Fundamentos de Química: Estructura Atómica, Enlaces y Elementos

El Átomo: Unidad Fundamental de la Materia

El átomo es la unidad constituyente de la materia. Está formado por protones, electrones y neutrones.

Partículas Subatómicas

• Electrón: Carga -, Masa 10^-31 kg, Ubicación: Corteza. Descubierto por Thomson (1897).
• Protón: Carga +, Masa 1840x10^-31 kg, Ubicación: Núcleo. Descubierto por Rutherford (1919).
• Neutrón: Carga 0, Masa 1840x10^-31 kg, Ubicación: Núcleo. Descubierto por Chadwick (1932).

Modelos Atómicos

• Thomson: El átomo está constituido por una esfera de materia con carga positiva en la que se encuentran encajados los electrones (1904). Novedad: la existencia de los electrones.
• Rutherford: El átomo está formado por el núcleo y los electrones que giran en órbitas circulares a su alrededor (1911). Novedad: existencia del núcleo atómico y separación de las cargas positivas y negativas en el átomo.
• Bohr: Los electrones se mueven en órbitas definidas de diferente energía (1930). Novedad: existencia de niveles de energía para los electrones.
• Modelo Actual: Los átomos son eléctricamente neutros. Están formados por igual número de protones y electrones, y por un cierto número de neutrones. Los protones y neutrones se sitúan en el núcleo, que posee carga positiva. Los electrones forman la corteza, disponiéndose en niveles de energía y, dentro de estos, en diferentes orbitales. Pueden pasar de unos niveles a otros absorbiendo o emitiendo energía.

Características de los Átomos

• Número Atómico (Z): Indica el número de protones que tiene el átomo.
• Número Másico (A): Indica la suma de protones y neutrones de un átomo.
• Átomos Neutros: Pueden perder o ganar electrones formando iones.
  • Iones positivos o cationes: Cuando pierden electrones.
  • Iones negativos o aniones: Cuando ganan electrones.
• Isótopos: Son átomos con el mismo número atómico (Z) y distinto número másico (A). Esto significa que son átomos del mismo elemento químico que difieren en su masa.

Configuración Electrónica

Es la distribución de electrones de un átomo.

En un átomo hay 7 capas (K, L, M, N, O, P y Q). En cada capa hay uno o varios orbitales, que difieren ligeramente en energía (s, p, d y f). En la 1ª capa se encuentra el orbital 1s; en la 2ª, los orbitales 2s y 2p. A partir de la 3ª capa aparece el orbital d, y en la 4ª y sucesivas, el orbital f.

• Orbital s: 2 e^-
• Orbital p: 6 e^-
• Orbital d: 10 e^-
• Orbital f: 14 e^-

• Capa K: 2 e^-
• Capa L: 8 e^-
• Capa M: 18 e^-
• Capa N: 32 e^-

Elementos Químicos

• Elemento: Es una sustancia a partir de la cual no pueden obtenerse otras diferentes por procedimientos físicos o químicos, pues está formada por un solo tipo de átomos.
• Metales:
  • Características: Brillo metálico, buenos conductores (electricidad y calor), maleables, densidad alta, puntos de fusión altos, son duros.
  • Reacciones: Se combinan con los no metales, se oxidan fácilmente.
• No Metales:
  • Características: Son mates, aislantes (electricidad y calor), frágiles y poco deformables, densidad baja, puntos de fusión bajos, son blandos.
  • Reacciones: Se combinan con los no metales y metales, no sufren oxidación.

Evolución Histórica de la Clasificación de los Elementos Químicos

• Tríadas de Döbereiner (1851): Formadas por grupos de 3 elementos con propiedades químicas similares.
• Ley de las Octavas de Newlands (1864): Ordenó los elementos según sus masas atómicas y los agrupaba en grupos de 7 elementos según la similitud de sus propiedades.
• Tabla de Mendeleev y Meyer (1870): Elaboraron una clasificación o tabla periódica de los elementos ordenados según sus masas atómicas y propiedades similares.
• Tabla Periódica Actual: Criterio de ordenación de los elementos: orden creciente de su número atómico (Z).

Compuestos Químicos

Es una sustancia pura a partir de la cual pueden obtenerse otras diferentes por procedimientos químicos, ya que está formada por varios tipos de átomos.

Clasificación de los Compuestos Químicos

• Según la presencia de carbono:
  • Compuestos Orgánicos (sí contienen carbono).
  • Compuestos Inorgánicos (no contienen carbono).
• Según las propiedades físicas y químicas del compuesto:
  • Compuestos Iónicos.
  • Compuestos Covalentes.

Enlace Químico

• Enlace Iónico: Es la unión entre iones de signo contrario que se forman cuando los átomos de un elemento metálico ceden electrones a los átomos de un elemento no metálico.
  • Propiedades: Son sólidos cristalinos y no deformables, con puntos altos de fusión y ebullición. Son bastante solubles en agua.
• Enlace Covalente: Es la unión entre átomos que comparten uno o varios pares de electrones para dar lugar a una molécula.
  • Propiedades: Se pueden presentar en los 3 estados de agregación, y sus puntos de fusión y ebullición son bajos. Son poco solubles en agua.
• Enlace Metálico: Es la unión entre los átomos de un metal que, convertidos en cationes, comparten los electrones cedidos.
  • Propiedades: Tienen brillo metálico y son buenos conductores de la electricidad y del calor. Se oxidan por el oxígeno del aire.