se mueven en órbitas alrededor del Sol.

t
¿Por qué lo hacen? t
¿Qué condiciones favorecen esta interacción? Las fuerzas intermoleculares son fuerzas de atracción que se producen entre moléculas, por lo tanto entre ellas pueden interactuar de diferentes maneras.

A N A L IL

Se reconocen tres tipos de interacciones intermoleculares, dependiendo de las especies que interactúen, las cuales pueden ser moléculas polares, apolares, iones y otras.

Fuerzas ion-dipolo

T N

Son las fuerzas intermoleculares que se producen entre un ion (catión o anión) y el polo opuesto de una molécula polar. En la imagen se muestra la interacción ion-dipolo entre un catión y un anión con moléculas polares.

A S A

V I S U L C X catión

a.

+ -

- +

+

b.

La imagen muestra cómo se disuelve la sal NaCl en agua. El catión, Na+, se rodea de moléculas de agua al interactuar con el polo negativo. Mientras que el anión, Cl−, se rodea de moléculas de agua por el polo positivo.

P

anión

-

polo negativo

E

El polo negativo de una o más moléculas polares se orientan hacia el catión (carga positiva).

+ -

polo positivo Análogamente, el polo positivo de la sustancia polar se orienta hacia el anión (carga negativa).

Un ejemplo de esta interacción es la disolución de un compuesto iónico, como la sal (NaCl), en agua.

Fuerzas dipolo-dipolo Estas fuerzas de atracción se producen entre los polos opuestos de moléculas polares. Ɂ–

+

+ -

-

+ -

O

+

- + +

Las moléculas polares se orientan de modo que el polo negativo de una molécula es atraído por el polo positivo de otra.

68

+

- +

- +

O R

D A D E PI

-

H

Ɂ+

H

Ɂ–

Ɂ+

O

H

Ɂ+

H

El polo positivo de la molécula de agua se atrae con el polo negativo de otra molécula de agua.

Puente de hidrógeno

Más informados

Es un tipo de interacción dipolo-dipolo, relativamente fuerte, que ocurre cuando un átomo de hidrógeno es enlazado a un átomo fuertemente electronegativo, como el nitrógeno, el oxígeno o el flúor. El átomo de hidrógeno posee una carga parcial positiva y puede interactuar con otros átomos electronegativos en otra molécula. Observa los siguientes ejemplos de esta interacción molecular.

D

H

-

O

+

H

H

O

D

D

CH3

H

-

O

D

CH3

H

O

+

La imagen muestra la interacción entre el + ion Fe2 de la hemoglobina y la molécula de O2, la cual es apolar. Esta interacción es la que permite la unión reversible del O2 a la hemoglobina para realizar así el trasporte de O2 desde los pulmones a los tejidos. En este proceso participa la interacción ion dipolo inducido.

A N A L IL

H

a. Dos moléculas de agua unidas mediante el enlace de puente de hidrógeno.

b. Dos moléculas de metanol unidas mediante el enlace de puente de hidrógeno

A S A

T N

Fuerzas de dispersión o fuerzas de London

V I S U L C X

Son las fuerzas intermoleculares que se producen cuando una molécula apolar interactúa con una molécula polar (dipolo) o un ion. En esta interacción se produce en la molécula apolar una distorsión de la distribución electrónica, lo que se conoce como dipolo inducido, el cual desaparecerá cuando la molécula o ion que causó este efecto se aleje de la molécula apolar. En el siguiente esquema se muestra la interacción que se produce entre una molécula polar y una molécula apolar.

D A D E PI

E

Fe2+con O2

Al acercarse la molécula polar, el polo positivo atrae a los electrones que rodean a la molécula apolar. Como consecuencia, se forma una acumulación de carga sobre la molécula, lo que genera el dipolo inducido.

O R

P

Las siguientes imagenes muestran la interacción que se produce entre un anión o un catión y una molécula apolar. Anión Anión

El dipolo inducido se forma por la repulsión entre los electrones que rodean la molécula apolar y el anión. Catión Catión

El dipolo inducido se forma por la atracción entre los electrones que rodean la molécula apolar y el catión.

Química

69

Tema 4 / Enlace químico

Geometría molecular Teniendo en consideración las estructuras de Lewis es posible conocer la disposición de las moléculas en el espacio, es decir, su geometría molecular. Para predecir la geometría molecular se utiliza la “Teoría de repulsión de pares de electrones de la capa de valencia” (TRPECV). Esta teoría explica que los átomos y sus electrones de valencia, se ubicarán lo más lejos posible unos de otros debido a la repulsión que se produce entre los electrones de valencia de cada átomo presente en la molécula. Es por esto que cada molécula adoptará una forma en particular. Pares de electrones en torno a A

Tipo de molécula

2

AX

Distribución de los átomos

T N

180° 2

A

X

X

V I S U L C X 120°

3

AX3

A

X

AX

D A D E PI 3

4

O R

P

Ejemplos

BeF2

Trigonal plana

BF3

Tetraédrica

CCl

Pirámide trigonal

NH3

Angular

H2O

Bipirámide triangular

PCl

Octaédrica

SF6

X

X

4

AX E

Lineal

A S A

X

A N A L IL

Geometría

E

109°

X

A

4

X

X

X A X

X <109°

AX2E2

A X <<109°

X X

5

AX

5

X 120° X

90° X

A

5

X X 90°

6

AX6

X

X A X

X X

70

Las moléculas y los cristales La materia a nuestro alrededor está constituida por sustancias que le otorgan propiedades físicas, como color, olor, punto de fusión y ebullición, conductividad eléctrica y calórica, dureza, entre otras, y propiedades químicas, como solubilidad, reactividad o inflamabilidad. Estas características dependerán de la interacción existente entre sus componentes. Es decir, tendremos sustancias que estarán formados por moléculas en desorden, o bien la interacción que existe entre los componentes es tal que se ordenarán como cristales.

¿Qué veo?

A N A L IL

MULTIMODALIDAD

Analicemos la información que se presenta a continuación de las moléculas y de los cristales.

T N

Moléculas

1p 8p 8n

1p

La molécula de hidrógeno se forma a partir de la unión de dos átomos que comparten un par de electrones.

