Àtoms i Enllaços Químics: Guia Completa

Taula Periòdica: Grups i Períodes

La taula periòdica es compon de 18 grups i 7 períodes. Alguns grups tenen noms específics:

• Grup 1: Alcalins
• Grup 2: Alcalinoterris
• Grup 13: Bor
• Grup 14: Carboni
• Grup 15: Nitrogen
• Grup 16: Oxigen
• Grup 17: Halògens
• Grup 18: Gasos Nobles

Models Atòmics

Al llarg de la història, s'han proposat diversos models atòmics:

• Dalton: L'àtom és una esfera indivisible. Els elements estan formats per àtoms idèntics, i els compostos es creen combinant àtoms de diferents elements.
• Thomson: L'àtom és una esfera carregada positivament amb electrons incrustats, com un "púding de panses".
• Rutherford: L'àtom té un nucli petit i dens amb càrrega positiva (protons), envoltat per electrons que es mouen en òrbites.
• Bohr: Els electrons giren al voltant del nucli en òrbites fixes amb nivells d'energia determinats.
• Sommerfeld: Millora el model de Bohr afegint òrbites el·líptiques per als electrons i explicant la degeneració dels nivells d'energia.
• Schrödinger: Proposa un model quàntic on els electrons són descrits com a ones de probabilitat dins d'orbitals.

Estructura de l'Àtom i Nombres Quàntics

L'àtom està format pel nucli (protons i neutrons) i pels electrons, que es mouen en orbitals al voltant del nucli. Els protons tenen càrrega positiva, els neutrons no tenen càrrega i els electrons tenen càrrega negativa. Els orbitals són regions de l'espai on hi ha una alta probabilitat de trobar un electró. Els nombres quàntics defineixen les propietats dels electrons:

1. Principal (n): Nivell d'energia.
2. Azimutal (l): Forma de l'orbital.
3. Magnètic (m): Orientació de l'orbital.
4. De spin (s): Direcció de rotació de l'electró.

Valors dels Nombres Quàntics

1. Principal (n): Representa el nivell d'energia. Pot prendre qualsevol nombre enter positiu (1, 2, 3...).
2. Azimutal (l): Defineix la forma de l'orbital. Els valors són enters des de 0 fins a (n - 1):
   • l = 0: Orbital s.
   • l = 1: Orbital p.
   • l = 2: Orbital d.
   • l = 3: Orbital f.
3. Magnètic (m): Indica l'orientació de l'orbital. Pot prendre valors entre -l i +l (incloent 0).
   • Exemple: Si l = 1, m pot ser -1, 0, +1.
4. Spin (s): Determina el gir de l'electró. Els valors possibles són +½ o -½.

La funció d'ona (Ψ) descriu l'estat quàntic d'un electró en termes dels seus nombres quàntics. Permet calcular la probabilitat de trobar un electró en una regió específica. Ψ=(n,l,m,s)

Tipus d'Enllaços Químics

Enllaç Iònic

En un enllaç iònic, els àtoms d'un metall i un no-metall intercanvien electrons. Els metalls, que tenen electrons de valència més febles, perden electrons i es converteixen en ions positius (cations), mentre que els no-metalls guanyen aquests electrons i es converteixen en ions negatius (anions). La força que manté units aquests ions és una interacció electrostàtica entre els ions de càrrega oposada. Un exemple conegut és el NaCl (sal comuna), on el Na (metall) perd un electró i el Cl (no-metall) el guanya.

Enllaç Covalent

En un enllaç covalent, els àtoms no-metàl·lics comparteixen electrons per aconseguir una configuració estable, amb una capa de valència completa. Els enllaços covalents poden ser polars o apolars:

• Polars: Quan un àtom té més afinitat per l'electró que l'altre, com en el cas de l'aigua (H₂O). Els electrons es comparteixen de manera desigual, creant una petita càrrega positiva en un extrem i una negativa en l'altre.
• Apolars: Quan els electrons es comparteixen de manera més igual, com en el cas del gas nitrogen (N₂), on els dos àtoms de nitrogen tenen la mateixa tendència a atraure els electrons.

