Àtoms, Taula Periòdica i Enllaç Químic: Conceptes Bàsics

Substàncies Pures: Elements i Compostos

Una substància pura és un element si no es pot descompondre en substàncies més simples. Si es pot descompondre, és un compost.

L'Àtom: Estructura Fonamental de la Matèria

La matèria està constituïda per àtoms. Inicialment, segons Dalton, els àtoms eren considerats indivisibles. Més tard es va descobrir la presència de tres partícules subatòmiques:

• Electrons (e⁻)
• Protons (p⁺)
• Neutrons (n⁰)

Els àtoms s'uneixen entre ells formant molècules, que són les partícules que formen els compostos.

Model Atòmic de Rutherford

Segons Rutherford, l'àtom té:

• Nucli: Conté protons (p⁺, càrrega positiva) i neutrons (n⁰, neutres).
• Escorça: Conté electrons (e⁻, càrrega negativa).

Els protons i neutrons tenen masses similars, mentre que els electrons són aproximadament 10.000 vegades més petits en massa.

Nombre Atòmic (Z) i Nombre Màssic (A)

• Nombre Atòmic (Z): És el nombre de protons (p⁺) que hi ha al nucli d'un àtom. Defineix l'element químic.
• Nombre Màssic (A): És el nombre total de partícules (protons + neutrons) que hi ha al nucli.

La relació és: A = Z + N, on N és el nombre de neutrons (n⁰).

Isòtops

Els isòtops són àtoms d'un mateix element (mateix Z) en què varia el nombre de neutrons (N) del seu nucli (diferent A).

Nivells Electrònics (Model de Bohr)

Segons el model de Bohr, els electrons (e⁻) d'un àtom se situen en diferents nivells energètics. Hi ha electrons propers al nucli i altres més llunyans. La capacitat màxima de cada nivell és:

• Nivell 1: 2 electrons
• Nivell 2: 8 electrons
• Nivell 3: 18 electrons
• Nivell 4: 32 electrons

(Nota: Per a elements fins a Z=20, s'aplica una regla simplificada per a la distribució).

Electrons de València

Els electrons de valència són els electrons que queden a l'últim nivell energètic ocupat d'un àtom. Són els responsables dels enllaços químics.

(En representacions de Lewis: 1 punt = 1 electró, 1 ratlla = 2 electrons compartits).

La Taula Periòdica dels Elements

La taula periòdica moderna es basa en la proposta original de Dmitri Mendeléiev. Organitza els elements coneguts en files (períodes) i columnes (grups) en funció de les seves propietats semblants i el seu nombre atòmic (Z).

• Els elements d'un mateix període tenen els seus electrons de valència omplint el mateix nivell energètic principal.
• Els elements d'un mateix grup tenen el mateix nombre d'electrons de valència, la qual cosa els confereix propietats químiques similars. El nombre d'electrons de valència sovint coincideix amb el número del grup (per als grups principals).

El nombre d'electrons de valència dels seus àtoms és el factor clau que determina les propietats químiques d'un element.

Grups Principals de la Taula Periòdica

• Grup 1: Metalls Alcalins. Són molt reactius perquè tenen 1 electró de valència que poden perdre fàcilment per formar cations (+1). En baixar pel grup, augmenta la densitat i disminueixen els punts de fusió i ebullició.
• Grup 2: Metalls Alcalinoterris.
• Grups 3-12: Elements de Transició.
• Grup 13: Terris.
• Grup 14: Carbonoides.
• Grup 15: Nitrogenoides.
• Grup 16: Calcògens.
• Grup 17: Halògens. Formen part de les sals més corrents. Són no-metalls amb 7 electrons de valència i tenen una gran tendència a guanyar un electró per formar anions (-1). La densitat i els punts de fusió i ebullició augmenten amb el nombre atòmic.
• Grup 18: Gasos Nobles. A temperatura ambient són gasos monoatòmics. Tenen molt poca tendència a combinar-se amb altres àtoms (són inerts) perquè tenen la capa de valència completa (8 electrons, excepte l'Heli amb 2). Ocupen el final de cada període.

Metalls, No-metalls i Semimetalls

• Metalls: Tenen lluentor característica, són mal·leables (es poden fer làmines), dúctils (es poden fer fils) i bons conductors del corrent elèctric i la calor. Tendeixen a perdre electrons.
• No-metalls: Propietats oposades als metalls. Tendeixen a guanyar electrons.
• Semimetalls (o Metal·loides): Tenen propietats intermèdies. El seu comportament depèn de l'element amb què s'enllacin (actuen com a metall davant d'un no-metall i viceversa).

Propietats Periòdiques

Volum Iònic

La pèrdua o el guany d'electrons modifica l'escorça electrònica, la qual cosa fa que canviï la mida de l'ió respecte a l'àtom neutre original:

• Cations (ions positius, perden e⁻): Són més petits que l'àtom neutre.
• Anions (ions negatius, guanyen e⁻): Són més grans que l'àtom neutre.

Volum Atòmic (Radi Atòmic)

El volum de l'escorça electrònica determina el volum de l'àtom, ja que el nucli és molt més petit i es troba a l'interior. És una propietat periòdica que varia al llarg de la taula periòdica:

• En un mateix grup, el radi atòmic augmenta a mesura que es baixa (s'afegeixen nivells electrònics).
• En un mateix període, el radi atòmic disminueix a mesura que s'avança cap a la dreta (augmenta la càrrega nuclear efectiva sobre els mateixos nivells).

Caràcter Metàl·lic

El caràcter metàl·lic (tendència a perdre electrons) també varia periòdicament:

• En un grup, augmenta quan baixem.
• En un període, disminueix cap a la dreta.

Enllaç Químic: La Unió dels Àtoms

A la natura existeixen milions de compostos formats a partir d'aproximadament un centenar d'elements químics. Els àtoms dels elements s'uneixen (s'enllacen) entre ells per adquirir una configuració electrònica més estable (semblant a la dels gasos nobles).

Tipus de substàncies segons l'agrupació d'àtoms:

• Elements: Formats per àtoms iguals (ex: Oxigen gasós O₂, metalls com el Ferro Fe).
• Compostos: Formats per àtoms diferents (ex: Aigua H₂O, Sal comuna NaCl).

Segons el nombre d'àtoms units:

• Molècules: Agrupacions amb un nombre limitat i definit d'àtoms (ex: H₂O, CO₂).
• Estructures gegants (xarxes cristal·lines): Agrupacions amb un nombre il·limitat d'àtoms o ions (ex: Metalls, Sals com NaCl).

Enllaç Iònic

L'enllaç iònic consisteix en la transferència (donació/acceptació) completa d'electrons de valència des d'un àtom a un altre. Es forma típicament entre:

• Un metall (que perd electrons i forma un catió).
• Un no-metall (que guanya electrons i forma un anió).

Els ions de signe oposat s'atreuen electrostàticament formant una xarxa cristal·lina iònica (estructura gegant).

Propietats dels Compostos Iònics:

• Són sòlids a temperatura ambient amb punts de fusió i ebullició molt alts (costa trencar l'enllaç).
• No condueixen el corrent elèctric en estat sòlid (ions fixos a la xarxa).
• Sí condueixen el corrent elèctric quan estan fosos o dissolts en aigua (ions mòbils).
• Molts són solubles en dissolvents polars com l'aigua.