Elements i compostos químics
Unitat 5
Autor: Antonio Ruiz Casado
1. Elements químics
• Els elements químics són substàncies formades per un sol tipus d’àtoms.
• Els compostos són substàncies que resulten de l’agrupació d’àtoms de diferents elements.
Història
• Els elements es van anar descobrint a poc a poc al llarg de la història, la majoria durant el segle XIX.
• El criteri de classificació dels elements va anar canviant també al llarg de la història.
• Al principi es distingia només entre metalls i no metalls.
• Més endavant Döbereiner els va classificar segons les seves masses atòmiques, obtenint tríades d’elements de propietats semblants.
• Newlands va veure que havia elements amb propietats semblants i que aquestes propietats es repetien cada 8 elements.
• Al 1870, Dimitri Mendeleiev va establir la primera taula dels elements químics, ordenant-los segons les seves masses atòmiques i agrupant-los segons les seves propietats. A aquesta classificació la va anomenar “taula periòdica dels elements” perquè les propietats es repetien cada cert nombre d’elements (eren periòdiques).
• Mendeleiev va predir l’existència d’alguns elements químics que encara no s’havien descobert i deixava els “forats” buits a la taula.
• Actualment els elements es classifiquen segons el seu Z. Els elements d’una mateixa columna tenen propietats semblants.
Classificació dels elements: metalls, no-metalls i gasos nobles
METALLS
• Són gairebé el 75 % dels elements.
• Tenen lluïsor metàl·lica.
• Són conductors de la calor i l’electricitat.
• Són dúctils (es poden estirar en fils) i mal·leables (poden formar làmines).
• Són sòlids a temperatura ambient, excepte el mercuri.
• Tendeixen a perdre electrons i, per tant, formar cations.
NO-METALLS
• Són mals conductors de la calor i de l’electricitat.
• A temperatura ambient poden ser sòlids, líquids o gasosos.
• La majoria dels sòlids són tous.
• Les seves temperatures de fusió i d’ebullició són baixes.
• Solen captar electrons i, per tant, formar anions negatius.
GASOS NOBLES
• És troben com a àtoms aïllats en la natura (no formant molècules).
• Són gasos a temperatura ambient.
• Són molt estables, no guanyen ni perden electrons, és a dir, no formen ions i, per tant, gairebé no formen compostos (inerts).
• Les seves aplicacions estan relacionades amb la seva estabilitat química: bombetes fluorescents (tubs de neó), extinció d’incendis, etc. Aplicacions on no poden haver reaccions químiques com la combustió, etc.
2. La taula periòdica dels elements
• Els elements s’agrupen en fileres anomenades períodes i en columnes que s’anomenen grups. En total hi ha 7 períodes i 18 grups.
• S’anomena capa de valència a l’últim nivell de l’àtom que conté electrons, els quals són els que es poden perdre o guanyar i, per tant, són els que determinen la reactivitat de l’element.
• Tots els elements d’un mateix grup tenen el mateix nombre d’electrons a la capa de valència, és a dir, en un grup no varia el nombre d’electrons de la capa de valència, però sí varia el nivell més extern.
• Tots els elements d’un mateix període tenen els últims electrons al mateix nivell, és a dir, en un període no varia la capa de valència, però sí varia el nombre d’electrons més externs.
• Es distingeixen tres grans grups:
- Metalls: la gran majoria, indicats amb un color determinat a la taula periòdica. A la seva vegada es divideixen en alcalins i alcalinoterris, grups 1 i 2 respectivament. Grups 3 al 12 són els anomenats metalls de transició. Els metalls com a norma general són donadors d’electrons.
- No metalls: indicats amb un color diferent a la taula periòdica i que el formen els elements més a dalt dels grups 13 al 17. Tenim els del grup 17 que s’anomenen halògens, el grup de l’oxigen, el del nitrogen, etc. Els no-metalls com a norma general són receptors d’electrons.
- Gasos nobles: són els elements del grup 18. Són molt estables i no guanyen ni perden electrons, per tant, són gasos inerts (no reaccionen).
- L’hidrogen no té una ubicació concreta.
3. Àtoms, molècules i cristalls
• Els elements químics es poden trobar en la natura aïllats o en units entre ells (enllaçats) en molècules o bé en cristalls.
Àtoms aïllats
• Els elements que en la natura es troben com a àtoms aïllats són bàsicament els gasos nobles, degut al seu caràcter inert en ser molt estables. Així, la seva fórmula química coincideix amb el seu símbol de la taula periòdica: He, Ne, Ar, Kr, Xe i Rn.
Molècules
• Una molècula és un conjunt de dos o més àtoms enllaçats, que poden pertànyer al mateix element o a elements diferents. És la part més petita d’una substància que conserva les seves propietats químiques.
• Una substància molecular (element o compost) està formada per un conjunt de molècules.
• Exemple: l’aigua és una substància molecular i la molècula d’aigua està formada per dos àtoms d’hidrogen enllaçats amb un àtom d’oxigen: H2O
• Exemple: en la natura, els elements químics gasosos que no són els gasos nobles, solen trobar-se com a molècules diatòmiques (dos àtoms del mateix element enllaçats): H2, O2, N2, F2, Cl2, Br2, I2.
• Exemple: també hi ha altres elements, no gasosos, formats per molècules: P4, S8
• Si es tracta d’un compost, la seva fórmula vé donada pel símbol de cada element enllaçat seguit d’un sibíndex que indica el nombre d’àtoms de cada element. Exemple: H2O, CO2, N2O5, NH3, SO3, CH4
• En general, les substàncies moleculars tenen punts de fusió i d’ebullició baixos.
• A temperatura ambient poden trobar-se substàncies moleculars sòlides, líquides i gasoses.
Cristalls
• Un cristall és una forma de matèria on les partícules formen una estructura interna perfectament ordenada que s’estén en les tres dimensions de l’espai.
• Els cristalls són sòlids a temperatura ambient, i tenen punts de fusió i d’ebullició més alts que els de les substàncies moleculars.
• Segons el tipus d’enllaç (unió entre els àtoms) hi han cristalls iònics, covalents i metàl·lics (explicar una mica).
4. Elements i compostos més comuns
• Elements més comuns en els éssers vius: O, C, H, N, Ca, P, S, K, Cl
• Elements més comuns en l’escorça terrestre: O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg, H
• Elements més comuns en l’Univers: H, He, O, C, Fe, Ne, N, Mg, Si
• Compostos inorgànics més comuns: H2O, NH3, CO2, CO, SO2, HCl, NaOH, NaCl, CaCO3, …
• Compostos orgànics més comuns: CH4, C3H8, C4H10, C2H5OH (etanol), CH2COOH (àcid acètic, vinagre), C6H12O6 (glucosa), ...