D A D E PI

8p 8n

S U L C X

A V I

La molécula de oxígeno se forma a partir de la unión de dos átomos que comparten dos pares de electrones.

E

SA

1p

8p 8n

1p La molécula de agua se forma a partir de la unión de tres átomos que comparten dos pares de electrones.

Las distintas moléculas y sus características se relacionan directamente con el tipo de enlace que forman los átomos al estabilizarse. Estos enlaces, a su vez, dependen de la configuración electrónica de los elementos químicos. Cristales

O R+

P

+

– + – + – + – +

Los cristales iónicos se forman a partir de iones positivos y iones negativos.

+ Los cristales covalentes se forman a partir de átomos que comparten pares de electrones.

++

+

+

+ + + + ++ +

+

+

+

+

+ +

+

+

Las redes metálicas están formadas por cationes metálicos inmersos en una nube electrónica.

Los cristales se forman cuando la interacción entre átomos de un elemento o moléculas crea estructuras ordenadas en el espacio. Esta configuración otorga propiedades que no tendrían si su estructura no fuese así; por ejemplo, la conductividad eléctrica en los metales.

Química

71

Tema 4 / Enlace químico

Ejercito 1. Completa el siguiente diagrama respecto de las interacciones moleculares.

Interacciones moleculares

+

A N A L IL

T N

A S A

2. A partir de los valores de electronegatividad de la página 53, determina el tipo de enlace que se formará en los siguientes pares de elementos químicos.

V I S U L C X

a. I y S

b. Na y P c. Li y O

d. Br y Br

E

3. Determina la geometría de las siguientes moléculas:

O R

P

D E PI

AD

a. H2S

b. PCl3

4. La temperatura de ebullición del agua (H2O) es 100 °C y la del sulfuro de hidrógeno (H S) es de -60 °C. A partir de las interacciones moleculares, ¿cómo 2 se explica esta diferencia?

No olvides que…

t
Los átomos se unen para adquirir la configuración estable de los gases nobles. t
Se conocen tres tipos de enlaces químicos: covalente, iónico y metálico. t
Las configuraciones electrónicas de los elementos permiten explicar por qué los átomos se unen entre sí. t
La simbología de Lewis es útil para la visualización de ambos enlaces iónico y covalentes. t
Teniendo en consideración los símbolos de Lewis, es posible conocer la disposición de las moléculas en el espacio, es decir, su geometría molecular. t
Las fuerzas intermoleculares son fuerzas de atracción que se producen entre moléculas. Estas son: puente de hidrógeno, ion-dipolo, dipolo-dipolo y dipolo inducido.

72

Tema

Integr lo aprendid

4

1. Contesta verdadero V o falso F según la aseveración. Justifica las falsas. a. La estructura X significa que el átomo que representa tiene número atómico 4.

b.

El enlace entre un átomo de cloro y un átomo de potasio es fuertemente iónico porque ambos forman cationes.

c.

Si se unen dos átomos muy cercanos en el sistema periódico, es muy probable que ocurra un enlace covalente.

d.

Las interacciones intermoleculares se presentan entre iones y moléculas polares o apolares.

A N A L IL

T N

A S A

2. ¿Qué enlace se genera por la unión de dos átomos de igual valor de electronegatividad?

3. Determina el número de electrones que debe ganar o perder cada átomo de los siguientes elementos para adquirir la configuración de gas noble:

V I S U L C X

a. Ca b. S c. Br d. Rb

D A D E PI

E

4. Determina la geometría de las siguientes moléculas: a. CaCl2 b. H2S c. NO2

O R

d. CH4

P

5. De acuerdo con la ubicación en la tabla periódica, predice si la pareja de elementos químicos forma un enlace iónico, covalente polar, covalente apolar o metálico. a. K – F b. H – H c. Al – Al d. S – O 6. Al disolver una cucharadita de cloruro de sodio (NaCl, sal de mesa) en agua destilada, se aprecia que la mezcla conduce electricidad, no así el agua destilada sola. ¿Qué puedes concluir a partir de este resultado? 7. ¿Qué le dirías a un compañero de tu curso por qué hay que estudiar el enlace químico y qué estrategias le recomendarías para aprender? Química

73

Evaluación final Lee las siguientes preguntas y marca la alternativa correcta.

1.

¿Qué se obtiene al mezclar agua con vinagre?

A. Una sustancia pura. B. Un compuesto químico. C. Una mezcla homogénea. D. Una mezcla heterogénea. 2.

A N A L IL

¿Cuál es el elemento que se encuentra en mayor abundancia en el universo?

A. Carbono. B. Oxígeno. C. Nitrógeno.

T N

D. Hidrógeno. 3.

A S A

En el ciclo del nitrógeno, el N2 atmosférico es captado directamente por algunos seres vivos. ¿Qué proceso le ocurre al N en esta etapa del ciclo? 2

V I S U L C X

A. Es transformado en nitratos por bacterias nitrificantes.

B. Es transformado en ácido nítrico combinado con la lluvia.

C. Es transformado en amoniaco por bacterias amoniacales.

D. Es transformado en amonio cuando se combina con agua. 4.

D A D E PI

E

¿Qué evidencias tenía Dalton para plantear la teoría atómica de la materia?

A. Los conocimientos propuestos por Aristóteles de la constitución de la materia. B. Las ideas de Leucipo y Demócrito que planteaban la discontinuidad de la materia. C. Los experimentos de Thomson realizados en rayos catódicos para determinar las propiedades eléctricas de la materia.

O R

P 5.

D. Las propuestas unificadas del modelo mecanocuántico en relación con el comportamiento de los electrones y su ubicación dentro del átomo. El modelo atómico de Rutherford, lo presenta como carga eléctrica positiva donde se concentra casi la totalidad de la masa del átomo y su tamaño es unas cien mil veces menor que el átomo. ¿A qué corresponde esta definición?

A. Al protón. B. Al electrón. C. Al núcleo. D. Al neutrón.

74

Juego

6.

El modelo atómico de Bohr cumplió algunas condiciones propias de la física cuántica. ¿Qué aspectos del átomo le faltó considerar a este modelo?

