Fundamentos de Química: Teoría Atómica, Enlaces y Propiedades

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Teoría Atómica de Dalton

La teoría atómica de Dalton es la primera teoría con base científica que establece que la materia está formada por átomos. Se basa en los siguientes postulados:

  1. La materia está formada por átomos, que son partículas únicas, indivisibles e inalterables.
  2. Los átomos de un mismo elemento son iguales en cuanto a masa y propiedades.
  3. Los átomos de distintos elementos tienen diferente masa y propiedades.
  4. Los compuestos se forman por la unión de átomos en una relación de números enteros sencillos.
  5. En las reacciones químicas los átomos no se crean ni se destruyen, solo se reordenan.

Posteriormente, el descubrimiento de electrones y protones llevó al desarrollo de modelos atómicos, siendo el de Rutherford un hito importante.

Conceptos Importantes Relativos al Átomo

  • Número atómico (Z): Es el número de protones que tiene un átomo en su núcleo, lo que caracteriza a los átomos de un mismo elemento.
  • Número másico (A): Es la suma de protones y neutrones en el núcleo de un átomo. Para un átomo, coincide prácticamente con su masa atómica.
  • Isótopo: Un átomo que tiene el mismo número atómico que otro (pertenecen al mismo elemento), pero diferente número másico, es decir, diferente número de neutrones.
  • Ión: Un átomo con carga eléctrica neta, ya sea por ganar (anión, carga negativa) o perder electrones (catión, carga positiva).
  • (UMA) Unidad de masa atómica: Unidad para medir las masas de los átomos, definida como la doceava parte de la masa de un átomo de carbono-12 (aproximadamente la masa de un protón o neutrón).

Principio de Mecánica Cuántica

  • Hipótesis de Planck: La energía no se absorbe ni se emite de forma continua, sino en cantidades discretas llamadas cuantos de energía.
  • Esto implica que los electrones solo pueden existir en ciertas órbitas alrededor del núcleo, aquellas cuya energía cumple con la hipótesis de Planck.
  • Los electrones pueden cambiar de órbita absorbiendo o emitiendo energía en forma de ondas electromagnéticas.

Estudio Elemental del Movimiento Ondulatorio

  • Movimiento ondulatorio: Fenómeno físico donde se transmite energía a través de la vibración de partículas (ondas materiales) o de campos eléctricos y magnéticos (ondas electromagnéticas).

Parámetros Característicos del M.O.

  • Longitud de onda: Distancia entre dos puntos consecutivos de una onda que están en concordancia de fase.
  • Frecuencia: Número de ondas que pasan por un punto en la unidad de tiempo.
  • Periodo: Tiempo que tarda en producirse una onda; es el inverso de la frecuencia.
  • Velocidad de onda: Rapidez con la que se propaga una onda, constante en un medio homogéneo e isótropo.

Electrón Voltio

Es la unidad de energía utilizada para medir las energías de las ondas electromagnéticas de los átomos. La equivalencia es la misma que hay entre la carga de un electrón y un culombio.

Ecuación de Rydberg

Rydberg determinó experimentalmente las energías absorbidas o emitidas por los electrones al cambiar de órbita en el átomo de hidrógeno.

Tabla Periódica

  • Grupo de la T.P.: Columnas verticales de la tabla, donde se encuentran los elementos con el mismo número de electrones en el último nivel (electrones de valencia), lo que les confiere propiedades químicas similares.

Ejemplos de grupos:

  1. Alcalinos
  2. Alcalinotérreos
  3. Térreos
  4. Carbonoideos
  5. Nitrógenoideos
  6. Anfígenos
  7. Halógenos
  8. Gases nobles

Los elementos del medio son los metales de transición.

  • Electrón diferenciador: El último electrón que se añade a la configuración electrónica de un átomo, que lo distingue del elemento anterior en la tabla periódica.
  • Excepciones: El hidrógeno (S1) no pertenece a los alcalinos, y el helio (P6) no es un gas noble.
  • Periodo de la T.P.: Filas horizontales de la tabla, donde los átomos de los elementos tienen el mismo número de niveles electrónicos ocupados.

