Esquema de les unitats L’àtom i la taula periòdica 1 Per què són tan diferents unes substàncies d’altres? El gas argó és un component minoritari de l’aire. Els seus àtoms són tan poc reactius que aquest gas es fa servir en la indústria per efectuar soldadures i altres treballs sota atmosfera protectora. El sodi no existeix en la natura com a substància simple; sempre forma part de compostos químics. Els seus àtoms són tan reactius que, si entren en contacte amb l’aigua, reaccionen violentament i arriben a formar flames. L’or apareix en la natura formant part de compostos, els minerals. Però també es poden trobar pal letes d’or rentant amb aigua la terra que surt d’algunes mines. La disposició dels electrons en cada tipus d’àtom és la causant d’aquestes i altres diferències. E N AQ U E S TA U N I TAT… 1 Els espectres atòmics i la física quàntica 2 La configuració electrònica dels àtoms 1 2 3 4 5 6 7 1s 2 s 3 s 4 s 3 d 5 s 6 s 7 s 4 d 5 d 6 d 2 13 14 15 16 17 3 4 5 6 11 12 7 8 9 10 2 p 3 p 4 p 5 p 6 p 7 p 4 f 5 f Periodo " 1 1s 3 La taula periòdica dels elements Cs Ba Rb Sr 1 1 H 1 1312 Li 3 520 Be 4 899 Na 11 496 Mg 12 738 K 19 419 Ca 20 590 37 403 38 549 55 376 56 503 2 2 3 4 5 6 Ti Pb Bi Po At Rn In Sn Sb Te I Xe Ga 31 579 Ge 32 762 As 947 Se 941 Br 35 1140 Kr 36 1351 49 558 50 708 51 834 52 869 53 1008 54 1170 81 589 82 715 83 703 84 812 85 920 86 1037 Al 13 577 Si 14 786 P 1012 S 1000 Cl 17 1251 Ar 18 1521 B 5 800 C 6 1086 N 7 1402 O 8 1313 F 9 1681 Ne 10 2080 He 2 2372 18 13 14 15 16 17 33 15 34 16 4 Propietats periòdiques dels elements APLICO EL QUE HE APRÈS De què estan fets els estels? R E C O R D O E L Q U E S É A quin període i grup de la taula periòdica es troben l’argó, el sodi i l’or? Què és un ió? Quins dels elements anteriors formen ions? Quina càrrega elèctrica tenen aquests ions? Quin dels elements que s’esmenten en el text no forma ions? Per què no ho fa? I N T E R P R E T O L A I M AT G E La imatge mostra un tros de sodi que entra en contacte amb aigua. Descriu amb les teves paraules el que succeeix. Què és el fum blanc que es genera? Per què apareixen flames? Quants electrons té cada gram de sodi que cau sobre l’aigua? Quants electrons té cada àtom de sodi després de reaccionar amb l’aigua? En què s’ha transformat? 21 20 232310 FisQ_1BTX U1_p020a041.indd 21 1/4/22 8:34 1 Estudiar l’estructura de l’escorça i la seva configuració electrònica a) Estudia si les configuracions electròniques següents corresponen a un àtom en estat fonamental, prohibit o excitat. i) 1s2 2s22p5 3s23p5 ii) 1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s2 iii) 1s2 2s32p6 3s22p4 b) Identifica els elements i indica a quin període i a quin grup de la taula periòdica pertanyen. c) L’àtom excitat passarà a l’estat fonamental alliberant energia en forma de fotons. Estudia quantes ratlles de l’espectre d’emissió podem trobar. 1. Comprèn l’enunciat. Dades conegudes Resultats a obtenir ● Les configuracions electròniques. ● Valorar l’estat. ● Ubicar a la taula i identificar l’element. ● Ratlles de l’espectre d’emissió. A p a r t a t A 2. Determina si cada configuració compleix o no amb els principis requerits. Per obtenir la configuració electrònica d’un àtom has de tenir en compte: el principi de mínima energia, el principi de Pauli i el principi de Hund. i) 1s2 2s22p5 3s23p5 Els electrons no es troben en l’estat de mínima energia possible. En un dels tres orbitals 2p només hi ha un electró, mentre que en orbitals d’energia superior hi ha més electrons. És la configuració d’un àtom en estat excitat. ii) 1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s2 En aquesta configuració tots els electrons es troben a l’orbital de mínima energia possible. És la configuració d’un àtom en estat fonamental. iii) 1s2 2s32p6 3s22p4 L’orbital 2s té tres electrons. És una configuració prohibida. A p a r t a t B 3. Localitza i