Conceptos Esenciales de Química: Termodinámica, Enlace Químico y Estructura Molecular

Fundamentos de Termodinámica y Equilibrio Químico

• Proceso Endotérmico ($\Delta H > 0$): El sistema absorbe calor ($Q$). Un aumento de la temperatura ($T$) favorecerá el avance de la reacción o el desplazamiento del equilibrio hacia la formación de los productos.
• Proceso Exotérmico ($\Delta H < 0$): El sistema desprende calor ($Q$). Un aumento de la temperatura ($T$) dificultará el avance de la reacción o desplazará el equilibrio hacia la formación de los reactivos.

Estructura Molecular y Enlace Químico

Geometría Molecular y Polaridad

Teoría de Repulsión de Pares de Electrones de la Capa de Valencia (TRPECV)

Supone que la geometría molecular adoptada es aquella que minimiza las repulsiones electrostáticas entre los pares de electrones de valencia.

Hibridación del Átomo Central

Supone que a partir de los Orbitales Atómicos (OA) se forman Orbitales Híbridos (OH) por combinación de los primeros. Se forman tantos OH como OA se combinan, y todos tienen la misma forma y energía. Para determinarla, se representa el nivel de valencia en sus correspondientes orbitales y se evalúa si los electrones ($e^-$) necesitan promocionar o no.

Polaridad Molecular

Para deducir la polaridad, se estudia en primer lugar la polaridad del enlace (la flecha dirigida hacia el átomo más electronegativo, formando cargas parciales $\delta^-$ y $\delta^+$). A continuación, junto con la geometría molecular, se estudia el momento dipolar resultante del enlace.

Fuerzas Intermoleculares

• Fuerzas de Dispersión de London: Se deben a la formación de un dipolo instantáneo.
• Fuerzas de Keesom (Dipolo-Dipolo): Ocurren entre moléculas polares que han formado dipolos permanentes.
• Enlaces de Hidrógeno: Fuerzas muy débiles entre… que le confieren gran estabilidad.

Propiedades Periódicas y Enlace Iónico

Radio Atómico

Mitad de la distancia entre los centros de dos átomos iguales que forman una molécula diatómica.

Energía de Ionización ($E_{ioniz}$ o $EI$)

Energía mínima que hay que proporcionar a un átomo neutro en estado gaseoso o fundamental para arrancar un electrón de su corteza.

Afinidad Electrónica ($AE$)

Energía liberada cuando un átomo neutro en estado gaseoso o fundamental capta un electrón, formando un anión.

Electronegatividad ($EN$)

Tendencia de un átomo a captar el par de electrones compartidos en un enlace.

Enlace Iónico

Unión química que se establece entre un elemento de baja electronegatividad ($EN$) y otro de alta $EN$.

Energía Reticular ($E_{ret}$)

Energía que hay que comunicar a un mol de un compuesto iónico para que sus iones se separen a una distancia tal que dejen de interaccionar. Cuanto más estable es el compuesto, mayor es la energía reticular. La $E_{ret}$ es directamente proporcional a la carga de los iones e inversamente proporcional al radio iónico.

Teorías del Enlace Químico y Principios Cuánticos

Teorías Fundamentales del Enlace

• Teoría de Lewis: La transferencia o compartición de electrones de valencia ($e^-$) en la formación de enlaces conlleva la consecución de configuraciones electrónicas más estables, habitualmente de gas noble ($ns^2np^6$), conocida como la Regla del Octeto.
• Teoría del Enlace de Valencia (TEV): Explica la formación de enlaces basándose en el solapamiento de los orbitales externos de los átomos involucrados.
• Teoría de Orbitales Moleculares (TOM): Explica la formación de enlaces a partir de la combinación lineal de los diagramas de energía de los orbitales atómicos. Permite explicar la estabilidad de configuraciones electrónicas y propiedades (como el magnetismo) no comprensibles mediante otras teorías.
• Teoría de Bandas: Es una extensión de la Teoría de Orbitales Moleculares (OM). Considera la coexistencia de muchos átomos ($n$) que originan un elevado número ($n$) de Orbitales Moleculares (OM) muy próximos en energía ($E$). Esto resulta en la formación de bandas continuas de energía.

Principios Fundamentales de la Mecánica Cuántica

• Principio de Exclusión de Pauli: Dos electrones en un átomo no pueden tener los cuatro números cuánticos iguales. En cada orbital se alojan dos electrones con espín contrario ($e^-$ apareados).
• Principio de Aufbau: La configuración electrónica fundamental se obtiene llenando los orbitales en orden creciente de energía ($E$).
• Regla de Hund: Para una configuración electrónica dada, el estado más estable es el que tenga el máximo número de electrones desapareados (máxima multiplicidad).