A. La movilidad de los electrones. B. Los niveles de energía del átomo. C. La existencia de núcleo del átomo. D. Los espectros de átomos multielectrónicos. 7.

De acuerdo con los postulados de Niels Bohr, en los dos primeros niveles de energía de un átomo, ¿cuántos electrones se pueden ubicar?

A N A L IL

A. 2 B. 8

T N

C. 10 D. 18 8.

A S A

¿Qué científico desarrolló el concepto de número atómico?

V I S U L C X

A. Ernest Rutherford B. Michael Faraday C. Dmitri Mendeléiev D. Henry Moseley 9.

E

¿Cual es la configuración electrónica del elemento Mn (Z = 25) en su estado neutro?

D A D E PI

A. 1s2 2s22p6 3s23p64s2 3d7 B. 1s22s22p83s33p64s23d3 C. 1s22s22p63s23p64s7

D. 1s2 2s22p6 3s23p64s23d5

O R

P

10. ¿Cuál de las siguientes alternativas cumple con el principio de la mínima energía? A. 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 5s B. 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 5s 4p C. 1s 2s 2p 3s 4s 3p 4d 5s 4p D. 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s

Química

75

Evaluación final 11. ¿Cuál es la configuración electrónica para el Be2+? (Dato Z = 4) A. 1s2 B. 1s22s2 C. 1s22s22p1 D. 1s22s22p2 12. ¿Qué podrías afirmar acerca del Be2+ ? A. Que tiene más protones que el átomo neutro Be.

A N A L IL

B. Que tiene más electrones que el átomo neutro Be. C. Que tiene menos electrones que el átomo neutro Be. D. Que tiene igual cantidad de electrones que el átomo neutro Be.

T N

13. ¿A qué grupo y período pertenece un elemento con configuración electrónica 1s2 2s2 2p4 ? Período A. 2

A S A

Grupo IV-A

B.

2

VI-A

C.

6

IV-A

D.

6

II-A

V I S U L C X

14. ¿Cuál de los siguientes elementos tiene el radio más pequeño? A. Fe B. Br C. Cl D. P

O R

D A D E PI

E

15. ¿Cuál es la definición de potencial de ionización?

P

A. Es la atracción entre electrones presentes en un enlace químico. B. Es la energía necesaria para extraer un electrón de un átomo neutro. C. Es la energía liberada cuando un átomo neutro se transforma en un anión. D. Es la atracción del núcleo por los electrones más externos en un átomo.

16. Según la clasificación de los elementos por sus propiedades estructurales y eléctricas, ¿cuáles ocupan gran parte de la tabla periódica (75 %, aproximadamente)? A. Metales. B. Metaloides. C. No metales. D. Gases nobles.

76

Juego

17. ¿En cuál de los siguientes casos se espera que el enlace que se origina sea fundamentalmente covalente? A. Átomos de Fe en estado sólido. B. Un elemento del grupo IIA y uno del VIIA. C. Un elemento del grupo IA y un gas noble. D. El hidrógeno y un átomo del grupo IVA, por ejemplo, el carbono. 18. ¿Cuál es la estructura de Lewis para el potasio? (Dato: Z = 19) A. K

A N A L IL

B. K C. K D. K

T N

19. ¿Cuál es la simbología de Lewis correcta para un átomo X cuya configuración electrónica es1s2 2s2 2p4?

A S A

A. X B. X

V I S U L C X

C. X D. X

20. ¿Qué tipo de enlace presenta la molécula de O2? A. Iónico.

D A D E PI

B. Covalente polar. C. Metálico.

E

D. Covalente puro.

21. Si un ion tiene 8 protones, 9 neutrones, y 10 electrones, ¿cuál es el símbolo para este ion?

O R

P

A. 19F–

B. 17O2–

C. 17Ne2+ D. 19F+

22. El enlace entre un átomo de cloro (Cl) y un átomo de potasio (K) es fuertemente iónico. ¿Cuál es la razón? A. Ambos forman cationes. B. Ambos tienen protones en su núcleo. C. La capacidad del K para transformarse en un anión. D. La electronegatividad del Cl difiere mucho de la del K.

Química

77

Evaluación final Observa la siguiente tabla periódica y a partir de ella contesta las preguntas 23, 24 y 25. I

VIII II

VI

VII

B

D

E

A C

23. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es correcta?

A N A L IL

T N

A. El elemento C puede formar el ion C2+ B. El elemento D puede formar el ion D2– C. El elemento A puede formar el ion A

D. El elemento E puede formar el ion E +

V I S U L C X

24. De las siguientes moléculas, ¿cuál presenta un enlace iónico? A. E2 B. CD C. ED D. AE

D A D E PI

E

25. De las siguientes moléculas, ¿cuál presenta enlace covalente puro? A. E2

O R B. BD

P

C. ED

D. AC

26. Escribe las simbologías de Lewis de los siguientes compuestos: A. HCN B. H2O C. CHCl3 D. CO

78

A S A

2–

Juego

27. Escribe las simbologías de Lewis de los siguientes compuestos y explica por qué no cumplen con la regla del octeto. A. BeCl2 B. NO2 C. SF4 28. Ordena los siguientes iones de acuerdo con su tamaño de menor a mayor en las circunferencias. Na+

11

13

Al3+

9

F–

12

Mg2+

14

Si4+

8

O2–

N3–

7

15

P5+

A N A L IL

T N

A S A

29. La siguiente es una tabla periódica vacía, en donde se definen los distintos períodos y grupos. Analízala y contesta si las aseveraciones son verdaderas o falsas. Justifica en tu cuaderno las falsas. 1A 1

V I S U L C X

2A

2

3B 4B 5B 6B 7B

3 4 5 6 7

3A 4A 5A 6A 7A

1B 2B

E

C.

D A D E PI

D.

El elemento que presenta configuración electrónica externa 2s2 2p4 se ubica en la fila 2 y columna 6A.

A.

O R B.

P

8B

8A

Los elementos de la columna 8A presentan los mayores valores de energía de ionización.

El elemento que se ubica en la fila 3 y columna 5A presenta número atómico igual a 15. De los elementos de la fila 4, el que se ubica en la columna 1A tiene el mayor radio atómico.

