Fundamentos Esenciales de Química General: Fórmulas, Nomenclatura y Cálculos

Conceptos Fundamentales de Química

Fórmulas y Unidades Básicas

• Densidad (d): d = m / V
• Masa (m): m = d * V
• Volumen (V): V = m / d
• Peso (W): W = m * g
• Peso Específico (γ): γ = W / V (Relación entre peso y volumen de una sustancia)
• Aceleración de la gravedad (g): g = 9.81 m/s²

Conversiones de Temperatura

• De Celsius a Fahrenheit: °F = (°C * 9/5) + 32
• De Fahrenheit a Celsius: °C = (°F - 32) * 5/9
• De Celsius a Kelvin: K = °C + 273.15

Equivalencias y Conversiones de Unidades

• 1 dL = 100 mL
• 1 kg = 1000 g
• 1 L = 1000 mL
• 1 cm³ = 1 mL
• 1 kg/m³ = 0.001 g/cm³

Definiciones Químicas Esenciales

• Una función química es un grupo de características que comparten un conjunto de compuestos con propiedades químicas análogas.
• Los niveles de estudio de la química son: observación, representación e interpretación.
• Una molécula es la partícula más pequeña de una sustancia que conserva todas sus propiedades físicas y químicas.

Nomenclatura Química

Sistemas de Nomenclatura

• Nomenclatura de Stock: Indica el estado de oxidación del elemento metálico o no metálico mediante números romanos entre paréntesis al final del nombre.
• Nomenclatura Sistemática (IUPAC): Utiliza prefijos numéricos para indicar el número de átomos de cada elemento en el compuesto.
• Nomenclatura Tradicional: Emplea sufijos y prefijos para indicar los estados de oxidación del elemento, según el número de valencias que posea:
  • 1 valencia: -ico
  • 2 valencias: -oso (menor), -ico (mayor)
  • 3 valencias: hipo-...-oso (menor), -oso (intermedia), -ico (mayor)
  • 4 valencias: hipo-...-oso (menor), -oso (intermedia 1), -ico (intermedia 2), per-...-ico (mayor)

Prefijos Numéricos Comunes

• 1 = Mono
• 2 = Di
• 3 = Tri
• 4 = Tetra
• 5 = Penta
• 6 = Hexa
• 7 = Hepta
• 8 = Octa
• 9 = Nona

Funciones Químicas Inorgánicas Principales

• Hidróxidos: M(OH)_n (Metal + grupo hidroxilo)
• Óxidos:
  • Óxido Básico: MO (Metal + Oxígeno)
  • Óxido Ácido (Anhídrido): NmO (No metal + Oxígeno)
• Hidruros: MH_n (Hidruro Metálico) o NmH_n (Hidruro No Metálico)
• Ácidos:
  • Oxiácidos: HNmO (Hidrógeno + No metal + Oxígeno)
  • Hidrácidos: HNm (Hidrógeno + No metal)
  Nota: En la nomenclatura tradicional de hidrácidos, si el no metal actúa con su valencia negativa, se añade la terminación -hídrico (ej. Ácido Clorhídrico).

Tipos de Sales

• Sales Binarias: MNm (Metal + No metal)
• Sales Ácidas: MHNm o MHNmO (Contienen hidrógeno ácido)
• Oxosales (u Oxisales): MNmO (Metal + Anión poliatómico con oxígeno)
• Sales Básicas (o Hidroxisales): M(OH)Nm o M(OH)NmO (Contienen grupos hidroxilo)
• Sales Dobles: M₁M₂NmO (Dos metales diferentes + anión)

Configuración Electrónica y Números Cuánticos

• Número Cuántico Principal (n): Indica el nivel de energía y el tamaño del orbital (el número antes de la letra en la configuración).
• Número Cuántico Secundario (l) o Azimutal: Define la forma del orbital (subnivel de energía):
  • s = 0
  • p = 1
  • d = 2
  • f = 3
• Número Cuántico Magnético (m_l): Describe la orientación espacial del orbital. Se determina según el último orbital ocupado y el subnivel de energía.
• Número Cuántico de Spin (m_s): Indica la dirección del giro del electrón:
  • +1/2 (spin hacia arriba)
  • -1/2 (spin hacia abajo)

Cálculos Estequiométricos y Propiedades

Conceptos de Mol y Avogadro

• Número de Avogadro: 1 mol = 6.022 x 10²³ partículas (átomos, moléculas, iones, etc.)
• Volúmenes de Reacción (Gases): En reacciones con gases, los volúmenes se relacionan por los coeficientes estequiométricos una vez balanceada la ecuación química.
• Número de Moles: Número de moles = masa (g) / masa molar (g/mol)

Cálculos de Composición y Pureza

• Composición Porcentual: (% de un elemento) = (masa del elemento en el compuesto / masa molar del compuesto) * 100
• Pureza Másica: (% Pureza másica) = (masa de sustancia pura / masa total de muestra) * 100
• Pureza Molar: (% Pureza molar) = (moles de sustancia pura / moles totales de muestra) * 100

Fórmulas Empírica y Molecular

• Fórmula Empírica (F.E.): Se calcula el número de moles de cada elemento y luego se dividen todos los moles por el menor valor obtenido para encontrar la proporción más simple.
• Fórmula Molecular: Se determina la F.E. y la masa molar del compuesto. Se calcula el factor X = (Masa Molar del Compuesto / Masa Molar de la F.E.). Finalmente, se multiplica el factor X por la F.E.

Reacciones Químicas

• Tipos de Reacciones: Combinación (Síntesis), Descomposición, Desplazamiento (Sustitución simple), Doble Desplazamiento (Metátesis), Óxido-Reducción (Redox).
• Reactivo Limitante: Se balancea la ecuación, se convierten las masas de los reactivos a moles, y se dividen por sus respectivos coeficientes estequiométricos. El reactivo que produce la menor cantidad de producto (o tiene el menor cociente) es el limitante; el otro es el reactivo en exceso.

Disoluciones y Concentraciones

• Efecto de la Presión en la Solubilidad (Ley de Henry): C = kP, donde C es la concentración molar del gas disuelto, k es la constante de Henry (mol/L·atm) y P es la presión parcial del gas.
• Porcentaje Peso-Peso (% p/p): (% p/p) = (masa de soluto en g / masa de disolución en g) * 100. La masa de disolución es la masa del soluto + la masa del disolvente.
• Porcentaje Peso-Volumen (% p/v): (% p/v) = (masa de soluto en g / volumen de disolución en mL) * 100.
• Partes Por Millón (PPM): PPM = (mg de soluto / volumen de disolución en L).
• Fracción Molar (X): X_i = (moles del componente i / moles totales de todos los componentes).
• Molalidad (m): m = (moles de soluto / masa de disolvente en kg).
• Molaridad (M): M = (moles de soluto / volumen de disolución en L).