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Física y Química 3.º ESO · Átomos, moléculas y cristales

Recuerda: átomos, moléculas y cristales

Objetivo: Al terminar, sabrás clasificar una sustancia según esté formada por átomos aislados, por moléculas o por un cristal, a partir de un modelo de bolas o de su fórmula.

Recuerda

¿Cómo están los átomos en las sustancias?

Todas las sustancias están formadas por átomos, pero los átomos pueden estar sueltos o unidos de distintas formas:

Cómo están los átomos	Qué es	Ejemplos	Fórmula
Átomos aislados	Átomos sueltos, sin unirse a otros	Gases nobles: helio, neón, argón	$\text{He}$ , $\text{Ne}$ , $\text{Ar}$
Moléculas	Grupos de pocos átomos unidos que forman una unidad independiente	Oxígeno, nitrógeno, agua, dióxido de carbono, metano	$\text{O}_2$ , $\text{N}_2$ , $\text{H}_2\text{O}$ , $\text{CO}_2$ , $\text{CH}_4$
Cristales	Redes con muchísimas partículas (átomos o iones, que son átomos con carga eléctrica) ordenadas en las tres direcciones del espacio	Sal común, metales, diamante, cuarzo	$\text{NaCl}$ , $\text{Fe}$ , $\text{C}$ , $\text{SiO}_2$

Qué dice la fórmula

En una molécula, la fórmula indica cuántos átomos de cada elemento forman una molécula: $\text{H}_2\text{O}$ = 2 átomos de H y 1 de O. El subíndice 1 no se escribe.
En un cristal no hay moléculas sueltas: la fórmula indica la proporción de átomos o iones. $\text{NaCl}$ significa «un sodio por cada cloro» en una red enorme.
Los metales y algunos cristales de un solo elemento (como el diamante) se representan solo con el símbolo: $\text{Fe}$ , $\text{Cu}$ , $\text{C}$ .

Si la sustancia tiene un solo tipo de átomo es una sustancia simple ( $\text{O}_2$ , $\text{Fe}$ ); si tiene varios, es un compuesto ( $\text{H}_2\text{O}$ , $\text{NaCl}$ ).

Elementos que forman moléculas

Muchos no metales no están como átomos sueltos, sino formando moléculas de átomos iguales:

Moléculas de dos átomos (diatómicas): hidrógeno $\text{H}_2$ , nitrógeno $\text{N}_2$ , oxígeno $\text{O}_2$ , flúor $\text{F}_2$ , cloro $\text{Cl}_2$ , bromo $\text{Br}_2$ , yodo $\text{I}_2$ .
Otras: ozono $\text{O}_3$ , fósforo blanco $\text{P}_4$ , azufre $\text{S}_8$ .

Sustancias de uso frecuente

Sustancia	Fórmula	Cómo está formada	Tipo
Oxígeno del aire	$\text{O}_2$	Moléculas	Simple
Hierro, cobre, aluminio	$\text{Fe}$ , $\text{Cu}$ , $\text{Al}$	Cristal metálico	Simple
Agua	$\text{H}_2\text{O}$	Moléculas	Compuesto
Dióxido de carbono	$\text{CO}_2$	Moléculas	Compuesto
Butano (bombonas de gas)	$\text{C}_4\text{H}_{10}$	Moléculas	Compuesto
Sal común (cloruro de sodio)	$\text{NaCl}$	Cristal	Compuesto
Mármol y caliza (carbonato de calcio)	$\text{CaCO}_3$	Cristal	Compuesto

Puntos clave

Átomos aislados: solo los gases nobles a temperatura ambiente.
Molécula: grupo de pocos átomos unidos; su fórmula da el número exacto de átomos.
Cristal: red ordenada de muchísimas partículas; su fórmula da la proporción.
Sustancia simple: un solo elemento. Compuesto: dos o más elementos.
Muchos no metales forman moléculas de átomos iguales: $\text{H}_2$ , $\text{N}_2$ , $\text{O}_2$ , $\text{Cl}_2$ , $\text{O}_3$ , $\text{S}_8$ …

Errores frecuentes

ErrorPensar que el NaCl está formado por moléculas de un sodio y un cloro.
Cómo corregirloLa sal es un cristal: una red gigante en la que cada sodio está rodeado de cloros y al revés. NaCl solo indica la proporción 1 : 1.
ErrorCreer que el oxígeno del aire está formado por átomos sueltos de O.
Cómo corregirloEl oxígeno del aire está formado por moléculas de dos átomos, $\text{O}_2$ . Los únicos átomos aislados son los de los gases nobles.
ErrorPensar que una sustancia simple siempre está formada por átomos sueltos.
Cómo corregirloUna sustancia simple tiene un solo tipo de átomo, pero puede formar moléculas ( $\text{O}_2$ , $\text{S}_8$ ) o cristales (Fe, diamante).

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1. Modelos de bolas modelos de partículas
Estos son cuatro dibujos de partículas. A: muchas bolas grises iguales, separadas y sueltas. B: parejas de bolas rojas iguales unidas, separadas unas de otras. C: grupos formados por una bola roja grande unida a dos bolas blancas pequeñas. D: una red ordenada en la que se alternan bolas verdes grandes y bolas moradas pequeñas, sin grupos separados. Di si cada uno representa átomos aislados, moléculas o un cristal, y relaciónalo con una de estas sustancias: agua ( $\text{H}_2\text{O}$ ), argón ( $\text{Ar}$ ), cloruro de sodio ( $\text{NaCl}$ ), oxígeno ( $\text{O}_2$ ).

