Compendio Esencial de Química: Estructura Molecular, Cinética y Termodinámica

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Escrito el 9 de Noviembre de 2025 en español con un tamaño de 9,13 KB

Geometría Molecular, Hibridación y Modelo VSEPR

La siguiente tabla resume la relación entre el número de pares de electrones (Ps + Pe), la geometría electrónica, la hibridación y la geometría molecular según el modelo VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion).

Pares de Electrones (Ps + Pe)	Geometría Electrónica	Hibridación	Geometría Molecular (VSEPR)
2	Lineal	sp	AX₂
3	Trigonal Plana	sp²	AX₃; AX₂E (Angular)
4	Tetraédrica	sp³	AX₄; AX₃E (Piramidal) AX₂E₂ (Angular)
5	Bipirámide Trigonal	sp³d	AX₅; AX₄E (Disfenoidal) AX₃E₂ (Forma de T); AX₂E₃ (Lineal)
6	Octaédrica	sp³d²	AX₆; AX₅E (Pirámide de base cuadrada) AX₄E₂ (Plano cuadrada)

Propiedades Periódicas

Radio Atómico

En el grupo: Aumenta al aumentar Z, ya que cada vez hay más capas electrónicas.
En el periodo: Disminuye al aumentar Z, debido a la mayor carga nuclear efectiva que atrae más fuertemente a los electrones.

Energía de Ionización (EI)

Energía que hay que suministrar a un átomo en estado gaseoso para arrancar el electrón más externo.

En el grupo: Disminuye, ya que los electrones más externos están menos atraídos por el núcleo.
En el periodo: Aumenta, ya que la capa de valencia está más llena y el electrón es más difícil de arrancar.

Afinidad Electrónica (AE)

Energía que se desprende cuando un átomo en estado gaseoso capta un electrón.

En el grupo: Disminuye, ya que la atracción nuclear sobre el electrón entrante es menor.
En el periodo: Aumenta, debido al incremento de la carga nuclear efectiva.

Electronegatividad (EN)

Capacidad de un átomo para atraer hacia sí los electrones que comparte en un enlace. (Los elementos más electronegativos son F > O > N).

En el grupo: Disminuye, debido a que los electrones están menos atraídos por el núcleo.
En el periodo: Aumenta, debido a la mayor carga nuclear efectiva.

Tipos de Reacciones Químicas

Combinación, Síntesis, Desplazamiento, Redox, Combustión (+O₂), Ácido-Base, Precipitación.

Cinética Química: Velocidad de Reacción

Para la reacción genérica A + B → C:

$$v = -\frac{d[A]}{dt} = -\frac{d[B]}{dt} = +\frac{d[C]}{dt}$$

Ecuación de velocidad: $$v = k[A]^x[B]^y$$

x = Orden respecto de A
x + y = Orden total de la reacción

Ecuaciones Integradas de Velocidad y Vida Media (T½)

Orden	Ecuación de Velocidad (r)	Ecuación Integrada	Vida Media (T½)	Unidades de k
0	$$r = k[A]^0$$	$$[A] = [A]_0 - kt$$	$$T\frac{1}{2} = \frac{[A]_0}{2k}$$	mol·L⁻¹·s⁻¹
1	$$r = k[A]$$	$$\ln[A] = \ln[A]_0 - kt$$	$$T\frac{1}{2} = \frac{\ln 2}{k}$$	s⁻¹
2	$$r = k[A]^2$$	$$\frac{1}{[A]} = \frac{1}{[A]_0} + kt$$	$$T\frac{1}{2} = \frac{1}{k[A]_0}$$	L·mol⁻¹·s⁻¹

Ecuación de Arrhenius

$$k = A \cdot e^{(-E_a/RT)}$$

Forma lineal para gráficos:

$$\ln k = \ln A - \left(\frac{E_a}{R}\right) \cdot \left(\frac{1}{T}\right)$$

$$\ln k = y$$
$$\ln A = a$$
$$-\frac{E_a}{R} = b$$
$$\frac{1}{T} = x$$
Ecuación de la recta: $$y = a + b \cdot x$$

Cálculo del orden (n): $$v = k[ ]^n \implies \ln v = \ln k + n \cdot \ln[ ]$$

Nota de calculadora: Menu 6 2 Tabla Optn 4

Termodinámica Química

Entalpía (ΔH)

Entalpía de Reacción (ΔH_r): $$\ΔH_r = \sum \ΔH_f (productos) - \sum \ΔH_f (reactivos)$$
Ley de Hess: $$\ΔH_{reac} = \sum (\ΔH_f^{prod}) - \sum (\ΔH_f^{reac})$$ (La entalpía de formación de elementos puros es 0).
Energía de Enlace: $$\ΔH = \sum E_{enlace} (enlaces\ rotos) - \sum E_{enlace} (enlaces\ formados)$$

Energía Interna (ΔU)

Relación entre entalpía y energía interna:

$$\ΔH = \ΔU + \Δn_g RT$$

Donde $$\Δn_g = Moles\ gaseosos\ (productos) - Moles\ gaseosos\ (reactivos)$$

Entropía (ΔS)

$$\ΔS_{reac} = \sum S (productos) - \sum S (reactivos)$$

Energía Libre de Gibbs (ΔG)

Cálculo por formación: $$\ΔG_r = \sum \ΔG_f (productos) - \sum \ΔG_f (reactivos)$$
Ecuación fundamental: $$\ΔG = \ΔH - T\ΔS$$

Fórmulas Clave y Equilibrio Químico

Gases y Fórmulas

Ecuación de Gases Ideales: $$PV = nRT$$ (donde $$n = g/M_m$$)
Fórmula Molecular: $$M_m = n \cdot (Masa\ Atómica\ Total)$$
Energía Reticular (Er): $$E_r = \left(\frac{-A \cdot N_A \cdot Z^+ \cdot Z^- \cdot e^2}{d}\right) \cdot \left(1 - \frac{1}{n}\right)$$
Energía Reticular (Aproximación): $$E_r \propto \frac{Z^+ \cdot Z^-}{r^+ + r^-}$$

Constantes de Equilibrio

Para la reacción $$aA + bB \rightleftharpoons cC + dD$$

Constante de Concentración (K_c): $$K_c = \frac{[C]^c [D]^d}{[A]^a [B]^b} = \frac{K_p}{(RT)^{\Delta n}}$$
Constante de Presión (K_p): $$K_p = \frac{P_C^c P_D^d}{P_A^a P_B^b} = e^{(-\Delta G^\circ/RT)} = K_c (RT)^{\Delta n}$$
Si $$\Δn = 0$$, entonces $$K_p = K_c$$

Ecuación de Van't Hoff

Relación entre la constante de equilibrio y la temperatura:

$$\ln\left(\frac{K_{p2}}{K_{p1}}\right) = \left(-\frac{\Delta H}{R}\right) \cdot \left(\frac{1}{T_2} - \frac{1}{T_1}\right)$$

Principio de Le Chatelier

Aumento de Presión (↑P) o Disminución de Volumen (↓V): El sistema evoluciona hacia donde haya menor número de moles gaseosos.
Aumento de Temperatura (↑T): El sistema evoluciona en el sentido en que la reacción es endotérmica ($$\Delta H > 0$$).
Concentraciones:
- Eliminación de reactivos o adición de productos: Desplazamiento hacia la izquierda.
- Adición de reactivos o eliminación de productos: Desplazamiento hacia la derecha.

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