identifica els elements. i) 1s2 2s22p6 3s23p4 (en l’estat fonamental). El període al qual pertany coincideix amb el major nombre quàntic principal, n = 3. El grup al qual pertany ve donat per l’últim electró en acollirse, p4, es tracta del grup 16. És el sofre, S. ii) 1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s2 El període al qual pertany coincideix amb el nivell, n = 4. El grup al qual pertany ve donat per l’últim electró en acollirse, d10, es tracta del grup 12. És el zinc, Zn. A p a r t a t C 4. Analitza les diferències d’energia entre subnivells. En la configuració electrònica ja hem vist que hi ha un buit que rebrà un electró a 2p. Els electrons vindran de nivells amb energia superior 3s i 3p. 5. Relaciona els salts electrònics amb ratlles de l’espectre. Des de la situació inicial poden donar-se dos camins per arribar a l’estat fonamental. ● Un electró salta des de 3p fins a 2p i allibera un fotó amb l’energia de la diferència entre tots dos estats. Aquest trànsit provoca una línia en l’espectre. n = 3 n = 2 n = 1 3d 2p 3p 2s 3s 1s ● Un electró salta des de 3s fins a 2p i allibera un altre fotó amb l’energia de la diferència entre tots dos estats. Aquest trànsit provoca una segona línia en l’espectre. A més, queda un buit a 3s que poden ocupar altres electrons procedents de 3p d’energia superior. Un electró salta des de 3p fins al buit que queda a 3s, allibera un fotó amb l’energia corresponent a la diferència d’energia entre tots dos estats. Aquest trànsit provoca, per tant, una tercera línia en l’espectre. Per tant, en una mostra d’àtoms excitats trobem tres línies en l’espectre. 6. Avalua el resultat. La configuració electrònica d’un àtom permet ubicar l’element a la taula periòdica. Les ratlles d’un espectre es relacionen amb la diferència d’energia entre els orbitals d’un àtom. S O L U C I Ó n = 3 n = 2 n = 1 2p 3p 2s 3s 1s n = 3 n = 2 n = 1 2p 3p 2s 3s 1s 31 232310 FisQ_1BTX U1_p020a041.indd 31 1/4/22 8:40 1. Els àtoms La matèria està formada per àtoms que tenen un nucl i molt petit amb relació a la mida total de l’àtom. ● Al nucli es troben els protons i els neutrons. Aquestes partícules estan formades per altres encara més petites anomenades quarks. ● Al voltant d’aquest nucli, a l’escorça, i a una distància molt gran d’aquest en comparació amb la seva mida es mouen els electrons. És a dir, la major part de l’àtom és buida. Per representar un àtom s’utilitza un símbol i dos nombres, A Z X: ● El símbol, X, és la inicial del nom llatí de l’element. Pot anar segui t d’una al tra l letra s i hi ha uns quants elements amb la mateixa inicial. ● El nombre atòmic, Z, indica la quantitat de protons. ● El nombre màssic, A, indica la quantitat de protons i neutrons que té el nucli. ● En un àtom neutre, la quantitat d’electrons a l’escorça és igual al nombre de protons. Per exemple, per al K 19 39 : K 19 39 Nom Potassi Nombre atòmic, Z 19 Nombre màssic, A 39 Nombre de protons 19 Nombre d’electrons 19 Nombre de neutrons A - Z = 39 - 19 = 20 2. El model de Böhr A l’escorça de l’àtom els electrons s’organitzen en capes (denominades K, L, M, N, etc.). Cadascuna d’aquestes capes es troba a una distància concreta del nucli i pot acollir un nombre màxim d’electrons. A c ada c apa e l s e l e c t r on s t enen un d e t e rmi na t n i v e l l d’energia. Es diu que l’àtom està quantitzat. M N L K Electrons Nucli 3. El model atòmic actual Els electrons ocupen a l’escorça posicions que no es poden predir al 100 %, però s’organitzen segons unes regles molt concretes. ● Els nivells energètics de Böhr són els nivells principals d’energia. ● E l s n i v e l l s p r i nc i pa l s e s d i v i de i x en en un o d i v e r s o s subnivells d’energia. ● Dins de cada subnivell d’energia hi caben un o diversos orbitals. S’anomena orbital la regió de l’espai en què hi ha una probabilitat elevada de trobar l’electró. A cada