30. Lee la siguiente situación y luego contesta la pregunta. Tres estudiantes discuten acerca de la forma en que los átomos logran estabilizarse electrónicamente. Tienen de estos la configuración electrónica condensada para un átomo (X) en estado fundamental, donde X = [He] 2s2 2p2. Después de analizar esta información, cada uno de ellos entrega su opinión:

t
Carlos dice que el átomo X es carbono. Revisa

t
Valentina cree que el átomo X tiene 2 electrones desapareados.

eb

pa

e

Química

Pr

¿Con cuáles opiniones estas de acuerdo o en desacuerdo? Justifica utilizando vocabulario científico.

a

t
Juliana opina que el átomo X presenta 2 niveles de energía con electrones. r a l a pr u

79

Leo y relaciono con... Composición química de la materia Materiales del futuro ¿Qué ropa usas los días de baja temperatura? ¿De qué están hechos los artículos que empleas si practicas algún deporte? Sin duda, la mejor evidencia del desarrollo de la tecnología es la creación de nuevos materiales con los que se confeccionan la ropa y los artículos que utilizas. Sin embargo, existen otros materiales que no tienen un uso inmediato y que científicos e ingenieros que los desarrollaron esperan que puedan ser de gran utilidad en un futuro cercano. Aquí, te presentamos algunos de estos materiales.

¿Imaginas qué materiales pueden existir en el futuro?

A N A L IL

1

T N

Algunos científicos de la Universidad de Oxford aprovecharon una proteína de la bacteria Streptococcus pyogenes para convertirla en un pegamento molecular que se adhiere a cualquier sustancia que contenga proteínas específicas creando entre ambas superficies enlaces extremadamente fuertes.

A S A

D A D E PI 2

O R

La espuma de aluminio es un material muy poroso, con distribución aleatoria de los poros, que pueden estar abiertos o cerrados. Los poros pueden llegar a ocupar un volumen del material entre el 50 % y el 90 %, lo que le confiere características de ligereza, fortaleza, absorción acústica, control de vibración, flotación, entre otros. Este nuevo material es bueno para utilizarlo en la industria automotriz, en la construcción, en la ortopédica o en la aeroespacial.

P

80

E

V I S U L C X

3

4 El aerogel de grafeno es un material que tiene el récord de ser el más ligero del mundo al poseer una densidad de tan solo 0,16 mg/cm3. Dentro de sus características se destacan su capacidad de aislación térmica, su resistencia y su potente capacidad de absorción (hasta 900 veces su masa).

A N A L IL

Este material podría tener interesantes usos, como en la recogida de vertidos tóxicos en el mar o en la creación de prótesis.

T N

A S A

V I S U L C X 5

O R

P

D A D E PI

Un equipo científico ha desarrollado un tipo de cemento que contiene en su interior una bacteria que se activa al entrar en contacto con el agua. Cuando el cemento por la acción de la naturaleza se va erosionando, se crean grietas por las que entra el agua que llega hasta las bacterias. El agua activa las bacterias, que empiezan a crecer, a rellenar y a reparar las grietas del cemento de hasta 0,5 mm de grosor.

Química

E

Nuevos materiales

El papel reciclado, los ebook y los tablets poco a poco van apareciendo como sustitutos del papel, pero no son las únicas alternativas. Una empresa norteamericana creó hace unos años un sustituto del papel al utilizar piedras como materia prima. No requiere agua para su fabricación y necesita un 50 % menos de energía para producirlo. Es además biodegradable y se puede reciclar infinitamente

¿Qué sé?


¿De donde provienen las materias primas para crear los nuevos materiales? 
¿De qué manera te sería útil en tu vida diaria el uso de alguno de estos materiales? Da un ejemplo. 
¿Cómo ayuda la investigación de materiales al desarrollo del conocimiento científico y tecnológico?

81

ME PONGO a prueba 6 Antes de empezar...

Te invitamos a desarrollar la siguiente actividad, en la que pondrás a prueba lo estudiado en este tomo. En esta sección especial trabajarás en tu texto y también en tu hogar junto con un adulto o un familiar responsable. ¡Éxito!

Ítem 1

Marca con una  la alternativa que consideres correcta. Observa la siguiente notación nuclear.

A

11

X

A N A L IL

T N

A S A

V I S U L C X

Si el número de neutrones del átomo representado es 12, ¿cuál es su número másico (A)? A. 33 B. 23

E

C. 12

D A D E PI

Comienzo mi trabajo...

D. 11

Cómo O lo resuelvo...

PR

Sigue estos pasos 1 1

2

3

4

.

Observo y comprendo

Completa el siguiente párrafo: En el ítem se propone la notación nuclear de un Este elemento químico tiene un que contiene el átomo.

82

desconocido. igual a 11 y se conoce el número de

3 2

Planifico

¿Cómo se resuelve el ítem?

Para resolver el ítem, se establece la relación entre el número másico (A) y las partículas que se encuentran en el núcleo (protones y neutrones). Es decir: A = p + n. Como el número atómico (Z) corresponde al número de protones (p),

Analizo ¿Qué es lo que se pide responder? Se pide determinar el número másico (A) de un elemento químico.

la expresión queda: A =

+ n.

Finalmente, se remplaza el valor de los neutrones (n). Con esto, la expresión queda: A =

+

Entonces, el valor de A es

.

T N

3

Marca con una  la alternativa que consideres correcta.

A S A

Observa la siguiente notación nuclear.

A

O R

P

D A D E PI

E

V I S U L C X

11

X

2 Si el número de neutrones del átomo representado es 12, ¿cuál es su número másico (A)?

A. 33 B. 23 C. 12 D. 11

4

Respondo

¿Cuál es la alternativa correcta?

En este caso, la alternativa correcta es la

Química

A N A L IL

.

, ya que se determina el valor del número másico del elemento.

