Conceptos Fundamentales de Química: Números Cuánticos, Sustancias, Mezclas y Soluciones

Números Cuánticos y Estructura Atómica

Para conocer la ubicación de uno de los electrones que se encuentra en un átomo, se usan cuatro números cuánticos:

• Número cuántico principal (n): Describe el nivel de energía principal que ocupa el electrón.
• Número cuántico azimutal (l): Indica el subnivel energético del electrón y la forma del orbital.
• Número cuántico magnético (m): Describe la orientación del orbital en el espacio.
• Número cuántico de espín (ms): Describe el giro del electrón sobre su propio eje.

Sustancias Puras, Elementos y Compuestos

Sustancia pura: Es aquella que no puede descomponerse en otras más simples por métodos físicos.

• Elemento: Sustancia pura que no puede descomponerse en otras sustancias más simples por métodos químicos.
• Compuesto: Sustancia pura que se forma por la combinación química de dos o más elementos en proporciones definidas.

Mezclas: Homogéneas y Heterogéneas

Una mezcla es una combinación física de dos o más componentes que no están unidos químicamente.

• Mezclas homogéneas: Son aquellas mezclas en las que sus componentes no se pueden diferenciar a simple vista.
• Mezclas heterogéneas: Son aquellas que poseen una composición no uniforme en la cual se pueden distinguir sus componentes a simple vista o con ayuda de un microscopio.

Tipos de Mezclas

• Disoluciones: Son mezclas homogéneas con un tamaño de partícula igual al de un átomo o molécula pequeña (menor a 1 nm).
• Suspensiones: Son mezclas heterogéneas que sedimentan cuando están en reposo. Sus partículas son mayores a 1000 nm.
• Coloides: Son mezclas intermedias entre las homogéneas y las heterogéneas. Sus partículas tienen un tamaño de 1 a 1000 nanómetros de diámetro.
• Emulsiones: Son suspensiones coloidales de un líquido en otro inmiscible.

Solubilidad y Factores que la Afectan

Solubilidad: Es la cantidad máxima de un soluto que puede disolverse en una cantidad dada de solvente a una temperatura específica.

Factores que afectan la solubilidad

• Superficie de contacto: La interacción soluto-solvente aumenta cuando hay mayor superficie de contacto entre ellos.
• Agitación: Al agitar la solución, se facilita la disolución del soluto al separar las capas de disolución que se forman alrededor de él.
• Temperatura: Al aumentar la temperatura, se favorece el movimiento de las moléculas, lo que aumenta la energía cinética de las partículas del soluto y facilita su disolución.
• Presión: La presión influye principalmente en la solubilidad de los gases y es directamente proporcional a ella.

Concentración de las Soluciones

Concentración: Indica la cantidad de soluto contenida en una determinada cantidad de solución o solvente.

Formas de expresar la concentración

• Porcentaje masa/volumen (% m/v): Indica la masa en gramos de soluto por cada 100 ml de solución.
• Porcentaje masa/masa (% m/m): Indica la masa en gramos del soluto por cada 100 g de solución.
• Porcentaje en volumen (% v/v): Indica el volumen de soluto por cada 100 ml de solución.
• Partes por millón (ppm): Es una unidad de medida que se utiliza para expresar concentraciones muy bajas.

Tipos de Sistemas Coloidales

• Soles: Los soles liófobos son relativamente inestables (o metaestables).
• Aerosoles: Los aerosoles se definen como sistemas coloidales de partículas líquidas o sólidas dispersas en un gas.
• Geles: La formación de los geles se llama gelación. En general, la transición de sol a gel es un proceso gradual.

Propiedades de los Coloides

• Adsorción: Debido a su tamaño, las partículas coloidales tienen una relación área/masa extremadamente grande, lo que las hace excelentes adsorbentes.
• Efecto Tyndall: Consiste en que un haz luminoso se hace visible cuando atraviesa un sistema coloidal. Esto se debe a que las partículas coloidales dispersan la luz.
• Movimiento browniano: Es el movimiento aleatorio y desordenado que se observa en las partículas coloidales, causado por el bombardeo de las moléculas del medio dispersante. Un ejemplo de este fenómeno es el movimiento observado en partículas de polvo suspendidas en el aire.

Propiedades Coligativas

Las propiedades coligativas son aquellas propiedades físicas de las soluciones que dependen únicamente del número de partículas de soluto presentes y no de la naturaleza del soluto.

• Disminución de la presión de vapor: Es la presión ejercida por un vapor en equilibrio con su fase líquida. La presencia de un soluto no volátil disminuye la presión de vapor del solvente.
• Descenso del punto de congelación: Es la temperatura a la cual se comienzan a formar los primeros cristales de solvente puro en equilibrio con la solución. La adición de un soluto disminuye el punto de congelación de la solución.
• Aumento del punto de ebullición: Es la temperatura a la cual la presión de vapor de un líquido iguala la presión externa. El aumento en el punto de ebullición de una solución es directamente proporcional al número de partículas de soluto disueltas.
• Ósmosis: Es un proceso especial de difusión que consiste en el paso de un solvente a través de una membrana semipermeable desde una región de menor concentración de soluto hacia una de mayor concentración.