Conceptos Clave de Química: Propiedades Atómicas y Reacciones

Propiedades Periódicas de los Elementos

Radio Atómico

• En un grupo: El radio atómico aumenta al aumentar el número atómico (Z), ya que hay más capas electrónicas.
• En un periodo: El radio atómico disminuye al aumentar Z, debido a que hay más protones en el núcleo que atraen a los electrones con mayor fuerza.

Energía de Ionización

Es la energía que hay que suministrar a un átomo en estado gaseoso para arrancar su electrón más externo.

• En un grupo: La energía de ionización disminuye al aumentar Z, ya que los electrones de las capas más externas están menos atraídos por el núcleo.
• En un periodo: La energía de ionización aumenta al aumentar Z, porque cuanto más llena está la capa, más difícil es arrancar un electrón.

Afinidad Electrónica

Es la energía que se desprende cuando un átomo en estado gaseoso capta un electrón.

• En un grupo: La afinidad electrónica disminuye al aumentar Z, ya que es más difícil que los electrones de las capas más externas sean atraídos por el núcleo.
• En un periodo: La afinidad electrónica aumenta al aumentar Z, debido a que hay más cargas positivas en el núcleo.

Electronegatividad

Es la capacidad de un átomo para atraer hacia sí los electrones que comparte en un enlace químico. Los elementos más electronegativos son F > O > N.

• En un grupo: La electronegatividad disminuye al aumentar Z, ya que los electrones están menos atraídos por el núcleo.
• En un periodo: La electronegatividad aumenta al aumentar Z, debido a la mayor carga nuclear efectiva.

Números Cuánticos y Orbitales

• n: Número cuántico principal. Define el nivel energético y el tamaño del orbital.
• l: Número cuántico secundario. Determina la forma del orbital.
• m: Número cuántico magnético. Indica la orientación espacial del orbital.
• s: Número cuántico de espín. Representa el giro del electrón.

Tipos de Reacciones Químicas

• Combinación: A + B → AB
• Descomposición: AB → A + B
• Desplazamiento: A + BC → AC + B
• Precipitación: Conlleva la formación de productos en estado sólido.
• Ácido-base (reacciones de protones): Se forma agua y una sal.
• Redox (reacciones de electrones): Incluyen procesos de oxidación (pérdida de electrones) y reducción (ganancia de electrones).
• Combustión: Se produce CO₂ y H₂O (al añadir O₂).

Conceptos Básicos de Estequiometría

• Z = Número atómico = Número de protones = Número de electrones
• Número de neutrones = Masa atómica - Número atómico
• A = Número másico = Número de protones + Número de neutrones

Principio de Le Châtelier

• 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 (ΔH > 0).
• Si se eliminan reactivos o se añaden productos, el equilibrio se desplaza hacia la izquierda.
• Si se eliminan productos o se añaden reactivos, el equilibrio se desplaza hacia la derecha.

Ejemplo: Proceso Solvay

El proceso Solvay se utiliza para la producción industrial de carbonato de sodio (Na₂CO₃). A continuación, se describen las etapas principales:

1. CaCO₃ (s) → CaO (s) + CO₂ (g)

   La caliza (CaCO₃) se calienta para obtener óxido de calcio (CaO) y dióxido de carbono (CO₂).

2. CO₂ (g) + NH₃ (aq) + H₂O (l) → NH₄⁺ (aq) + HCO₃^- (aq)

   El dióxido de carbono se combina con amoníaco acuoso para producir iones amonio (NH₄⁺) e hidrogenocarbonato (HCO₃^-).

3. Na⁺ (aq) + HCO₃^- (aq) ←→ NaHCO₃ (s)

   Manteniendo un exceso de iones sodio (Na⁺), el equilibrio se desplaza hacia la derecha para precipitar hidrogenocarbonato de sodio (NaHCO₃).

4. 2NaHCO₃ (s) → Na₂CO₃ (s) + CO₂ (g) + H₂O (l)

   Al calentar el hidrogenocarbonato de sodio, se produce carbonato de sodio (Na₂CO₃), dióxido de carbono y agua. El CO₂ se recicla.

5. CaO (s) + 2NH₄⁺ (aq) → 2NH₃ (g) + H₂O (l) + Ca²⁺ (aq)

   El óxido de calcio reacciona con el ion amonio para producir más amoníaco, que también se recicla.

6. Ca²⁺ (aq) + 2Cl^- (aq) → CaCl₂ (s)

   Los iones cloruro (Cl^-) de la sal (NaCl) y los iones calcio (Ca²⁺) producen cloruro de calcio (CaCl₂) como producto secundario.

Resultado neto: NaCl y CaCO₃ se combinan para producir CaCl₂ y Na₂CO₃.