Enlace Químico

Es la unión entre átomos para alcanzar una mayor estabilidad, es decir, menor energía.

  • Regla del octeto: La configuración de máxima estabilidad para un átomo es completar su última capa con 8 electrones (S2 P6).
  • Esta regla se cumple principalmente para los átomos de los tres primeros periodos, aunque existen excepciones.

Enlace Iónico

Se produce entre átomos con tendencia a ganar electrones (no metales) y átomos con tendencia a perder electrones (metales).

El enlace se forma cuando:

  1. El átomo metálico cede electrones para alcanzar la estabilidad.
  2. Estos electrones son aceptados por el átomo no metálico, que también se estabiliza.
  3. Se forman un ión positivo (catión) y un ión negativo (anión).
  4. La atracción electrostática entre los iones de carga opuesta forma el enlace.

Propiedades de los Compuestos Iónicos

  • Son sólidos en condiciones normales, con altos puntos de fusión y ebullición.
  • Son solubles en agua y otros disolventes polares (amoniaco), aunque existen excepciones.
  • Son compuestos de gran dureza.
  • Son malos conductores de la electricidad en estado sólido, pero conducen cuando están disueltos o fundidos (conductores de segunda especie).

Enlace Covalente

Se produce entre átomos con tendencia a ganar electrones (no metales).

Se forma cuando:

  1. Ambos átomos comparten electrones para alcanzar la máxima estabilidad.
  2. La compartición se realiza siempre por pares de electrones.
  3. El hecho de compartir electrones mantiene unidos a los átomos.
  4. El hidrógeno también forma este tipo de enlace con no metales.
  • Estructura de Lewis: Representación de los pares de electrones compartidos mediante rayas.
  • Polaridad en el enlace: Cuando existe una diferencia significativa de electronegatividad entre los átomos, los electrones no se comparten por igual, lo que genera polaridad en el enlace.

Propiedades de los Compuestos Covalentes

  • Pueden ser sólidos, líquidos o gaseosos, pero predominan los gaseosos, y generalmente tienen bajos puntos de fusión y ebullición.
  • Son malos conductores del calor y la electricidad.
  • Los compuestos polares se disuelven en disolventes polares (agua), y los no polares en disolventes no polares.
  • Algunos compuestos covalentes (la minoría) forman redes covalentes, siendo sólidos con altos puntos de fusión y ebullición, y de gran dureza.

Enlace Metálico

Se da entre átomos con tendencia a perder electrones (metales), siempre entre átomos del mismo metal.

Se produce cuando:

  1. Los átomos metálicos ceden electrones para adquirir estabilidad, formando cationes.
  2. Los electrones liberados se mueven entre los cationes, actuando como un “mar de electrones” o “nube electrónica” que mantiene unidos a los átomos.

Propiedades de los Metales

  • Generalmente tienen altos puntos de fusión y ebullición, aunque varían.
  • Presentan un brillo característico (brillo metálico).
  • Son buenos conductores del calor y la electricidad.
  • Son dúctiles, maleables y tenaces.
  • Su tendencia química es perder electrones y formar cationes.

Uniones Intermoleculares

Son las uniones entre las moléculas de una sustancia una vez que esta ya está formada.

Electronegatividad

Es la tendencia de un átomo a atraer electrones cuando forma un enlace.

En la tabla periódica, aumenta de izquierda a derecha y de abajo a arriba. Los gases nobles no tienen electronegatividad.

Fuerzas Intermoleculares

  • Puentes de hidrógeno: Fuerzas intermoleculares que se dan en compuestos con hidrógeno unido a un átomo muy electronegativo y pequeño (flúor, oxígeno, nitrógeno).
  • Se deben a la atracción entre el elemento más electronegativo y los hidrógenos de otras moléculas con polaridad positiva.