Conceptos Clave de Termodinámica, Estructura Atómica y Enlaces Químicos

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Conceptos de Termodinámica

Calor Específico

El calor específico de una sustancia es la cantidad de energía que hay que proporcionar a 1 kg de esta para elevar su temperatura en 1 K (Kelvin).

Calor Latente

El calor latente es la cantidad de energía térmica que se transfiere a 1 kg de masa de una sustancia pura para cambiar su estado (por ejemplo, de sólido a líquido o de líquido a gas) a una presión determinada y a la temperatura constante de cambio de estado.

Máquina Térmica

Las máquinas térmicas son dispositivos que pueden transformar la energía térmica (calor) en otras formas de energía, como la energía eléctrica o la energía mecánica (trabajo).

Estructura Atómica Fundamental

Número Atómico (Z)

El número atómico (Z) es el número de protones que tiene un átomo en su núcleo. Este número define al elemento químico.

Número Másico (A)

El número másico (A) es la suma del número de protones y neutrones presentes en el núcleo de un átomo.

Isótopos

Los isótopos son átomos de un mismo elemento químico (mismo número atómico Z) que tienen distinto número de neutrones y, por lo tanto, diferente número másico (A).

Iones

Los iones son átomos o grupos de átomos a los que les faltan o les sobran electrones en comparación con el estado neutro, y que, por lo tanto, poseen una carga eléctrica neta. Si faltan electrones, la carga es positiva (cationes); si sobran electrones, la carga es negativa (aniones).

Modelos Atómicos

Modelo Atómico de Thompson

El modelo atómico de Thompson es una teoría sobre la estructura atómica propuesta por J.J. Thompson, descubridor del electrón. Según este modelo, el átomo consiste en una esfera de materia con carga positiva uniforme, en la cual se encuentran incrustados los electrones de carga negativa, de manera similar a las pasas en un pudín.

Modelo Atómico de Rutherford

En el modelo atómico de Rutherford, propuesto tras su experimento de la lámina de oro, se diferencian dos partes principales en el átomo:

  • Núcleo: Una región central muy pequeña y densa, formada por protones (carga positiva) y neutrones (sin carga), donde se concentra casi toda la masa del átomo y toda su carga positiva.
  • Corteza electrónica: Una región mucho más grande alrededor del núcleo, constituida por los electrones (carga negativa) que giran en órbitas alrededor de él.

Modelo Atómico de Bohr

El modelo atómico de Bohr (aplicado principalmente al átomo de hidrógeno) introduce postulados cuánticos:

  1. Existe un cierto número de órbitas circulares estables (niveles de energía) permitidas para el electrón, en las cuales este se desplaza a gran velocidad sin emitir energía radiante.
  2. El electrón posee en cada órbita permitida una energía determinada y cuantificada, que es mayor cuanto más alejada esté la órbita del núcleo.
  3. El electrón no radia energía mientras permanece en una órbita estable. Solo emite o absorbe energía en forma de fotón cuando salta de una órbita permitida a otra. Si cae de un nivel superior a uno inferior, emite energía; si salta a un nivel superior, absorbe energía.

Enlaces Químicos

Enlace Covalente

El enlace covalente se produce generalmente entre átomos de elementos no metálicos (con electronegatividades similares o altas). En este tipo de enlace, los átomos no ceden ni ganan electrones de forma neta, sino que comparten uno o más pares de electrones entre sí para alcanzar una configuración electrónica más estable (generalmente, la de gas noble). Los diagramas de Lewis son una herramienta útil para representar los electrones de valencia y la formación de estos enlaces.

Enlace Iónico

El enlace iónico se produce típicamente entre átomos de elementos metálicos (baja electronegatividad, tendencia a perder electrones) y átomos de elementos no metálicos (alta electronegatividad, tendencia a ganar electrones). Ocurre una transferencia de electrones: los átomos metálicos ceden electrones convirtiéndose en cationes (iones positivos), y los átomos no metálicos los aceptan, convirtiéndose en aniones (iones negativos). El enlace consiste en la fuerte atracción electrostática entre estos iones de carga opuesta, que se ordenan formando redes cristalinas.

Propiedades características de los compuestos iónicos:

  • Son sólidos cristalinos a temperatura ambiente.
  • Poseen elevados puntos de fusión y ebullición.
  • Presentan gran dureza.
  • Son frágiles (se rompen fácilmente al ser golpeados).
  • Son malos conductores de la electricidad en estado sólido, pero buenos conductores cuando están fundidos (líquidos) o disueltos en disolventes polares como el agua.
  • Suelen ser muy solubles en agua y otros disolventes polares.

Enlace Metálico

El enlace metálico se produce entre átomos de elementos metálicos. En este modelo, los átomos metálicos ceden sus electrones de valencia, los cuales se deslocalizan y forman una "nube" o "mar" de electrones de carga negativa que se mueve libremente a través de toda la estructura. Los átomos metálicos se convierten en cationes que quedan ordenados en una red cristalina y se mantienen unidos por la atracción electrostática ejercida por esta nube electrónica circundante.

Propiedades características de los metales:

  • Son generalmente sólidos a temperatura ambiente (excepto el mercurio) y bastante duros (aunque con variaciones significativas).
  • Son excelentes conductores de la electricidad (debido a la movilidad de los electrones).
  • Son excelentes conductores térmicos.
  • Presentan un brillo metálico característico cuando su superficie está pulida.
  • Son dúctiles (pueden estirarse para formar hilos) y maleables (pueden deformarse para formar láminas).

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