Estructura Atómica y Enlaces Químicos: Propiedades y Estados de la Materia

Historia de la Tabla Periódica

Inicialmente, Meyer y Mendeleev propusieron organizar los elementos basándose en sus propiedades físicas y químicas, respectivamente. La tabla de Mendeleev tuvo mayor éxito debido a que cambió el orden de algunos elementos, ignorando los valores de los pesos atómicos, y dejó huecos para elementos no descubiertos, prediciendo sus propiedades. Mendeleev publicó una tabla más completa y precisa en 1872.

En 1913, Moseley descubrió una relación lineal entre las frecuencias que emiten los átomos y su número atómico, lo que llevó a la organización actual de la tabla periódica, desarrollada por Alfred Werner y Friedrich A. Paneth.

Características de los Elementos

Energía de Ionización

Energía necesaria para arrancar un electrón a un átomo en fase gaseosa. Aumenta hacia arriba y hacia la derecha en la tabla periódica.

Afinidad Electrónica

Energía liberada por un átomo al ganar un electrón. Aumenta hacia arriba y hacia la derecha en la tabla periódica.

Electronegatividad

Fuerza de un átomo para atraer los electrones de un enlace. Aumenta hacia arriba y hacia la derecha en la tabla periódica.

Radio Atómico

Tamaño del átomo. Aumenta hacia abajo y hacia la izquierda en la tabla periódica.

Enlaces Químicos

Los átomos se unen para formar estructuras más estables, con menor energía que los átomos aislados. Esta diferencia de energía se denomina energía de enlace.

Tipos de Enlace

Enlace Iónico

Se produce entre átomos con electronegatividades muy diferentes. Se forma un catión (pierde electrón) y un anión (gana electrón). Forman cristales iónicos, sólidos a temperatura ambiente con puntos de fusión altos. Generalmente se disuelven en agua y conducen la corriente eléctrica en disolución.

Enlace Covalente

Se da entre átomos no metálicos con electronegatividades similares. Pueden formar moléculas o cristales covalentes. Las moléculas suelen ser gases o líquidos a temperatura ambiente. Los cristales son duros con puntos de fusión altos. Los compuestos covalentes no se disuelven en agua y, salvo el grafito, no conducen la corriente eléctrica.

Enlace Metálico

Se da entre átomos metálicos, formando cristales metálicos. Los átomos pierden electrones, creando una estructura de cationes con una nube de electrones que mantiene la estructura estable. Los electrones no están fijos entre dos átomos. Los compuestos metálicos son sólidos a temperatura ambiente, con puntos de fusión altos, no se disuelven en agua y conducen la corriente eléctrica tanto en estado sólido como líquido.

Elementos y Estados de Agregación

Se refiere a los estados en que se presenta la materia: sólido, líquido y gas.

Sólido: Cohesión fuerte, forma definida, no se comprime, dilatación muy pequeña, presión sobre la base.
Líquido: Cohesión débil, forma del recipiente, no se comprime, dilatación pequeña, presión sobre la base y caras.
Gas: Cohesión casi nula, forma del recipiente, se comprime, dilatación grande, presión en todo el recipiente.

Características Generales

Según su composición: Puras (un solo componente) y Mezclas (más de un componente).
Según su aspecto: Homogéneas (misma apariencia) y Heterogéneas (diferente apariencia).

Cambios de Estado

Dependen de la presión y la temperatura. Fusión y vaporización absorben calor, mientras que licuación y solidificación ceden calor. La sublimación es el paso directo de sólido a gas.

Elementos Sólidos

• Brillo: Refleja la luz.
• Transparencia: Permite el paso de la luz.
• Flexibilidad: Se dobla.
• Dureza: Resistencia a ser rayado (Escala de Mohs).
• Ductilidad: Facilidad para formar hilos.
• Maleabilidad: Facilidad para formar láminas.
• Densidad: Masa/Volumen.
• Cristalinos: Componentes ordenados.
• Amorfos: Componentes no ordenados.

Elementos Líquidos

Disolución: Mezcla homogénea y estable de dos o más sustancias.
Disolvente: Componente en mayor proporción, siempre líquido.
Soluto: Componente en menor proporción, puede ser sólido o líquido.

Fórmulas:
Concentración = soluto/disolución
%peso = (masa soluto/masa disolución) * 100
%volumen = (volumen soluto/volumen disolución) * 100
g/L = gramos soluto/litros disolución
Molalidad (M) = moles soluto/litros disolución
Moles: 1 mol NaCl = masas atómicas = 58 g/mol

Elementos Gaseosos

Son los más sensibles a los cambios de presión, volumen y temperatura. La temperatura se expresa en Kelvin (K): T(K) = C° + 273.

Leyes:
1. Ley de Gay-Lussac: V/T = constante (a presión constante).
2. Ley de Boyle-Mariotte: P*V = constante (a temperatura constante).
Combinada: (PiVi)/Ti = (PrVr)/Tr
3. Ecuación de los gases ideales: P*V = nRT.