Un enlace metálico es un enlace químico que mantiene unidos los átomos de los metales entre sí. Existe la unión entre núcleos atómicos y los electrones de valencia, que se juntan alrededor de éstos núcleo atómicos y forman la nube electrónica En el enlace metálico todos los átomos comparten los electrones del nivel más externo, dando lagar a redes cristalinas metálicas.
Los compuestos metálicos se ordenan redes tridimensionales, ocupando posiciones de equilibrio en los vértices de determinadas formas geométricas. Los metales de uso industrial más frecuente cristalizan en tres redes que son:
Red cúbica centrada en el cuerpo, con una coordinación de 8 como el litio o sodio.
Red cúbica de caras centradas, con una coordinación de 12 como el oro, aluminio o plomo.
Red hexagonal compacta, con una coordinación de 12 como magnesio, cinc o cadmio.
Para explicar el enlace metálico se utilizan dos modelos:
Modelo del mar de electrones, en el que se afirma que los electrones de valencia no pertenecen a los átomos del metal, sino que todos ellos forman lo que se conoce como "mar de electrones", estando deslocalizados por toda la red y siendo comunes al conjunto de átomos que la forman.
Modelo de bandas, según el cual se describe la estructura electrónica del metal como una estructura de bandas electrónicas, o simplemente estructura de bandas de energía, debidas al solapamiento de los orbitales atómicos. Existiendo dos bandas una de valencia ocupada por los electrones de valencia de los átomos, es decir, aquellos electrones que se encuentran en la última capa o nivel energético de los átomos y otra banda de conducción que está ocupada por los electrones libres, es decir, aquellos que se han desligado de sus átomos y pueden moverse fácilmente. Estos electrones son los responsables de conducir la corriente eléctrica y en función de la distancia entre las capas de valencia y conducción se pueden clasificar los materiales como conductores, semiconductores o aislantes.
Los metales son todos, salvo el mercurio, sólidos a temperatura ambiente, tienen alta conductividad térmica y eléctrica, poseen brillo metálico, son dúctiles y maleables y emiten electrones por efecto del calor y la luz.
El enlace covalente se produce entre dos átomos cuando estos átomos se unen, para alcanzar el octeto estable, compartiendo electrones del último nivel (excepto el hidrógeno que alcanza la estabilidad cuando tiene 2 electrones). Para generar un enlace covalente es preciso que la diferencia de electronegatividad entre los átomos sea menor a 1,7.
Denominamos estructura de Lewis al esquema en el que aparecen todos los átomos de la molécula con sus electrones de la última capa y en la que vemos tanto los pares compartidos o enlaces covalentes, como los no compartidos o pares no enlazantes.
Los pasos a seguir son:
Realizar la configuración electrónica de los átomos para conocer cuántos electrones de valencia tienen.
Saber los enlaces que quiere formar cada uno de los átomos, serán los mismos que electrones le falten para completar el octeto.
Dibujar esos pares enlazantes y añadir los pares no enlazantes a cada átomo para que aparezcan todos sus electrones de la última capa.
Las estructuras resonantes son útiles porque permiten representar moléculas, iones y radicales para los cuales resulta inadecuada una sola estructura de Lewis. Se escriben entonces dos o más de dichas estructuras y se les llama estructuras en resonancia o contribuyentes de resonancia. ACTIVIDAD VI: La resonancia en química ACTIVIDAD VII: Resonancia del benceno ACTIVIDAD VIII: Estructuras resonantes
La teoría de repulsión de pares de electrones de valencia, es un modelo usado en química para predecir la forma de las moléculas o iones poliatómicos. Está basado en el grado de repulsión electrostática de los pares de electrones de valencia alrededor del átomo central.
Para que una molécula sea polar, debe tener átomos con diferente electronegatividad y separación de cargas en la moléculas, con estas dos premisas en la molécula habrá un momento dipolar en la molécula. ACTIVIDAD XIII: Polaridad de moléculas ACTIVIDAD XIV: Naturaleza del enlace
La teoría de hibridación de orbitales complementa la teoría de enlace de valencia a la hora de explicar la formación de enlaces covalentes. En concreto, la hibridación es el mecanismo que justifica la distribución espacial de los pares de electrones de valencia. Los tipos de hibridación de orbitales que necesitamos aplicar para justificar la geometría de las moléculas más simples son: sp, sp2 y sp3.