orbital hi caben com a màxim dos electrons. ● En el 1r nivell hi ha un únic subnivell amb 1 orbital en total, hi caben fins a 2 electrons. ● En el 2n nivell hi ha 2 subnivells amb 4 orbitals en total, hi caben fins a 8 electrons. ● En el 3r nivell hi ha 3 subnivells amb 9 orbitals en total, hi caben fins a 18 electrons. ● En el 4t nivell hi ha 4 subnivells amb 16 orbitals en total, hi caben fins a 32 electrons. REPASSO FÍSICA I QUÍMICA 1 Completa una taula com la del K 19 39 per als elements següents: a) 7 3Li b) 35 17 Cl c) 12 6 C d) 56 26 Fe 2 Fes un esquema representant els electrons que giren al voltant d’un àtom de fòsfor (Z = 15). 3 Utilitza una taula periòdica per localitzar i identificar els elements següents. Determina quins són metalls i quins són no metalls. a) Z = 5 b) Z = 49 c) Z = 10 d) Z = 53 A C T I V I T A T S Cristall Àtom Quarks Nucli (protons i neutrons) 1.1. Què és un espectre? Quan la llum del Sol travessa un prisma de vidre o de quars, es descompon en colors, de manera semblant a la formació d’un arc iris. La llum solar és una radiació complexa i les llums de colors que s’originen no són més que un conjunt de les radiacions simples que la formen. L’espectre d’una radiació és el conjunt de les radiacions simples que la formen, mostrades d’una manera ordenada. De forma molt semblant podem analitzar les radiacions que provenen dels àtoms d’un element químic, com van fer els espectroscopistes els primers anys del segle xx. Els resultats de les seves investigacions van ser determinants per conèixer la veritable estructura dels àtoms. 1.2. Espectres d’emissió i d’absorció Si escalfem un material a una temperatura elevada o el sotmetem a una descàrrega elèctrica, els seus àtoms desprendran radiació. Si l’analitzem, obtindrem el seu espectre d’emissió. Els materials mostren un color concret perquè, en il·luminar-los amb la llum del Sol, absorbeixen una part de les seves radiacions i no altres. Podem obtenir l ’espectre d’absorció del s àtoms anal i tzant la radiació que queda després d’haver-los il·luminat amb una radiació complexa. Els espectroscopistes van descobrir que els àtoms de cada element químic tenen un espectre que e l s ident i f ica . També van veure que e l seu espectre d’emissió és complementari de l’espectre d’absorció. 1. Els espectres atòmics i la física quàntica 1 Si fem passar la llum blanca per un prisma n’obtenim l’espectre. Per obtenir un espectre d’emissió. S’excita la mostra, per exemple, posant-la a una flama o sotmetent-la a una descàrrega elèctrica. Quan els àtoms de la mostra alliberen energia, tornen a l’estat fonamental o de repòs, emetent les radiacions que analitzem en el seu espectre d’emissió. Per obtenir un espectre d’absorció. Il·luminem la mostra amb llum blanca i recollim la llum que travessa la mostra. Aquesta contindrà totes les radiacions de la llum blanca menys les que han estat absorbides pels àtoms de la mostra. L’espectre és el carnet d’identitat d’un element. Les línies de l’espectre d’absorció d’un element es corresponen amb les línies d’emissió del mateix element (a la part inferior). Per a un mateix element, el seu espectre d’absorció és complementari del d’emissió. H H Hg Hg Emissió Absorció Emissió Absorció 23 22 232310 FisQ_1BTX U1_p020a041.indd 22-23 1/4/22 8:35 Continguts de la unitat. Algunes preguntes relacionen els continguts amb el que ja s’ha estudiat. Altres conviden a la reflexió o al debat a partir d’alguna imatge. Una imatge i un text inicials presenten la unitat. Algunes pàgines inclouen procediments o experiències per aprendre d’una forma activa. En elles es mostra pas a pas el treball que cal seguir. Abans de tractar els continguts de cada unitat, en el repàs inicial es recorden continguts de matemàtiques, física o química. Els continguts es presenten d’una manera visual i amb abundants esquemes i organitzadors. 4
RkJQdWJsaXNoZXIy