83

Refuerzo mi resolución Para reforzar lo trabajado, te invitamos a desarrollar las siguientes actividades: 1. Un estudiante resolvió el ítem. ¿Cuál pudo ser su error? Remárcalo en la explicación dada por el estudiante. Primero, interpreté la información que entrega la notación nuclear. Luego, identifiqué el valor 11 como el correspondiente a Z. Entonces, leí la pregunta y sumé el número de neutrones (12)

A N A L IL

con el valor de Z y marqué la alternativa que indicaba el valor de 23.

2. Un estudiante marcó la alternativa C. ¿Cuál pudo ser su error? Fundamenta.

T N

A S A

V I S U L C X

3. De los pasos trabajados en la resolución del ítem, ¿cuál te pareció más útil?

O R

P

D A D E PI

E

Ahora te invitamos a trabajar, junto con un adulto, las actividades que hemos preparado para ti en . Para ello, ingresa a www.pleno.cl. Ten a mano tu texto y úsalo para trabajar en la página siguiente mientras realizas las actividades.

84

ME PONGO a prueba

Revisando mi trabajo en En conjunto con un compañero, conversen sobre el modo en que cada uno resolvió cada pregunta. Toma apuntes de lo que él o ella diga y que te parezca importante. Pregunta 1

Pregunta 2

A N A L IL

T N

A S A

V I S U L C X

Ítem

E

En conjunto, expliquen una forma eficiente de responder cada pregunta.

D A D E PI

Pregunta 1

O R

P

Pregunta 2

Ítem

Química

85

Anexo 1: Habilidades de investigación científica El desarrollo de las habilidades de investigación científica es una forma de pensar y actuar que busca conocer la naturaleza y las causas que provocan los cambios. Revisemos algunas de ellas: 1. Observación y formulación de problemas Cada día nos enfrentamos con problemas y debemos buscar la forma de resolverlos. Los investigadores científicos no permanecen ajenos a estas situaciones y buscan caminos de solución a través de las distintas habilidades de investigación científica.

A N A L IL

Al observar un hecho o fenómeno que te genera dudas, estás frente a un problema. Entonces, te preguntas: ¿por qué ocurre?, ¿cómo ocurre?, ¿de qué factores depende que ocurra?

T N

Un problema se plantea como una interrogante y estará completo si incluye las variables dependiente e independiente. Veamos un ejemplo:

A S A

¿Qué efecto tiene el aumento de la temperatura sobre el volumen de un gas?

V I S U L C X

Variable dependiente (causa)

O R

P

D A D E PI

Variable independiente (efecto)

E

2. Inferencia

Al inferir estás dando una explicación de un hecho observado basándote en experiencias previas. Frente a un hecho concreto se pueden hacer varias inferencias, aunque solo una de ellas sea verdadera. Por ejemplo, frente a la observación “los neumáticos de los automóviles aumentan su volumen en la carretera”, te podrías preguntar por qué sucede eso y hacer las siguientes inferencias: t
les ponen mucho aire antes de salir a la carretera. t
el piso de la carretera está caliente. t
la temperatura ambiente es muy alta. t
el roce con el pavimento hace que la temperatura dentro de los neumáticos se eleve y, por lo tanto, aumenta el volumen.

86

3. Formulación de predicciones Una vez delimitado el problema, debemos encontrar una explicación racional que aclare el cómo y el porqué de lo observado. La predicción es explicar lo que puede ocurrir en relación con un acontecimiento científico bajo ciertas condiciones específicas que puede ser comprobada por medio de la experimentación. Una predicción está fundamentada cuando considera algunos antecedentes teóricos de otras investigaciones.

A N A L IL

Para formular la predicción, podemos basarnos en investigaciones anteriores relacionadas con el problema en estudio, y con toda esa información, se deben suponer o anticipar los resultados esperados. Veamos un ejemplo: ¿Cómo se explica que existan el día y la noche?

T N

Predicción 1: El Sol gira alrededor de la Tierra, y al iluminar un sector se genera el día, y cuando se aleja de él, se produce la noche.

A S A

Predicción 2: La Tierra gira alrededor del Sol, lo que determina que se produzcan el día y la noche.

V I S U L C X

4. Experimentación

Una vez formulada la predicción, se debe poner a prueba. Para ello, se realizan actividades experimentales donde se reproducen, lo más fielmente posible, las condiciones en que tuvo lugar el fenómeno en estudio.

D A D E PI

E

Para diseñar las experiencias debes tener en cuenta: a. Los pasos que se seguirán.

b. Los factores o variables que puedan influir en los resultados, considerando los que mantendrás constante y los que variarás.

O R

c. Los materiales necesarios para realizar los experimentos.

P

d. El tiempo aproximado que se pueda necesitar para las comprobaciones. e. Las medidas y los registros que se deberán tomar para estandarizar los resultados y así poder, en el futuro, repetir los experimentos.

5. Comunicación científica Una vez aceptada la predicción, el resultado debe ser informado a través de una comunicación científica. Esta comunicación es la expresión escrita de todo lo hecho experimentalmente, e incluye: una introducción, el enunciado de la predicción, la explicación del diseño experimental (materiales y procedimiento), los resultados, la interpretación de estos y las conclusiones a las que se ha llegado.

Química

87

Panel o póster científico Es una forma práctica y eficiente de comunicar resultados, pues entrega informaciones y datos en pocos minutos y de fácil lectura. Tiene un formato de afiche, lo que hace de esta modalidad gráfica un excelente medio visual para captar la atención de los lectores. Para construir un póster científico hay que tener en cuenta los siguientes aspectos: t
Debe imponerse visualmente para lograr la atención de sus potenciales lectores. t
Su diseño debe privilegiar las imágenes por sobre el texto (ilustraciones, gráficos, figuras, entre otros). Además, es necesario cuidar los espacios en blanco para evitar el “peso” visual. t
Sus textos, a pesar de ser escuetos y precisos, no deben omitir información.

V I S U L C X

t
Debe combinar los atributos de las exhibiciones y de la presentación oral. Existen diferentes opciones para elaborar un póster científico. Sin embargo, hay ciertas secciones que siempre deben estar presentes:

El título de la investigación, el nombre de los autores y el de la institución.

D A D E PI

Una introducción, la pregunta de la investigación y la predicción que se somete a prueba.