Las ideas básicas del modelo de hibridación son:
Un orbital híbrido es una combinación de orbitales atómicos
El número de orbitales híbridos que se forman es igual al número de orbitales atómicos que se combinan.
Los orbitales híbridos formados tienen la misma forma y una determinada orientación espacial: sp lineal; sp2 triangular plana y sp3 tetraédrica.
Los orbitales híbridos disponen de una zona o lóbulo enlazante y otra zona o lóbulo antienlazante; el enlace se produce por el solapamiento del lóbulo enlazante con el otro orbital del átomo a enlazar.
Los compuestos iónicos forman redes cristalinas constituidas por un número enorme de iones de carga opuesta, unidos por fuerzas electrostáticas. Este tipo de atracción determina las propiedades observadas. Si la atracción electrostática es fuerte, se forman sólidos cristalinos de elevado punto de fusión e insolubles en agua; si la atracción es menor, como en el caso del NaCl, el punto de fusión también es menor y, en general, son solubles en agua e insolubles en líquidos apolares, como el benceno.
La energía de red o energía reticular es la energía que se desprende al fomarse un mol de cristal iónico a partir de los iones que lo componen en estado gaseoso. Para calcular la energía reticular se puede usar la ecuación de Born-Landé
Mediante el ciclo de Born-Haber es posible calcular el valor de la energía reticular utilizando un camino indirecto basado en la ley de Hess, sin más que sumar los cambios de energía que tienen lugar en el proceso de formación del compuesto iónico.
Las fuerzas que mantienen unidos los átomos se denominan enlaces. Un enlace químico se produce cuando los átomos unidos adquieren un estado de menor energía y por tanto de mayor estabilidad, que cuando los átomos estaban por separado.
Cuando dos átomos están lo suficientemente separados, se puede suponer que no existe influencia mutua entre ellos y que la energía del sistema formado es nula. A medida que se van acercando, se ponen de manifiesto una serie de fuerzas de atracción de sus núcleos sobre las nubes electrónicas de los otros átomos (fuerzas de largo alcance), lo que produce una disminución de la energía del sistema.
Cuando los átomos se encuentran uno cerca del otro, empiezan a actuar las fuerzas de repulsión entre las nubes electrónicas, estas fuerzas tienen un efecto mayor a corta distancia, entonces el sistema se desestabiliza.
Ambas situaciones se pueden representar gráficamente mediante curvas de estabilidad, curvas de Morse. Se observa que existe una distancia internuclear en la que el sistema es más estable, siendo máximas las fuerzas de atracción y mínimas las de repulsión, esta distancia se denomina distancia de enlace y corresponde al mínimo de la curva. La energía correspondiente a esta distancia es la que se desprende en la formación del enlace químico.
Los diferentes tipos de enlaces químicos los puedes repasar en el siguiente vídeo y con las siguientes actividades:
El actual Sistema Internacional (SI) es el sistema adoptado internacionalmente, utilizado en la práctica científica y el único legal en España, en la Unión Europea y en numerosos otros países. El SI parte de un pequeño número de magnitudes/unidades denominadas básicas definiendo, a partir de ellas, las denominadas derivadas, como producto de potencias de las básicas. Cuando este producto de potencias no incluye ningún factor numérico distinto de la unidad, estas unidades derivadas se denominan coherentes. Así pues, el SI es un sistema coherente de unidades, que permite cuantificar cualquier magnitud medible de interés en la investigación, la industria, el comercio o la sociedad, en campos tan variados como la salud, la seguridad, la protección del medio ambiente, la adquisición de bienes o la facturación de consumos, por ejemplo.
El SI actual consta de siete unidades básicas, más un amplio grupo de unidades derivadas, junto a un conjunto de prefijos adoptados para denominar los valores de aquellas magnitudes que son mucho más grandes o mucho más pequeñas que la unidad básica, y que van desde el prefijo yocto hasta el prefijo yotta.
