Temario gratis › Física y Química 3.º ESO

Modelo cinético-molecular

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Introducción

¿Por qué el olor de un perfume llega a toda la habitación? ¿Por qué un globo se hincha más al sol? ¿Por qué el hielo se funde al calentarlo? Todas estas preguntas se responden con una misma idea: la materia está formada por partículas en continuo movimiento. Esta idea es el modelo cinético-molecular, que explica las propiedades de los sólidos, los líquidos y los gases y los cambios de estado.

Explicación

El modelo cinético-molecular se resume en cuatro ideas básicas:

Con estas ideas se explican los tres estados de la materia:

La presión de un gas se debe a los choques de sus partículas contra las paredes del recipiente. Si se calienta el gas, las partículas se mueven más deprisa y chocan más veces y con más fuerza, así que la presión aumenta (si el volumen no cambia). Si se reduce el volumen, las partículas chocan más a menudo con las paredes y la presión también aumenta.

Los cambios de estado también se explican así. Al calentar un sólido, sus partículas vibran cada vez más, hasta que vencen en parte las fuerzas de atracción y pueden desplazarse: el sólido se funde. Si se sigue calentando el líquido, las partículas acaban escapando por completo: el líquido hierve. Mientras dura el cambio de estado, la temperatura de una sustancia pura se mantiene constante, porque la energía que se aporta se emplea en separar las partículas.

Importante: las partículas no se dilatan ni cambian de tamaño al calentarlas; lo que cambia es su velocidad y la distancia entre ellas.

Ejemplo

Ejemplo 1. Un globo hinchado se deja al sol y aumenta de tamaño. ¿Por qué?

Paso 1: al calentarse, aumenta la temperatura del aire del interior. Paso 2: las partículas del aire se mueven más rápido, así que chocan más a menudo y con más fuerza contra la goma del globo. Paso 3: la goma es elástica y cede, de modo que el volumen del globo aumenta. Las partículas no han crecido: simplemente están más separadas.

Ejemplo 2. Se abre un frasco de colonia en un rincón de la clase y al cabo de un rato se huele en toda el aula. Las partículas de la colonia pasan a gas y, como en los gases las partículas se mueven libremente y en todas direcciones, se van mezclando con las del aire hasta repartirse por todo el espacio. Este fenómeno se llama difusión.

Ejercicios

Según el modelo cinético-molecular, ¿qué les ocurre a las partículas de una sustancia cuando aumenta su temperatura?

¿Por qué aumenta la presión de un gas encerrado en un recipiente rígido cuando se calienta?


Material adicional

La tabla periódica de los elementos

La tabla periódica es la herramienta fundamental de la química. Organiza los 118 elementos conocidos de forma sistemática según su número atómico (Z), agrupando aquellos que tienen propiedades similares.

Organización de la tabla periódica

• Filas (períodos): hay 7 períodos. El número de período indica el número de niveles de energía (capas electrónicas) que tienen los átomos de ese elemento.

• Columnas (grupos): hay 18 grupos. Los elementos del mismo grupo tienen propiedades químicas similares porque tienen el mismo número de electrones en su capa más externa (electrones de valencia).

Clasificación de los elementos

TipoCaracterísticasEjemplos
MetalesBuenos conductores de calor y electricidad, sólidos (excepto Hg), brillantes, dúctiles, maleablesFe, Cu, Au, Al, Na
No metalesMalos conductores, pueden ser sólidos, líquidos o gases, frágiles en estado sólidoO, N, C, S, Cl, P
Semimetales (metaloides)Propiedades intermedias, semiconductoresSi, Ge, As, B
Gases noblesMuy estables, poca reactividad, grupo 18He, Ne, Ar, Kr, Xe

Grupos importantes

GrupoNombreElementosPropiedades
1AlcalinosLi, Na, K, Rb, Cs, FrMuy reactivos, 1 electrón de valencia, blandos
2AlcalinotérreosBe, Mg, Ca, Sr, Ba, RaReactivos, 2 electrones de valencia
17HalógenosF, Cl, Br, I, AtMuy reactivos, 7 electrones de valencia, forman sales
18Gases noblesHe, Ne, Ar, Kr, Xe, RnMuy estables, 8 electrones de valencia (excepto He: 2)

Propiedades periódicas

Algunas propiedades varían de forma regular a lo largo de la tabla:

• Radio atómico: aumenta al bajar en un grupo (más capas) y disminuye al avanzar en un período (más protones atraen más a los electrones).

• Electronegatividad: capacidad de atraer electrones en un enlace. Aumenta hacia arriba y hacia la derecha (el flúor es el más electronegativo).

• Energía de ionización: energía necesaria para arrancar un electrón. Aumenta hacia arriba y hacia la derecha.

⚠️ Importante
Los elementos del mismo grupo tienen propiedades químicas similares porque tienen el mismo número de electrones de valencia (en la capa más externa).

Configuración electrónica simplificada

Los electrones se distribuyen en niveles de energía (capas) alrededor del núcleo. Cada nivel tiene un número máximo de electrones:

NivelDenominaciónMáximo de electrones
1K2
2L8
3M18
4N32
📘 Ejemplo resuelto
Configuración electrónica del sodio (Na, Z = 11):

11 electrones: 2 – 8 – 1

• Nivel 1 (K): 2 electrones
• Nivel 2 (L): 8 electrones
• Nivel 3 (M): 1 electrón ← electrón de valencia

El sodio está en el período 3 (tiene 3 niveles) y en el grupo 1 (tiene 1 electrón de valencia).
🤔 ¿Sabías que…?
Dmitri Mendeléyev publicó la primera tabla periódica en 1869. Lo extraordinario fue que dejó huecos vacíos para elementos que aún no se habían descubierto y predijo sus propiedades. Cuando esos elementos fueron descubiertos años después, ¡sus propiedades coincidían en gran medida con las predicciones de Mendeléyev!
✏️ Ejercicios
1. ¿Qué criterio se utiliza para ordenar los elementos en la tabla periódica?

2. ¿Qué indican los períodos? ¿Y los grupos?

3. Clasifica los siguientes elementos en metales, no metales o semimetales: Fe, O, Si, Au, Cl, Ge, Na, C.

4. ¿Por qué los elementos del mismo grupo tienen propiedades similares?

5. Escribe la configuración electrónica de: a) carbono (Z = 6); b) cloro (Z = 17); c) calcio (Z = 20). Pista: la última capa de un átomo nunca tiene más de 8 electrones.

6. ¿En qué grupo y período se encuentra un elemento con configuración 2 – 8 – 5?

7. ¿Qué son los gases nobles? ¿Por qué son tan poco reactivos?

8. Ordena de mayor a menor electronegatividad: Na, Cl, F, O.

9. ¿Cómo varía el radio atómico a lo largo de un período? ¿Y a lo largo de un grupo?

10. Investiga en qué grupo y período se encuentran estos elementos y di cuántos electrones de valencia tienen: Li, N, Ar, Mg.
📋 Resumen de la lección
  • La tabla periódica organiza los elementos por número atómico creciente en períodos y grupos.
  • Los períodos indican el número de niveles electrónicos; los grupos, el número de electrones de valencia.
  • Los elementos se clasifican en metales, no metales, semimetales y gases nobles.
  • Las propiedades periódicas (radio atómico, electronegatividad, energía de ionización) varían de forma regular.
  • La configuración electrónica indica la distribución de electrones en los niveles de energía.
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