O R

P

T N

A S A

t
Debe seguir una secuencia que facilite su lectura, es decir, que exprese un orden lógico para indicar los pasos seguidos en la investigación.

A N A L IL

E

Los datos obtenidos.

El procedimiento, es decir, un resumen de los pasos de la etapa experimental.

Análisis de las evidencias.

88

Las conclusiones.

Anexo 2 Modelos atómicos según las habilidades de investigación científica 1 Observaciones. Thomson, junto

7 Conclusiones y publicación.

con otros científicos, realizó diversas experiencias, logrando determinar la carga de las partículas subatómicas. Observando las características de estas partículas, ideó una hipótesis.

Se acepta como válido el modelo propuesto por Rutherford. Se escribe un artículo y se publica en las revistas científicas, para que otros científicos conozcan sus resultados y conclusiones.

2 Hipótesis. El átomo debe

A S A

átomo está formado por un pequeño núcleo en el que se concentran las cargas positivas y casi toda la masa del átomo. Además, alrededor del núcleo existe una corteza en donde giran los electrones.

P

ser una gran masa de carga positiva donde se encuentran incrustados, en igual cantidad, los electrones (modelo atómico de Thomson).

T N

6 Nueva hipótesis. El

O R

A N A L IL

D A D E PI

V I S U L C X

E

3 ¿Hipótesis correcta? Se diseñan y realizan experimentos para comprobar la hipótesis de Thomson.

5 Análisis de datos. Analizaron las huellas que las partículas alfa dejaban sobre la película fotográfica al bombardear la lámina de oro. Este análisis indicó que la hipótesis inicial no era correcta, por lo que se propuso una nueva hipótesis.

8 Nuevas preguntas. Una buena teoría

4 Experimentación. Rutherford, junto con Geiger y Marsden, realizan la experiencia de la lámina de oro. Sin embargo, antes tuvieron que informarse y conocer los descubrimientos que se habían hecho con radiactividad, ya que en el experimento se utilizaba un elemento radiactivo.

Química

científica debe ser capaz de predecir fenómenos aún no observados. Por ejemplo, el modelo de Rutherford no consideraba átomos estables. Este modelo no permitía responder a la pregunta ¿por qué no caen los electrones en espiral hacia el núcleo? Por lo cual surgió otro problema científico que llevó a formular los nuevos modelos atómicos: el modelo de Bohr y el mecanocuántico.

89

Modelos científicos Átomo de hierro

Átomo de nitrógeno

A N A L IL

T N

56 26

Fe

A S A

V I N S U L XC

1s22s22p63s23p64s23d6 18

Ar 4s23d6

P

56 26

90

Fe

2

2

6

2

6

0

5

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

Ar 4s03d5 18

2

E

D A D E PI

3+

He 2s22p3

7

Catión de hierro

O R

2 2 3 1s 2s 2p

14

Anión de nitrógeno

14

3-

N

7

1s22s22p6 10

Ne

Química

Período

7

6

4

Be

Berilio

9,012

12

Mg

Magnesio

24,31

20

Ca

Calcio

40,08

38

Hidrógeno

3

Li

Litio

6,968

11

Na

Sodio

22,99

19

K

Potasio

39,10

37

88

87

232,0

Pa

Th Torio

Ac

90

89

227,03

140,1

138,9

Actinio

91

Cerio

Lantano

59

231,0

Protactinio

140,9

Praseodimio

Pr

58

Ce

57

265,114

Dubnio

Db

105

180,9

Tantalio

Ta

73

92,91

Niobio

Nb

41

50,94

Vanadio

V

23

5 VB

261,11

Rutherfordio

Rf

104

178,5

Hafnio

Hf

72

91,22

Circonio

Zr

40

47,87

Titanio

Ti

22

4 IV B

La

Actínidos

89 - 103

Lantánidos

57 - 71

88,91

Itrio

Y

39

44,96

Escandio

Sc

21

3 III B

238,0

Uranio

U

92

144,242

Neodimio

Nd

60

263,12

Seaborgio

Sg

106

183,8

Tungsteno

W

74

95,96

Molibdeno

Mo

42

52,00

Cromo

Cr

24

6 VI B

7 VII B

8

237,05

Neptunio

Np

93

144,9

Prometio

Pm

61

264,1

Bohrio

Bh

107

186,2

Renio

Re

75

97,91

Tecnecio

Tc

43

54,94

Manganeso

Mn

25

281,16

Darmstadio

Ds

110

195,1

Platino

Pt

78

106,4

Paladio

Pd

46

58,69

Níquel

Ni

28 30

Zn

29

Cu

273,15

Roentgenio

Rg

111

197,0

Oro

Au

79

107,9

Plata

Ag

47

63,55

Cobre

285

Copernicio

Cn

112

200,6

Mercurio

Hg

80

112,4

Cadmio

Cd

48

65,38

Cinc

12 II B

11 IB

64

65

66

162,5

Disprosio

Dy

50

49

207,2

167,3

164,9

251,08

Californio

Cf

98

Es 252,08

Einstenio

257,1

Fermio

Fm

100

Erbio

Holmio

99

68

Er

67

Ho

289

Flerovio

Fl

114

Plomo

Talio 204, 4

Lantánidos

Actínidos

No metales

247,07

Berkelio

Bk

97

158,9

Terbio

Tb

72,63

69,72

Metales de transición

247,07

Curio

Cm

96

157,3

Gadolinio

Gd

Germanio

Galio

Pb

Ge

Ga

Tl

32

31

82

28,08

26,98

81

Silicio

Aluminio

118,7

Si

Al

Sn

14

13

Estaño

12,011

10,82

In

Carbono

Boro

114,8

C

B

Indio

6

5

Gases nobles

243,10

Americio

Am

95

152,0

Europio

Eu

63

268,14

Meitnerio

Mt

109

192,2

Iridio

Ir

77

102,9

Rodio

Rh

45

58,93

Cobalto

Co

27

10

14 IV A

13 III A

A N A L IL

Metales

244,1

Plutonio

Pu

94

150,4

Samario

Sm

62

265,13

Hassio

Hs

108

190,2

Osmio

Os

76

101,1

Rutenio

Ru

44

55,85

Hierro

Fe

26

9 VIII B

V I S U L C X A S A

T N

Letra roja: elemento gaseoso. Letra azul: elemento sólido. Letra verde: elemento líquido. Letra negra: elemento preparado artificialmente.