Desde Recursos Palomeras-Vallecas nos hacemos eco de la información del Centro Español de Metrología, que nos recuerda que en noviembre de 2018 se revisó las definiciones del kilogramo, amperio, kelvin y mol y es probable que esta revisión sea aprobada por la Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM), el organismo internacional responsable de la comparabilidad global de las mediciones. Se espera que las definiciones revisadas entren en vigor el 20 de mayo de 2019
En el SI revisado, el kilogramo, el amperio, el kelvin y el mol se redefinirán en términos de valores numéricos fijos de las siguientes constantes de la naturaleza:
La constante de Planck (h),
La carga elemental (e),
La constante de Boltzmann (k),
La constante de Avogadro (NA), respectivamente.
y heredarán las incertidumbres asociadas a la determinación de dichas constantes.
Todas las definiciones de las unidades, se redactarán de forma distinta a la actual, de manera que las constantes aparezcan en ellas de manera explícita.
El resultado será una definición más coherente y fundamental de todo el SI, prescindiendo de realizaciones prácticas basadas en artefactos materiales, como era el caso hasta ahora del prototipo internacional del kilogramo, con posibilidad de pérdida y fuertes limitaciones de estabilidad a largo plazo, pasando a realizaciones prácticas más exactas, además de reproducibles en cualquier tiempo y lugar.
En "La Escala del Universo 2" podrás sentir literalmente lo pequeños e insignificantes que somos ante el gran tamaño del universo. Desde el planck length (la unidad de escala más pequeña conocida) hasta el universo observable por los telescopios, que es lo más lejos que hemos conocido como humanidad, por ahora.
La simulación interactiva permite hacer un zoom a través de la escala y espacio; el tiempo entre cada desplazamiento nos ayuda a tener idea de la distancia que vamos recorriendo. También podemos comparar el tamaño de lo que vemos con objetos que nos resultan conocidos y reconocibles, además podemos encontrar fragmentos de información de cada elemento cuando hacemos clic sobre los elementos.
La solución de la ecuación de onda de Schrödinger da origen a cuatro tipos de valores llamados números cuánticos. Estos números proporcionan una mejor característica de los electrones.
Un orbital es la zona del espacio donde existe una gran probabilidad de encontrar un electrón de un átomo. Este valor de probabilidad es aproximadamente del 90%.
El Principio de indeterminación o de incertidumbre de Heisenberg, indica que es imposible medir simultáneamente, y con precisión absoluta, dos magnitudes conjugadas como son el valor de la posición y la cantidad de movimiento de una partícula subatómica.
La energía de ionización es la energía mínima que se requiere para arrancar un electrón de un átomo gaseoso en su estado fundamental, transformándolo en un catión.
El radio atómico indica la distancia que existe entre el núcleo y el orbital más externo de un átomo. Por medio del radio atómico, es posible determinar el tamaño del átomo.
El radio iónico establece la distancia entre el centro del núcleo del átomo y el electrón estable más alejado del mismo, pero haciendo referencia no al átomo, sino al ion.
Para repasar las propiedades periódicas puedes visitar las siguientes actividades y reflexionar los motivos por los que varían las propiedades periódicas:
El principio de exclusión de Pauli es una regla que establece, que no puede haber en un átomo dos electrones con todos sus números cuánticos idénticos. En un mismo orbital solamente pueden existir dos electrones y con sus espines opuestos.
El principio de máxima multiplicidad de Hund indica que al llenar orbitales de igual energía (los tres orbitales p, los cinco d, o los siete f) los electrones se distribuyen, siempre que sea posible, con sus espines paralelos, es decir, que no se cruzan. La partícula es más estable cuando tiene electrones desapareados (espines paralelos) que cuando esos electrones están apareados (espines opuestos o antiparalelos).
Los elementos químicos aparecen clasificados en orden creciente de número atómico en la Tabla Periódica distribuidos a lo largo de 18 columnas o grupos y 7 filas o períodos. En cada grupo se colocan elementos con propiedades similares y en cada período se van colocando los elementos en orden creciente de número atómico.
Niels Bohr propuso en 1913, un intento de dar consistencia al modelo de Rutherford, evitando los inconvenientes de la electrodinámica clásica e introduciendo las ideas de cuantización de Planck. Propone los siguientes postulados:
Primer postulado:
El electrón gira alrededor del núcleo del átomo en una órbita circular. Las órbitas electrónicas son estacionarias y el electrón cuando se mueve en ellas, no radia energía.
