Fundamentos Esenciales de Química: Definiciones Clave, Estructura Atómica y Leyes de los Gases

Conceptos Fundamentales de la Estructura Atómica

Número Atómico (Z)

Es el número que caracteriza a cada elemento químico. Es decir, todos los átomos que tienen número atómico 6 corresponden siempre a átomos de carbono.

Elemento Químico

Aquella sustancia que no puede descomponerse en otras más simples, manteniendo sus propiedades físicas o químicas.

Isótopos

Son átomos de un mismo elemento químico; es decir, tienen el mismo número de protones en el núcleo, pero se diferencian en el número de neutrones.

Configuración Electrónica

Distribución de los electrones en los distintos orbitales alrededor de un núcleo. Cada uno de estos orbitales está definido por un número llamado número cuántico, que indica la energía que tiene cada orbital. Los electrones van ocupando orbitales de menor a mayor energía siguiendo el Diagrama de Möller.

Electrones de Valencia (e-)

Son aquellos electrones que se encuentran en la capa o nivel energético de mayor energía. Son los responsables de los enlaces químicos, ya que son los electrones que se ceden, se ganan o se comparten. Proporcionan las valencias de cada elemento químico.

Enlaces Químicos

La forma de máxima estabilidad (y, por lo tanto, de menor energía) para los átomos es tener 8 electrones en su último nivel energético (estructura de gas noble). Para alcanzar esta estabilidad, los átomos ganan, pierden o comparten electrones del último nivel energético, dando lugar a las valencias de los elementos.

Estados de la Materia y Sustancias

Gases Nobles

Los gases nobles son elementos estables y, por lo tanto, generalmente no forman compuestos. En la naturaleza, la materia se puede encontrar como:

• Átomos aislados: He, Ne, Ar, etc.
• Moléculas:
  • Sustancias simples (ej. O₂)
  • Sustancias compuestas (ej. CH₄)
• Cristales:
  • Simples (ej. Fe, Au, Ag, Mg, etc.)
  • Compuestos (ej. NaCl, SiO₂)

Sistema Periódico

Clasificación de los elementos químicos en una tabla. Fue establecido por Dmitri Mendeléyev.

Conceptos Cuantitativos en Química

Masa Molecular

Es la masa de una molécula de un compuesto.

Mol

Cantidad de sustancia que contiene $6.022 imes 10^{23}$ partículas fundamentales (Número de Avogadro).

Masa Molar

Masa de un mol de partículas fundamentales. Numéricamente coincide con la masa molecular, pero su unidad es el g/mol.

Leyes de los Gases Ideales

Ley de Gay-Lussac

P₁/T₁ = P₂/T₂

Ley de Boyle-Mariotte

P₁ · V₁ = P₂ · V₂

Ley de Charles

V₁/T₁ = V₂/T₂

Teoría Cinético-Molecular (TCM)

Es una teoría que explica las propiedades de los gases, suponiendo que estas sustancias están constituidas por átomos y moléculas que se encuentran en continuo movimiento.

Postulados de la Teoría Cinético-Molecular de los Gases

1. Los gases están formados por moléculas muy pequeñas y muy alejadas unas de otras. La mayor parte del volumen ocupado por un gas es espacio vacío.
2. Las moléculas de los gases están en continuo movimiento en todas las direcciones, colisionando continuamente entre sí y con las paredes del recipiente. Estos últimos choques son la causa de la presión que ejerce un gas.
3. Los choques entre moléculas son elásticos; es decir, no hay pérdida de energía, por lo que la energía total del sistema permanece constante.
4. La energía cinética media de las moléculas es directamente proporcional a la temperatura absoluta.

Procesos y Sustancias

Proceso Físico

Es aquel que no modifica la naturaleza ni la composición química de la sustancia.

Proceso Químico (Reacción Química)

Es aquel en el que se modifica la naturaleza de la sustancia. Inicialmente tenemos una sustancia y al final aparece otra distinta con propiedades diferentes.

Sustancia Química o Pura

Es aquella que tiene unas propiedades características definidas (densidad, temperatura de fusión, temperatura de ebullición).

Sustancias Simples

Están formadas por un solo tipo de átomo (un único elemento químico).

• Monoatómicas (ej. He, Ne)
• Diatómicas (ej. O₂, N₂)
• Triatómicas (ej. O₃)

Sustancias Compuestas

Son aquellas formadas por la combinación de dos o más elementos en una proporción fija. Los compuestos pueden descomponerse en sustancias simples mediante procesos químicos.

Mezclas

Son dos o más sustancias puras que se combinan sin reaccionar químicamente entre sí.

• Mezcla Homogénea: Aquella que presenta una sola fase; es decir, no se distinguen los componentes que la forman, ni siquiera con el microscopio (ej. disoluciones).
• Mezcla Heterogénea: Es aquella que presenta más de una fase, permitiendo observar los distintos compuestos que la forman (ej. agua y aceite).