Fundamentos de Química: Átomos, Partículas, Mol y Estructura Electrónica

Partículas Fundamentales y Estructura Atómica

El átomo es la menor cantidad de un elemento químico que conserva las propiedades químicas de dicho elemento. Los átomos son eléctricamente neutros.

Componentes del Átomo

• Núcleo: Situado en el centro del átomo, concentra casi toda la masa y contiene la carga positiva.
• Corteza: Rodea al núcleo y delimita el átomo; su masa es despreciable.

Partículas Subatómicas

• Protón: Partícula subatómica con carga eléctrica positiva. Su masa es de 1 u.m.a.
• Neutrón: Partícula subatómica sin carga eléctrica. Su masa es de 1 u.m.a.
• Electrón: Partícula subatómica con carga eléctrica negativa. Su masa es despreciable y gira alrededor del núcleo.

Número Atómico, Número Másico e Isótopos

Número Atómico (Z)

Es el número de protones que tiene un átomo. Indica su posición en la tabla periódica y determina las propiedades químicas del átomo. Dos átomos se distinguen por su número de protones, no por el de neutrones.

Número Másico (A)

Es el número total de protones y neutrones de un átomo.

Isótopos

Son átomos de un mismo elemento que poseen el mismo número de protones, pero distinto número de neutrones.

Iones

Son átomos con carga eléctrica. Esto ocurre cuando un átomo gana o pierde electrones.

• Cationes: Átomos con carga eléctrica positiva.
• Aniones: Átomos con carga eléctrica negativa.

Masa Atómica y Molecular, Concepto de Mol y Gases Ideales

Unidad de Masa Atómica (u.m.a.)

Es la doceava parte de la masa del átomo de carbono-12.

Masa Atómica

Es la masa de un átomo de un elemento expresada en u.m.a.

Masa Molecular

Es la masa de una molécula de una sustancia expresada en u.m.a. Es la suma de las masas atómicas de los átomos que componen la molécula.

Mol

Cantidad de sustancia que contiene el mismo número de partículas (átomos, moléculas, iones, etc.) que átomos hay en 12 gramos de carbono-12.

Número de Avogadro (N_A)

Es el número de partículas (átomos, moléculas, etc.) que hay en un mol de sustancia. Su valor es aproximadamente 6.022 x 10²³ partículas/mol.

Masa Molar

Es la masa de un mol de sustancia. Su valor numérico coincide con la masa atómica o molecular, pero expresada en gramos/mol.

Gases Ideales

Son gases cuyas partículas carecen de volumen propio y no interaccionan entre sí. A bajas presiones y altas temperaturas, los gases reales se comportan de manera similar a los gases ideales y obedecen a las siguientes leyes:

• Ley de Boyle-Mariotte (a temperatura constante): P · V = constante
• Ley de Charles (a presión constante): V / T = constante
• Ley de Gay-Lussac (a volumen constante): P / T = constante

Ecuación de Estado de los Gases Ideales: P · V = n · R · T

Hipótesis de Avogadro

Volúmenes iguales de gases diferentes, medidos a la misma presión y temperatura, contienen el mismo número de moléculas.

Estructura Electrónica y Principios Cuánticos

Principios Fundamentales

• Principio de Dualidad Onda-Corpúsculo: Un electrón puede ser considerado tanto una onda como una partícula.
• Principio de Incertidumbre de Heisenberg: Es imposible determinar con precisión y simultáneamente la posición y la velocidad de un electrón. A partir de esto, se formula una ecuación de ondas que describe el comportamiento y la energía del electrón.

Orbital

Es la región del espacio próxima al núcleo en la que es muy probable encontrar un electrón.

Números Cuánticos

Describen el estado energético de un electrón en un átomo y las características de los orbitales:

• Número Cuántico Principal (n): Representa el nivel energético y el tamaño de los orbitales. Cuanto mayor es 'n', mayor es la energía y el tamaño del orbital.
• Número Cuántico Secundario (l) o Azimutal: Representa el subnivel energético y la forma del orbital.
• Número Cuántico Magnético (m_l): Representa la orientación del orbital en el espacio e indica el número de orbitales dentro de un subnivel.
• Número Cuántico de Spin (m_s): Representa el giro del electrón sobre sí mismo.

Estructura Electrónica

Es la distribución de los electrones de un átomo de un elemento en los distintos orbitales.

Principios de Construcción de la Estructura Electrónica

• Principio de Exclusión de Pauli: En un mismo átomo, no puede haber dos electrones con los cuatro valores de los números cuánticos iguales.
• Principio de Aufbau (o de Construcción): Los electrones van ocupando los orbitales en orden creciente de energía.
• Principio de Máxima Multiplicidad de Hund: Cuando en un subnivel existen varios orbitales degenerados (con la misma energía), estos se semiocupan primero con un electrón cada uno, manteniendo sus espines paralelos. El emparejamiento de electrones empieza cuando todos los orbitales están semiocupados.