Fundamentos de Enlaces Químicos y Propiedades Atómicas: Estructura y Energía

Fundamentos de Química: Enlaces y Propiedades Atómicas

Propiedades Periódicas Fundamentales

Radio Atómico

Mitad de la distancia que une a dos átomos iguales en un enlace covalente.

Radio Iónico

Radio del átomo cuando ha perdido o ganado electrones, adquiriendo la estructura de gas noble (catión X⁺ / anión X^-).

Energía de Ionización

Energía necesaria para extraer un electrón (e-) de un átomo neutro en estado gaseoso y formar un catión.

Afinidad Electrónica

Energía intercambiada cuando un átomo gaseoso captura un electrón (e-) y forma un anión.

Electronegatividad (EN)

Mide la tendencia de un átomo a atraer los electrones de otros átomos con los que está enlazando.

Tipos de Enlaces Químicos

Enlace Iónico

Es la fuerza de energía electrostática que mantiene unidos a iones de signo opuesto. Se da entre elementos de distinta electronegatividad (EN).

Enlace Covalente

Es la unión de átomos mediante la compartición de pares de electrones por solapamiento de orbitales atómicos, formando un compuesto estable.

Enlace Metálico

Se origina entre metales y en él se comparten todos sus electrones externos (modelo del mar de electrones).

Conceptos Energéticos en Compuestos Iónicos

Índice de Coordinación

Es el número de iones de signo opuesto que rodean a un ion central en la red cristalina.

Energía Reticular

Energía desprendida cuando se forma un mol de compuesto iónico a partir de sus iones en estado gaseoso.

Ciclo de Born-Haber

Ciclo termodinámico en el que se suman todas las energías que entran en juego en la formación del compuesto iónico.

Teoría del Enlace de Valencia (TEV)

La Teoría del Enlace de Valencia afirma, conforme al principio de exclusión de Pauli, que para que dos átomos se unan, los espines de los electrones deben ser contrarios (dando lugar a enlaces sigma ($σ$) y pi ($π$)).

Estructura y Propiedades de Sólidos

Estructura Cristalina del NaCl

Cálculo de la estequiometría en la celda unidad de Cloruro de Sodio (NaCl), estructura cúbica centrada en las caras (FCC):

• Iones Na$^+$: $6 \times 1/2$ (caras) $+ 8 \times 1/8$ (vértices) $= 4$ Na$^+$
• Iones Cl$^-$: $1$ (centro) $+ 12 \times 1/4$ (aristas) $= 4$ Cl$^-$
• Fórmula estequiométrica: NaCl (4 unidades por celda).

Propiedades de Compuestos Iónicos

Los compuestos iónicos presentan las siguientes características:

• Sólidos a temperatura ambiente.
• Puntos de fusión y ebullición altos.
• No conducen la electricidad en estado sólido, pero sí en estado líquido o disueltos.
• Gran dureza, pero son frágiles.
• Resistentes a la dilatación.
• Solubles en disolventes polares, como el agua.

Propiedades de Compuestos Metálicos

Los metales se caracterizan por:

• Gran conductividad eléctrica.
• Alta conductividad térmica.
• Brillo metálico.
• Tenacidad.
• Dúctiles y maleables.
• Puntos de fusión y ebullición variables.

Teoría de Bandas

La Teoría de Bandas permite explicar fenómenos como la semiconductividad:

• Banda de Valencia: Última banda de energía que está completamente llena de electrones.
• Banda de Conducción: Banda de energía por la que los electrones pueden desplazarse libremente, permitiendo la conducción eléctrica.

Propiedades de Compuestos Covalentes

Covalente Molecular

• Gases o líquidos a temperatura ambiente.
• Solubles en disolventes apolares.
• Son blandos.
• No son conductores eléctricos (solo en estado líquido si hay autoionización).
• Puntos de fusión y ebullición bajos.
• Son volátiles.

Covalente Tridimensional (Redes Covalentes)

• Sólidos a temperatura ambiente.
• No son solubles.
• Muy duros.
• No conducen la electricidad, a excepción del grafito.
• Puntos de fusión y ebullición muy altos.

Fuerzas Intermoleculares

Fuerzas de Van der Waals

Incluyen tres tipos de interacciones:

1. Interacciones Dipolo-Dipolo (o fuerzas de Keesom).
2. Interacciones Dipolo-Dipolo Inducido (o fuerzas de Debye).
3. Fuerzas de Dispersión (o fuerzas de London).

Puente de Hidrógeno

Interacción que se establece entre un átomo de hidrógeno unido a un elemento A muy electronegativo (N, O, F), y un segundo átomo B, que también es muy electronegativo, que posee al menos un par de electrones libres que le permiten actuar como base.

Evolución Histórica de la Clasificación de Elementos

La organización de los elementos químicos ha pasado por varias etapas clave:

• Döbereiner: Ordenó los elementos en Triadas.
• John Newlands: Basándose en sus conocimientos musicales, propuso las Octavas de Newlands.
• Lothar Meyer y Dmitri Mendeléyev: Basándose en el volumen atómico y las propiedades químicas, respectivamente, sentaron las bases de la tabla actual.
• Moseley: Estudió los espectros de emisión de rayos X, confirmando que el número atómico (Z) es la propiedad fundamental para la ordenación periódica.