226,025

137,3

132,9

223,02

Bario

Cesio

Ra

Ba

Cs

Radio

56

55

Fr

87,62

85,47

Francio

Sr

Estroncio

Rb

Rubidio

1,008

2 II A

E

5

1

H

D A D E PI

4

3

2

1

Grupo 1 IA

P O R 208,98

262,11

Lawrencio

175,0

Lutecio

222,018

Radón

Rn

86

131,3

Xenón

Xe

54

83,80

Kriptón

Kr

36

39,95

Argón

Ar

18

20,18

Neón

Ne

10

4,003

Helio

He

2

18 VIII A

(Fuente: IUPAC, mayo de 2013)

259,1

Lr

No Nobelio 258,1

102

101

Md

173,1

168,9

Mendelevio

103

Iterbio

Tulio

Lu

70

Yb

69

71

209,98

Astato

At

85

126,9

Yodo

79,9

Bromo

Br

35

35,45

Cloro

Cl

17

19,00

Flúor

F

Tm

293

Livermorio

Lv

116

Polonio 209,0

52

51

Bismuto

78,96

74,92

Po

Selenio

Arsénico

Bi

Se

As

84

34

33

83

I

32,06

30,97

127,6

Azufre

Fósforo

Te

S

P

Teluro

16

15

121,8

15,995

14,01

Sb

Oxígeno

Nitrógeno

Antimonio

53

O

N

9

8

7

17 VII A

16 VI A

15 VA

Tabla periódica de los elementos químicos

Anexo 3

91

Glosario

Composición química de la materia A

M

Aminoácido: molécula orgánica que conforma a las proteínas. Anión: átomo que acepta un electrón y forma un ion de carga negativa. Átomo: unidad más pequeña en que un elemento puede ser dividido sin perder sus propiedades químicas.

Modelo atómico: representación estructural de un átomo que trata de explicar su comportamiento y propiedades.

B Biomoléculas: moléculas constituyentes de los seres vivos.

C Catión: átomo que cede un electrón y forma un ion de carga positiva. Compuesto químico: tipo de materia constituida por 2 o más tipos de átomos. Configuración electrónica: describe la ubicación de los electrones en los distintos niveles (con subniveles y orbitales) de un determinado átomo.

D

E

E

Electrón: partícula subatómica cargada negativamente. Electronegatividad: capacidad de un átomo para atraer electrones hacia él en un enlace químico. Elemento químico: tipo de materia constituida por átomos de la misma clase. Enlace químico: fuerza de atracción que mantiene unidos a dos o más elementos iguales o de distinta naturaleza. Espectro electromagnético: es el rango de todas las radiaciones electromagnéticas posibles en función de longitudes de onda y frecuencias.

O R

P

F

Fijación del nitrógeno: proceso del ciclo del nitrógeno que convierte al nitrógeno atmosférico en una forma química que pueda ser captada por los seres vivos.

I Ion: átomo o grupo de átomos que poseen una carga positiva o negativa neta.

92

Neutrón: partícula subatómica contenida en el núcleo que no posee carga neta. Nitrificación del nitrógeno: proceso del ciclo del nitrógeno que convierte el amonio en nitritos y nitratos. Núcleo atómico: centro del átomo. Número atómico (Z): cifra que indica el número de protones que contiene el núcleo atómico. Números cuánticos: indican la posición y la energía del electrón que tiene un átomo. Número másico (A): cifra que señala el número de protones más el de neutrones que tiene el átomo en su núcleo.

A N A L IL

T N

A S A O

Orbital atómico: descripción ondulatoria del tamaño, forma y orientación de una región disponible fuera del núcleo donde es probable encontrar un electrón.

V I S U L C X

Desnitrificación: proceso del ciclo del nitrógeno en el cual los nitritos se convierten en nitrógeno gaseoso para retornar a la atmósfera.

D A D E PI

N

P

Protón: partícula subatómica contenida en el núcleo que está cargada positivamente. Proteína: biomolécula orgánica con variadas funciones que permiten la vida. Principio de incertidumbre: principio de Heisenberg que establece que no es posible conocer simultáneamente la posición y velocidad de un electrón dentro del átomo. Puente de hidrógeno: tipo de interacción dipolo-dipolo entre un átomo de hidrógeno y un átomo más electronegativo.

R Rayos catódicos: son corrientes de electrones observados en tubos de vacío, es decir, los tubos de cristal que se equipan por lo menos con dos electrodos, un cátodo (electrodo negativo) y un ánodo (electrodo positivo). Cuando se calienta el cátodo, emite una cierta radiación que viaja hacia el ánodo. Regla del octeto: norma que establece que al formarse un enlace covalente los átomos tienden a captar los electrones de valencia para adquirir la configuración electrónica de gas noble.

T Tabla periódica: orden de los elementos según alguna característica o propiedad.

Índice temático A ......................................

M.......................................

Afinidad electrónica, 52 Anión, 49, 68, 69

Metales alcalinos, 47 Metales alcalinostérreos, 47 Metaloides, 49 Modelo atómico de Bohr, 36 Modelo atómico de Rutherford, 34 Modelo atómico de Thomson, 32 Modelo mecanocuántico, 38, 41

B........................................ Biomoléculas, 26, 27

C....................................... Carga eléctrica, 33 Catión, 49, 50, 68, 71 Clasificación de los elementos, 48, 49 Clasificación de la materia, 17 Configuración electrónica, 42, 48, 61, 62 Cristales, 71

O R

D A D E PI

Neutrón, 47 No metales, 49 Número atómico, 46, 47 Número cuántico de spin, 39 Número cuántico magnético, 39 Número cuántico principal, 39 Número cuántico secundario, 39 Número másico, 47 Números cuánticos, 39

T N

A S A

E....................................... Electronegatividad, 53, 64, 65 Electrones, 33, 35, 36, 41 Electrones de valencia, 70 Elementos de transición, 47, 62 Elementos de transición interna, 47, 62 Enlace metálico, 67 Enlace químico, 61, 64 Enlace covalente, 65 Enlace covalente apolar, 65 Enlace covalente polar, 66 Enlaces iónicos, 61, 64 Estabilidad del átomo, 60 Espectro de la luz visible, 36 Experimento de Rutherford, 34

V I S U L C X

O....................................... Orbitales atómicos, 39, 40

E

P........................................ Potencial de ionización, 53 Principio de exclusión de Pauli, 41 Principio de la mínima energía, 41 Propiedades periódicas, 52 Protones, 47 Puente de hidrógeno, 69

F........................................

