Conceptos Clave de Química: Del Modelo de Bohr al Enlace Químico

Modelo de Bohr

El modelo de Bohr explica cómo están organizados los electrones en un átomo, especialmente en el hidrógeno. Propone que los electrones giran alrededor del núcleo en órbitas fijas llamadas niveles de energía.

Postulados del modelo de Bohr

• Los electrones se mueven en órbitas fijas donde no pierden energía ni emiten radiación.
• Solo pueden estar en ciertos niveles concretos y no en cualquiera.
• Cuando un electrón cambia de nivel, absorbe o emite energía en forma de luz.

Espectros de emisión y absorción

El espectro de emisión ocurre cuando un electrón baja de nivel y emite luz, apareciendo líneas de colores. El espectro de absorción ocurre cuando un electrón sube de nivel y absorbe luz, por lo que faltan ciertas líneas. Cada elemento tiene su propio espectro, que funciona como una huella digital.

Ecuaciones fundamentales

• Ecuación de Planck (E = h · ν): Donde E es la energía, h es la constante de Planck y ν la frecuencia. Esta fórmula indica que la energía se emite en pequeños paquetes llamados cuantos.
• Ecuación de Rydberg (1/λ = R · (1/n₁² - 1/n₂²)): Donde λ es la longitud de onda, R la constante de Rydberg (1,097 × 10⁷ m⁻¹) y n₁ y n₂ los niveles de energía. Sirve para calcular las líneas del espectro del hidrógeno.

Modelo Mecanocuántico

Dualidad onda-corpúsculo de De Broglie

La idea de De Broglie postula que los electrones (y otras partículas) tienen un comportamiento dual: pueden actuar como partículas y también como ondas. Esto significa que no son solo puntos, sino que también tienen propiedades ondulatorias, como una longitud de onda.

Principio de indeterminación de Heisenberg

El principio de Heisenberg establece que no se puede conocer a la vez y con total precisión la posición y la velocidad (o momento) de un electrón. Cuanto más se conoce una variable, menos se conoce la otra, existiendo siempre un grado de incertidumbre.

Diferencia entre órbita y orbital

• Órbita: Camino fijo que seguiría un electrón alrededor del núcleo según el modelo de Bohr.
• Orbital: Zona del espacio donde hay alta probabilidad de encontrar al electrón. No existe una trayectoria concreta.

Tipos de orbitales

Los orbitales pueden ser s, p, d y f. Los orbitales d y f son más complejos. Cada tipo indica cómo se distribuye el electrón en el espacio y su nivel de energía.

Configuración electrónica

• Definición: Describe cómo se reparten los electrones en niveles y subniveles.
• Diagrama de Moeller: Orden de llenado de subniveles según su energía.
• Modelo de cajas: Representación donde cada subnivel es una caja y los electrones son flechas (↑↓) según su spin.
• Reglas de llenado:
  • Mínima energía: Primero se llenan los orbitales de menor energía.
  • Principio de exclusión de Pauli: Un orbital admite un máximo de 2 electrones con spins opuestos.
  • Regla de Hund: Los electrones ocupan orbitales vacíos antes de emparejarse.

Enlaces químicos

Formación de los enlaces

Depende de la diferencia de electronegatividad entre los átomos:

• Enlace iónico: Diferencia grande; uno cede electrones y otro los gana.
• Enlace covalente: Diferencia pequeña; los átomos comparten electrones.
• Enlace metálico: Los electrones están deslocalizados en una nube electrónica.

Propiedades de los enlaces

• Iónico: Forma redes cristalinas, sólidos duros, altos puntos de fusión y conducen electricidad en disolución.
• Covalente: Puede formar moléculas (bajo punto de fusión) o redes (muy duras y puntos de fusión altos).
• Metálico: Redes con electrones libres, lo que permite alta conductividad, maleabilidad y ductilidad.

Conceptos adicionales

• Disociación iónica: Los compuestos iónicos, al disolverse en agua, se separan en iones (ej. NaCl → Na⁺ + Cl⁻).
• Diagramas de Lewis y polaridad: Representan los electrones de valencia. Una molécula es polar si hay diferencia de electronegatividad y la geometría no cancela las cargas.
• Fuerzas intermoleculares: Fuerzas débiles entre moléculas: dispersión (en todas), dipolo-dipolo (moléculas polares) y puentes de hidrógeno (H unido a F, O o N). Afectan al punto de ebullición y la solubilidad.