Fundamentos Esenciales de Química: Leyes, Modelos Atómicos y Reacciones Químicas

Leyes Fundamentales de la Química

Leyes Ponderales

Ley de la Conservación de la Masa

En toda reacción química, la masa total de los reactivos es igual a la masa total de los productos.

Ley de las Proporciones Definidas

Las masas de los elementos en un compuesto de formación guardan una misma proporción en masa.

Modelos Atómicos

Los modelos atómicos describen la estructura interna del átomo a lo largo de la historia de la química:

• Modelo de Dalton (1808): El átomo es una partícula indivisible.
• Modelo de Thomson (1897): Los electrones se mueven en una esfera cargada positivamente.
• Modelo de Rutherford (1911): La carga positiva está concentrada en el núcleo y los electrones giran en la corteza en órbitas circulares.
• Modelo de Bohr: Los electrones solo pueden girar en órbitas permitidas a distancias determinadas del núcleo.
• Modelo Actual (Mecánicocuántico): Desarrollado por Heisenberg y Schrödinger, describe la probabilidad de encontrar el electrón en una región del espacio.

Reacciones Químicas

Clasificación de las reacciones químicas según su mecanismo:

Reacción de Descomposición

Un solo reactivo genera varios productos. Ejemplo: 2H₂O → 2H₂ + O₂

Reacción de Sustitución

Parte de algún reactivo se sustituye por otro procedente de otro reactivo. Ejemplo: NaCl + AgNO₃ → AgCl + NaNO₅

Reacción de Neutralización

Un ácido reacciona con una base, obteniéndose sal y agua (H₂O). Ejemplo: HCl + NaOH → NaCl + H₂O

Reacción Redox o de Oxidación-Reducción

Hay un intercambio de electrones entre los elementos de los reactivos. Ejemplo: 2Mg + O₂ → 2MgO

Configuración Electrónica y Orbitales

Un Orbital es una zona del espacio que rodea al núcleo en la cual existe una alta probabilidad de encontrar al electrón.

• Orbital tipo S: Esférico.
• Orbital tipo P: Bilobular.

Energía en las Reacciones Químicas

En toda reacción se produce un cambio energético, manifestado como absorción o emisión de energía:

• Reacciones Exotérmicas: Se produce un desprendimiento de energía.
• Reacciones Endotérmicas: Se absorbe energía.

Cinética Química: Velocidad de Reacción

La Velocidad de Reacción es la cantidad de reactivo que se transforma por unidad de tiempo. Existen reacciones rapidísimas (generalmente entre gas y líquido) y otras más lentas (como la oxidación del oro).

Factores que Afectan la Velocidad de Reacción

La velocidad de reacción depende de los siguientes factores:

• Temperatura
• Agitación y mezcla
• Concentración
• Presión
• Superficie de contacto
• Presencia de catalizadores

El Papel de la Temperatura y la Concentración

La temperatura aumenta la velocidad. La Teoría de las Colisiones explica que, al aumentar la temperatura, aumenta la velocidad de las partículas y, por lo tanto, se producen más choques por unidad de tiempo. A mayor concentración de una disolución, mayor es la proximidad de las partículas de soluto y, por ende, mayor es el número de choques entre ellas.

Catalizadores

Un Catalizador es una sustancia que no es reactivo ni producto, pero varía la velocidad de reacción. En general, los catalizadores aumentan la velocidad de reacción, aunque también hay catalizadores que la disminuyen.

Isótopos

Los Isótopos son átomos del mismo elemento con distinto número de neutrones.

Sistema Periódico de los Elementos

El Sistema Periódico es una ordenación de los elementos químicos en periodos y familias de manera que tengan propiedades comunes. Los elementos se ordenan por número atómico.

• Periodo (Fila): Contiene los elementos cuyos átomos tienen el mismo número de capas electrónicas.
• Grupo o Familia (Columna): Contiene los elementos que tienen el mismo número de electrones en su última capa y, por lo tanto, tienen propiedades químicas parecidas.

Números Cuánticos

Los Números Cuánticos describen el estado del electrón en el átomo:

• Número Cuántico Principal (n): Indica el nivel de energía (n = 1, 2, 3, 4...).
• Número Cuántico Secundario o Azimutal (l): Indica la forma del orbital (l = 0, 1, 2...).
• Número Cuántico Magnético (m): Indica la orientación espacial del orbital (m = -l, -l+1... 0... l-1, l).
• Número Cuántico de Spin (s): Indica el giro del electrón (s = +½ o s = -½).

Enlace Covalente

El Enlace Covalente consiste en la unión de átomos no metálicos que comparten pares de electrones. Hay dos tipos principales:

Compuestos Covalentes Moleculares

• Formados por moléculas que son agregados de átomos unidos mediante enlaces covalentes.
• Puntos de fusión y ebullición bajos (↓).
• Pueden estar en los tres estados de la materia.
• Son blandos y poco solubles en H₂O.

Compuestos Covalentes Reticulares

• Forman redes cristalinas.
• Puntos de fusión y ebullición altos.
• No son solubles.