R.......................................

Fuerza de atracción, 66 Fuerzas de dispersión, 69 Fuerzas dipolo-dipolo, 68 Fuerzas intermoleculares, 68, 69, 72 Fuerzas ion-dipolo, 68

Radio atómico, 52 Rayos catódicos, 32, 33 Regla del dueto, 62 Regla del octeto, 62

G.......................................

Simbología de Lewis, 62, 72

Gases nobles, 47, 49, 60 Geometría molecular, 70

T........................................

P

Química

A N A L IL

N.......................................

S........................................

Tabla periódica, 46, 47, 50, 52 Teoría atómica de Dalton, 31

93

Bibliografía consultada

Composición química de la materia t
Burns, R. (2003). Fundamentos de la química. México: Pearson Educación. t
Ceratti, H. y otros. (2000). Experimentos en contexto. Química: manual de laboratorio. Buenos Aires: Pearson Educación. t
Chang, R. (2007). Química. (9ª edición). Boston: McGraw Hill Higher Education. t
Daub, W. y otros. (2005). Química. (8ª edición). México: Pearson Educación. t
García, T., García-Serna, J.R. (1999). Química. Barcelona: Edebé. t
McMurry, J. y otros. (2004). Chemistry. (8ª edición). EE.UU.: Prentice-Hall.

A N A L IL

t
Petrucci, R. y otros. (2002). General Chemistry: Principles and modern applications. (8ª edición). EE.UU: Prentice-Hall.

t
Theodore, L., Brown, Jr., y otros. (2008). Chemistry: The Central Science. (11ª edición). EE.UU.: Prentice-Hall, Englewood Cliffs.

T N

t
Timberlake, K. (2009). An introduction to General, Organic, & Biological Chemistry. (10ª edición). Los Ángeles Valley, College: Prentice-Hall.

A S A

t
Timberlake, K. (2008).Química. (2ª edición). México: Pearson Educación.

V I S U L C X

t
Tro, N. (2008). Chemistry: A Molecular Approach. EE.UU.: Prentice-Hall.

O R

P

94

D A D E PI

E

Prepara la prueba

Nombre:

Curso:

Tema 1. Los elementos en el entorno t
Comprender lo que nos rodea implica conocer las características de las sustancias con las que interactuamos diariamente. Practica Respecto a lo que aprendiste sobre este tema, completa las siguientes afirmaciones:

a. La

se define como todo aquello que tiene masa y ocupa un volumen en el espacio.

b. La materia se presenta en tres estados físicos: c. Se puede clasificar la materia en de acuerdo con su composición variable.

,

pueden ser homogéneas o

f. El

.

,

T N .

A S A

es el principal elemento químico que compone el universo.

g. Las proteínas son las

.

según su composición fija y definida, y en

d. Las sustancias puras se dividen en dos grandes grupos: elementos y e. Las

A N A L IL

y

que más diversidad de funciones realizan en los seres vivos.

V I S U L C X

Tema 2. Los modelos atómicos

t
El desarrollo de los modelos atómicos hasta el modelo actual permitió la caracterización del átomo y como este influye en la materia.

D A D E PI

Practica

E

A partir de lo aprendido sobre este tema, coloca la letra de la Columna A al inicio de la frase de la Columna B según corresponda. Columna B Columna A

O R

t
Leucipo y Demócrito.

P

t
Toda la materia está constituida por pequeñas partículas denominadas átomos. t
Los electrones permanecen en orbitas de energía constante.

Descripción del estado estacionario del modelo de Bohr. Corresponde al tercer número cuántico. Postulan que la materia se puede dividir hasta llegar a un límite, al que nombran como átomo.

t
En el modelo mecanocuántico, corresponde a la probabilidad de encontrar un electrón.

Equivale al nivel de energía que ocupa el electrón.

t
Número cuántico principal.

Idea que retoma Dalton en su teoría atómica.

t
Los principios de construcción, de mínima energía y de exclusión.

Descripción del concepto de orbital.

t
Permite determinar el número de orbitales que posee el nivel.

Química

Permiten conocer la distribución de los electrones en el átomo.

95

Tema 3. Tabla periódica de los elementos t
La tabla periódica es más que la presentación de los elementos químicos como símbolos y con datos asociados a ellos; es una herramienta que permite predecir las características de una sustancia o elemento a partir de su ubicación en ella. Practica Respecto de lo que aprendiste en este tema, ubica los elementos químicos según su descripción en la siguiente tabla periódica. Elemento A

Este elemento presenta la mayor electronegatividad.

B

Su capa más externa es 3s23p5.

C

Tiene el mayor radio atómico y la menor electronegatividad del sexto periodo. 1

2

3

4

5

6

7

2 3

5 6

O R 7

D A D E PI

8

9

10

11

12

A V I S U L XC

1

4

A N A L IL

Descripción

SA

T N

13

14

15

16

17

18

E

PTema 4. Enlace químico

t
Para formar un enlace químico deben interactuar los electrones externos o de mayor energía de los átomos a unirse, de este modo se determinará el tipo de sustancia que podrán formar los elementos que se unen.

Practica A partir de lo aprendido en este tema, construye un mapa conceptual con los siguientes términos. Enlace químico, catión, átomos, moléculas, iónico, covalente, anión, polar, interacción intermolecular y metálico.

96

Ciencias Naturales

8

Química

RE

D U CE

SA

RE Ú

IC L

M B IE N

E

T

Aprender Convivir Valorar

IO A

P

EX

ED

U L C

M

E I P O R

A V SI A

D A D

•R EC

•

A N A L L I T

N A S