Propietats Periòdiques, Enllaços Químics i Models Atòmics

Propietats Periòdiques dels Elements

Radi Atòmic

Dins d'un mateix període, quan augmenta el nombre atòmic (Z), generalment descendeix el radi atòmic. En canvi, dins d'un mateix grup (en diferents capes), augmenta el radi atòmic quan augmenta el nombre atòmic.

Energia d'Ionització

Quan augmenta el nombre atòmic en un període, llavors augmenta l'energia d'ionització, ja que disminueix el radi i, per tant, augmenta l'energia necessària per arrencar un electró en estar més a prop del nucli.

Afinitat Electrònica

L'afinitat electrònica és l'energia alliberada quan un àtom en estat gasós guanya un electró. En un grup, aquesta disminueix de dalt cap avall. En un període, augmenta d'esquerra a dreta (amb excepcions). Generalment, disminueix en augmentar el nombre atòmic dins d'un grup.

Electronegativitat

L'electronegativitat és la propietat que ens indica la capacitat d'un àtom per atraure cap a ell els electrons dels altres àtoms amb què es troba unit en una molècula. Augmenta al llarg d'un període (d'esquerra a dreta) i disminueix en baixar dins d'un grup.

Tipus d'Enllaços Químics i Propietats

Enllaç Iònic

• Sòlids durs (no es ratllen fàcilment) i fràgils.
• Solubles en aigua (generalment).
• Punt de fusió elevat.
• No condueixen el corrent elèctric en estat sòlid, però sí en dissolució aquosa o en estat fos.

Enllaç Covalent (Substàncies Moleculars i Cristalls Covalents)

Nota: Les propietats varien molt entre substàncies moleculars i cristalls covalents.

• Substàncies Moleculars: Generalment no solubles en aigua (depèn de la polaritat), punts de fusió baixos, no conductores.
• Cristalls Covalents (Ex: Diamant): Insolubles, punt de fusió molt elevat, generalment no conductors (excepte grafit).

Enllaç Metàl·lic

• No són solubles en aigua, sinó que alguns reaccionen amb ella.
• Condueixen el corrent elèctric i la calor.
• En general, tenen punts de fusió alts (amb excepcions com el mercuri).

Forces Intermoleculars (Substàncies Moleculars)

• Solubilitat variable (depèn de la polaritat i del dissolvent).
• No condueixen ni el corrent ni la calor.
• Punt de fusió molt baix (comparat amb iònics, metàl·lics o covalents reticulars).

Polaritat de l'Aigua

L'aigua és un dipol, ja que les càrregues positives (als hidrògens) estan en una banda i la negativa (a l'oxigen) a l'altra; per això es diu que és una molècula polar.

Models Atòmics

Model Atòmic de Dalton (Principis s. XIX)

• Concepte d'àtom: La matèria consta d'àtoms indivisibles, com esferes compactes.
• Explicació: Defineix elements i compostos. Cada element es caracteritza per la massa i propietats dels seus àtoms.
• Limitacions: No explica la naturalesa elèctrica de la matèria ni l'existència de partícules subatòmiques.
• Postulats principals:
  • Els elements estan formats per àtoms indivisibles i inalterables.
  • Tots els àtoms d'un mateix element són idèntics en massa i propietats.
  • Els àtoms de diferents elements són diferents en massa i propietats.
  • Els compostos es formen per la unió d'àtoms en una proporció constant i senzilla.

Model Atòmic de Thomson (Finals s. XIX)

• Concepte d'àtom: Basat en el descobriment dels raigs catòdics (electrons). L'àtom és una esfera de càrrega positiva uniforme amb electrons incrustats (model del"púding de panse").
• Explicació: Explica la naturalesa elèctrica de la matèria i l'existència dels electrons.
• Limitacions: No explica la distribució de la càrrega positiva ni els resultats de l'experiment de Rutherford.
• Model: Va proposar que l'àtom estava format per un conjunt d'electrons incrustats en una massa esfèrica de densitat uniforme i de càrrega positiva, resultant en un conjunt estable i neutre.

Model Atòmic de Rutherford (Principis s. XX)

• Concepte d'àtom: Basat en l'experiment de la làmina d'or. Model nuclear.
• Propostes principals:
  • La major part de la massa i tota la càrrega positiva de l'àtom es concentren en una minúscula zona central anomenada nucli.
  • L'àtom, molt més gran que el nucli, inclou l'escorça electrònica, que és la regió on els electrons descriuen òrbites al voltant del nucli.
  • L'àtom és neutre perquè el nombre d'electrons és igual al de protons (càrregues positives al nucli).
• Limitacions: No explica l'estabilitat dels àtoms (segons la física clàssica, els electrons haurien de perdre energia i caure al nucli) ni els espectres atòmics discontinus. Tampoc explica l'efecte fotoelèctric.

Model Atòmic de Bohr (1913)

• Concepte clau: Els electrons no poden estar col·locats en qualsevol lloc, sinó que han d'estar en unes òrbites determinades i estables (nivells d'energia).
• Postulats (per a àtoms hidrogenoides):
  1. Els àtoms monoelectrònics estan constituïts per un nucli de càrrega positiva (+Ze) i massa M, al voltant del qual gira l'electró en òrbites circulars permeses de radi r.
  2. De totes les òrbites clàssicament possibles per al moviment de l'electró, només són permeses aquelles en què el moment angular de l'electró és un múltiple enter de h/2π. Aquestes òrbites depenen d'un nombre enter n anomenat nombre quàntic principal.
  3. Un electró en una òrbita permesa (estat estacionari) no emet radiació electromagnètica, tot i estar accelerat. Només emet o absorbeix energia quan salta d'una òrbita permesa a una altra.
• Explicació: Explica l'estabilitat de l'àtom i els espectres discontinus de l'hidrogen.
• Limitacions: No funciona bé per a àtoms polielectrònics i no explica l'estructura fina dels espectres.

Llei Periòdica de Mendeleiev (1869)

Es basa en la determinació més precisa de la massa atòmica dels elements i en la investigació de les substàncies associades a aquests elements. La llei estableix que: "Les propietats dels elements químics, i per això també les propietats de les substàncies simples i compostes que formen, depenen periòdicament de la seva massa atòmica". (Posteriorment es va veure que la dependència és amb el nombre atòmic, Z).