Segundo postulado:
El momento angular del electrón, L [L= r x p = r x (m· v); para una órbita circular, es L = rmv ] está cuantizado, lo que significa que de las infinitas órbitas que podría tener, sólo son posibles las que cumplen que el impulso angular es un múltiplo entero de h/2π (h es la constante de Plank)
Tercer postulado:
Cuando un electrón cambia de órbita de una órbita, de energía E2, a otra inferior, de energía E1, la energía liberada se emite en forma de radiación. La frecuencia (f) de la radiación viene dada por la expresión: E2 - E1 = h·f (h es la constante de Plank)
Sommerfeld propuso que las órbitas electrónicas sean elípticas. Cada nivel n presenta varios subniveles que dan cuenta del desdoblamiento de líneas espectrales. Propone un nuevo número cuántico, l, número cuántico secundario, que puede tomar los valores l = 0, 1, 2,…(n−1).
El desdoblamiento de líneas del Efecto Zeeman obligó a introducir un nuevo número cuántico, m, número cuántico magnético, que daba cuenta de la s orientaciones de las órbitas dentro de un campo magnético. Sus posibles valores son m = −l,..., 0, ..., +l
Por último hubo que introducir un último número cuántico para explicar lo que se conocía como efecto Zeeman anómalo, desdoblamiento de todos los subniveles cuando los espectros se realizaban con más resolución. Este número cuántico se conoce como, s, número cuántico de espín. Tiene valores de +1/2 y −1/2
Estos números cuánticos no son consecuencia de la teoría sino que se tienen que introducir para poder explicar los hechos experimentales.
Elespectro de absorciónde una materia muestra la fracción de la radiación electromagnética incidente que un material absorbe dentro de un rango de frecuencias. Es, en cierto sentido, el opuesto de un espectro de emisión. Cada elemento químico tiene líneas de absorción en algunas longitudes de onda, hecho que está asociado a las diferencias de energía de sus distintos orbitales atómicos. Se emplea el espectro de absorción para identificar los elementos componentes de algunas muestras, como líquidos y gases; más allá, se puede emplear para determinar la estructura de compuestos orgánicos.
Los espectros de emisión y absorción de luz por los átomos permitieron la justificación y ampliación del modelo cuántico. La radiación emitida por los gases puede separarse en sus diferentes longitudes de onda por medio de un prisma.
El efecto fotoeléctrico es el fenómeno que consiste en la emisión de electrones por un material metálico al incidir sobre él una radiación electromagnética.
El efecto fotoeléctrico fue descubierto y descrito por Hertz, en 1887, al observar que el arco que salta entre dos electrodos conectados a alta tensión alcanza distancias mayores cuando se ilumina con luz ultravioleta que cuando se deja en la oscuridad. Einstein dió la explicación teórica del efecto fotoeléctrico, basando esta explicación en una extensión del trabajo sobre los cuantos dePlanck. En 1921 Einstein fue galardonado con el Premio Nobel.
Este vídeo y las simulaciones siguientes sirven para asimilar el efecto fotoeléctrico:
Longitud de onda: Es la distancia existente entre dos máximos o dos mínimos sucesivos de una onda. Una oscilación es una vibración que da lugar a una longitud de onda. Su unidad en el Sistema Internacional es el metro (m).
Amplitud: Es el valor máximo que puede adquirir la perturbación. Su unidad en el Sistema Internacional es el metro (m).
Frecuencia: Es el número de oscilaciones que pasan por cada punto en la unidad de tiempo. Su unidad en el Sistema Internacional es el hercio (Hz).
Período: Es el tiempo que tarda la onda en recorrer una longitud de onda. Es el inverso de la frecuencia. Su unidad en el Sistema Internacional es el segundo (s).
Velocidad de propagación de una onda: Es producto de la longitud de onda por la frecuencia. Se mide en el Sistema Internacional enm/s. En caso de ondas electromagnéticas en el vacío esta velocidad es c.
El espectro electromagnético es un continuo formado por un conjunto de radiaciones electromagnéticas. No solo está formado por la ondas que se perciben por los sentidos, sino por otras ondas llamadas microondas, infrarrojas, ultravioletas, rayos X, rayos gamma y rayos cósmicos.
Este vídeo nos explica el espectro electromagnético y como allí se observa advierto que existe otro tipo de división en el espectro electromagnético como es la radiación electromagnética ionizante, ultravioleta, visible y no ionizante.