Enllaç Metàl·lic

En els enllaços metàl·lics, els electrons de valència dels àtoms metàl·lics no es mantenen en llocs fixos. En lloc d'això, els electrons es deslocalitzen i es mouen lliurement en un "mar d'electrons" que envolta els ions metàl·lics. Aquesta estructura permet que els metalls siguin bons conductors d'electricitat i calor, i també que siguin mal·leables i dúctils, ja que els àtoms poden desplaçar-se sense trencar l'enllaç.

Molècules i Xarxes Cristal·lines

Molècules

Una molècula és una agrupació d'àtoms units per enllaços covalents. En una molècula, els àtoms comparteixen electrons per formar una estructura estable. Les molècules poden ser molt petites (com el gas hidrogen, H₂) o molt grans (com les proteïnes). La forma, mida i les propietats de la molècula depenen de com es disposen els àtoms i els enllaços entre ells.

Xarxes Cristal·lines

Les xarxes cristal·lines són estructures repetitives i ordenades d'àtoms, ions o molècules que formen sòlids. Aquestes estructures poden ser molt complexes i permeten que les substàncies tinguin propietats físiques concretes. Per exemple, en els sòlids metàl·lics, els àtoms metàl·lics formen una xarxa ordenada i compacta. En els compostos iònics, com la sal (NaCl), els ions s'organitzen en una estructura regular i repetitiva.

Propietats de les Substàncies

Substàncies Iòniques

Les substàncies iòniques, com la sal comuna (NaCl), tenen estructures cristal·lines sòlides a temperatura ambient. Aquestes substàncies tenen punts de fusió i ebullició elevats a causa de les fortes forces electrostàtiques entre els ions. Quan es dissolen en aigua, es dissocien en ions lliures, que permeten que la solució condueixi electricitat, ja que els electròlits (substàncies que condueixen electricitat quan es dissolen en aigua) estan presents. Tot i que són dures, també són fràgils, ja que quan s'aplica una força, els ions de càrrega similar es poden alinear, creant una repulsió que trenca la xarxa cristal·lina.

Substàncies Covalents

• Cristal·lines: Les substàncies covalents cristal·lines, com el diamant, són molt dures i tenen punts de fusió i ebullició molt alts. Això es deu a l'estructura rígida formada per enllaços covalents molt forts entre els àtoms. Aquestes substàncies no són solubles en aigua i no condueixen electricitat, ja que no tenen ions ni electrons lliures per moure's.
• Moleculars: Les substàncies covalents moleculars, com l'aigua (H₂O) o el diòxid de carboni (CO₂), poden ser sòlides, líquides o gasoses. Les seves forces intermoleculars (forces de Van der Waals o ponts d'hidrogen) són molt més febles que els enllaços covalents dins de les molècules. Això fa que aquestes substàncies tinguin punts de fusió i ebullició baixos i no condueixin l'electricitat, ja que no hi ha electrons lliures per moure's.

Substàncies Metàl·liques

Les substàncies metàl·liques tenen una estructura cristal·lina ordenada, amb un "mar d'electrons" que es desplaça lliurement entre els àtoms metàl·lics. Aquesta estructura fa que els metalls siguin bons conductors d'electricitat i calor, ja que els electrons lliures poden transmetre energia. A més, els metalls són mal·leables (es poden estirar en làmines) i dúctils (es poden estirar en fils), ja que els ions metàl·lics poden desplaçar-se sense trencar l'enllaç. Els punts de fusió i ebullició poden ser molt variables, depenent del metall, amb elements com el mercuri sent líquid a temperatura ambient, mentre que altres metalls com el ferro tenen punts de fusió molt alts.