Fundamentos de Química: Estados de Agregación, Propiedades y Tabla Periódica

Estados de Agregación de la Materia

La materia puede presentarse en diferentes estados, cada uno con propiedades distintivas:

• Líquido a Sólido: Solidificación
• Sólido a Líquido: Fusión
• Sólido a Gas: Sublimación
• Gas a Sólido: Cristalización
• Líquido a Gas: Vaporización
• Gas a Líquido: Licuación

Propiedades de las Sustancias y Enlaces Químicos

Las propiedades de las sustancias están intrínsecamente ligadas a su estructura y a los enlaces que mantienen unidos a sus átomos.

Valencia y Enlaces Químicos

• Valencia: Determinada por los electrones en la última capa (electrones de valencia).
• Enlace Químico: Mecanismo por el cual los átomos se unen. Los tipos principales son:
  • Iónico: Implica la transferencia de electrones entre átomos, generalmente entre un metal y un no metal.
  • Covalente y Metálico: Implican la compartición de electrones.

Iones

• Catión: Ion con carga positiva (+), formado por la pérdida de electrones.
• Anión: Ion con carga negativa (-), formado por la ganancia de electrones.
• Anfolitos: Sustancias que pueden actuar como ácidos o bases (N).

Atracciones Intermoleculares

Estas fuerzas influyen en las propiedades físicas de las sustancias:

• Fuerza de London (o fuerzas de dispersión de London)
• Estructura de Lewis
• Fuerza ion-ion
• Fuerza ion-dipolo
• Fuerza ion-dipolo inducido
• Fuerzas hidrofóbicas

La Tabla Periódica: Organización y Elementos

La tabla periódica organiza los elementos químicos según sus propiedades y estructura atómica.

Organización y Clasificación

• Elementos: Pueden ser naturales o sintéticos.
• Ubicación: Organizados en grupos (columnas), periodos (filas) y familias.
• Bloques: La tabla se divide en bloques según el orbital en el que se encuentran los electrones de valencia: s (2 electrones), p (6 electrones), d (10 electrones), f (14 electrones).
• Tipos de Elementos: Metales, no metales, metaloides y anfolitos.
• Propiedades: Algunos elementos son radiactivos y otros no.

Metales Comunes y Familias Químicas

Metales como el oro, la plata, el cobre y el mercurio pueden extraerse de la corteza terrestre.

• Familia I: Metales Alcalinos (tienden a ceder electrones y formar sales).
• Familia II: Metales Alcalinotérreos (se extraen de la tierra).
• Familias III-XII: Metales de Transición.
• Familia III-A: Grupo del Boro.
• Familia IV-A: Grupo del Carbono.
• Familia V-A: Grupo del Nitrógeno.
• Familia VI-A: Grupo del Oxígeno.
• Familia VII-A: Halógenos.
• Familia VIII: Gases Nobles.

Características de Metales y No Metales

• Metales: Tienden a ceder electrones; pueden ser corrosivos.
• No Metales: Tienden a aceptar electrones; forman óxidos y ácidos; generalmente no conducen la electricidad.

El Lenguaje de la Química

La química utiliza un lenguaje preciso para describir la materia y sus transformaciones.

Preguntas Fundamentales y Respuestas

• ¿Cómo estudia la química el comportamiento de la materia?
  R: Mediante el uso de diferentes parámetros y modelos.
• ¿Cuáles son las propiedades extensivas de la materia?
  R: Las que dependen de la cantidad de materia, también llamadas propiedades aditivas (ej. masa, volumen).
• ¿Cuáles son las propiedades intensivas de la materia?
  R: Las que no dependen de la cantidad de materia, también llamadas propiedades no aditivas (ej. densidad, punto de ebullición).

Componentes del Lenguaje Químico

• Fórmula química
• Nombre de elemento
• Nomenclatura (sistemas de nombres)
• Reacción química
• Símbolos químicos
• Ecuación química

Reacciones y Ecuaciones Químicas

• Reacción Química: Proceso mediante el cual una o más sustancias (reactivos) se transforman en productos.
• Ecuación Química: Representación gráfica de un cambio o reacción química.

Ácidos y Bases: Propiedades y Escala de pH

Los ácidos y las bases son clases fundamentales de compuestos químicos con propiedades opuestas.

Propiedades de Ácidos y Bases

• Ácidos: Tienen sabor agrio, vuelven el papel tornasol rojo, reaccionan con bases en la neutralización. Se caracterizan por la presencia de iones H+.
• Bases: Tienen sabor amargo, tacto jabonoso, vuelven el papel tornasol azul, reaccionan con ácidos en la neutralización. Se caracterizan por la presencia de iones OH-.

Escala de Acidez (pH)

• pH: Mide la acidez o basicidad de una solución.
• Escala: Va de 0 a 14.
  • Ácido: pH de 0 a 7.
  • Neutro: pH de 7.
  • Base: pH de 7 a 14.

Nota: pH = -log[H+]

Nota: pOH = -log[OH-]

Clasificación de Compuestos

• Orgánicos: Generalmente derivados del carbono, muchos son consumibles (ej. derivados de jugos).
• Inorgánicos: Compuestos que no se basan principalmente en el carbono.

Nomenclatura y Formación de Compuestos Químicos

Existen diferentes sistemas para nombrar los compuestos químicos.

Óxidos Metálicos

Formados por la reacción de un metal con oxígeno.

Metal + Oxígeno → Óxido Metálico

• Nomenclatura Ginebra: Anhídrido + Nombre del No Metal + Sufijo (Oso/Ico).
• Nomenclatura IUQPA: Óxido + Nombre No Metal + Número de oxidación (en números romanos).
• Reglas de Sufijos: Oso (menor número de oxidación), Ico (mayor número de oxidación).

Hidróxidos

Formados por la reacción de un óxido con agua.

Óxido + Agua → Hidróxido

• Nomenclatura Ginebra: Hidróxido + Nombre del Metal + Terminación (Oso/Ico).
• Nomenclatura IUQPA: Hidróxido + Nombre del Metal + Número Romano (indicando el estado de oxidación).

Sales

Compuestos formados por la reacción de un ácido y una base, o por la combinación de un metal y un no metal.

(Metal + No Metal)

Nomenclatura: No Metal + Terminación 'uro' + Nombre del Metal.

Oxisales

Sales derivadas de ácidos que contienen oxígeno.

• Reglas de Sufijos: Oso → Ito, Ico → Ato.

Sales Hidratadas

Sales que contienen moléculas de agua en su estructura cristalina.

Nomenclatura: Función Química + Número de Molécula de Agua + Prefijo (Mono, Di, Tri, etc.) + Hidrato/Hidratado.

Mezclas y Concentraciones

Las mezclas son combinaciones físicas de sustancias, y su concentración se expresa de diversas maneras.

Porcentajes en Mezclas

• % p/p (porcentaje masa/masa): (Gramos de soluto / Gramos de disolución) * 100
• % p/v (porcentaje masa/volumen): (Gramos de soluto / Mililitros de disolución) * 100
• % v/v (porcentaje volumen/volumen): (Mililitros de soluto / Mililitros de disolución) * 100