Resolución
- A: bolas sueltas de un solo tipo → átomos aislados: argón, $\text{Ar}$ (gas noble).
- B: grupos de 2 átomos iguales → moléculas de una sustancia simple: oxígeno, $\text{O}_2$ .
- C: grupos de 3 átomos de dos tipos (1 + 2) → moléculas de un compuesto: agua, $\text{H}_2\text{O}$ .
- D: red ordenada sin unidades separadas → cristal: cloruro de sodio, $\text{NaCl}$ (proporción 1 : 1).

Ejercicios

De menos a más. Intenta cada uno antes de mirar la solución.

1. Fácil
Clasifica estas sustancias según estén formadas por átomos aislados, por moléculas o por un cristal: neón ( $\text{Ne}$ ), nitrógeno ( $\text{N}_2$ ), cobre ( $\text{Cu}$ ), dióxido de carbono ( $\text{CO}_2$ ), cloruro de sodio ( $\text{NaCl}$ ), metano ( $\text{CH}_4$ ) y diamante ( $\text{C}$ ).
Ver solución
Átomos aislados: Ne. Moléculas: N₂, CO₂, CH₄. Cristales: Cu, NaCl, diamante.
- Átomos aislados: el neón, porque es un gas noble.
- Moléculas: $\text{N}_2$ , $\text{CO}_2$ y $\text{CH}_4$ (grupos pequeños de átomos con número fijo).
- Cristales: el cobre (metal), el cloruro de sodio (red de iones) y el diamante (red de átomos de carbono).
2. Fácil
¿Cuántos átomos de cada elemento hay en una molécula de: a) ozono, $\text{O}_3$ ; b) ácido hipocloroso (se forma al echar cloro al agua de las piscinas), $\text{HClO}$ ; c) clorometano, $\text{CH}_3\text{Cl}$ ; d) etanol, $\text{C}_2\text{H}_6\text{O}$ ? ¿Cuántos átomos hay en total en cada una?

Ver solución
a) 3 O (3 en total). b) 1 H, 1 Cl y 1 O (3). c) 1 C, 3 H y 1 Cl (5). d) 2 C, 6 H y 1 O (9).
El subíndice indica los átomos del elemento que lleva delante; si no hay subíndice, es 1. a) $\text{O}_3$ : 3 átomos de O → 3 en total. b) $\text{HClO}$ : 1 H + 1 Cl + 1 O = 3 átomos (Cl es el cloro: mayúscula y minúscula, un solo elemento). c) $\text{CH}_3\text{Cl}$ : 1 C + 3 H + 1 Cl = 5 átomos. d) $\text{C}_2\text{H}_6\text{O}$ : 2 C + 6 H + 1 O = 9 átomos.
3. Media
Una molécula está formada por un átomo de carbono unido a dos átomos de oxígeno. a) Escribe su fórmula. b) ¿Es una sustancia simple o un compuesto? c) Dibuja su modelo de bolas.

Ver solución
a) CO₂. b) Compuesto. c) Una bola de C en el centro unida a dos bolas de O, en línea.
a) 1 C y 2 O: $\text{CO}_2$ (dióxido de carbono). b) Tiene dos elementos distintos → compuesto. c) Tres bolas en línea: la del carbono en el centro y una de oxígeno a cada lado (de otro color).

Para practicar más

1. Fácil
Para cada sustancia, di si está formada por átomos aislados, moléculas o un cristal, y si es una sustancia simple o un compuesto: a) hierro ( $\text{Fe}$ ); b) helio ( $\text{He}$ ); c) agua ( $\text{H}_2\text{O}$ ); d) cloro ( $\text{Cl}_2$ ); e) cuarzo ( $\text{SiO}_2$ ).

Ver solución
a) Cristal, simple. b) Átomos aislados, simple. c) Moléculas, compuesto. d) Moléculas, simple. e) Cristal, compuesto.
a) El hierro es un metal: cristal de un solo elemento → simple. b) El helio es un gas noble: átomos aislados → simple. c) $\text{H}_2\text{O}$ : moléculas con dos elementos → compuesto. d) $\text{Cl}_2$ : moléculas de dos átomos iguales → simple. e) El cuarzo es una red de silicio y oxígeno: cristal → compuesto.
2. Media
El oxígeno que respiramos es $\text{O}_2$ y el ozono de la estratosfera es $\text{O}_3$ . a) ¿Qué tienen en común? b) ¿En qué se diferencian? c) ¿Son la misma sustancia?

Ver solución
a) Los dos están formados solo por átomos de oxígeno (sustancias simples). b) Sus moléculas tienen 2 y 3 átomos. c) No: son sustancias distintas.
a) Ambos son sustancias simples formadas por moléculas de un único elemento, el oxígeno. b) La molécula de oxígeno tiene 2 átomos y la de ozono, 3. c) No: como sus moléculas son distintas, tienen propiedades distintas (el ozono es tóxico y huele; el oxígeno no). Son dos sustancias diferentes del mismo elemento.