Fundamentos de Química y Física: Modelos Atómicos, Enlace Químico y Medición Científica

Fundamentos del Método Científico y la Medición

Observación y Experimentación

La observación consiste en aplicar atentamente los sentidos a un objeto o a un fenómeno para experimentarlo. La experimentación se trata de observar el fenómeno en condiciones controladas que se pueden repetir y modificar.

Concepto y Condiciones de la Hipótesis

Una hipótesis es una suposición sobre cómo ocurre un fenómeno. Debe cumplir las siguientes condiciones:

• Se debe enunciar de forma clara y con las palabras precisas.
• Se debe poder comprobar, es decir, se ha de poder rechazar o confirmar mediante un experimento.

Magnitud y Unidad

La magnitud es una propiedad de un fenómeno, cuerpo o sustancia que puede expresarse cuantitativamente mediante un número y una unidad de medida. Una unidad es un patrón de referencia que sirve para expresar la medida de dicha magnitud.

Magnitudes y Unidades Fundamentales (SI)

Magnitudes: Longitud, Masa, Temperatura, Cantidad de sustancia e Intensidad de corriente.

Unidades: Metros, Kilogramos, Kelvin, Mol y Amperios.

Clasificación de Magnitudes

• Básicas: Longitud, Masa, Tiempo, Superficie, Densidad.
• Derivadas: Volumen, Velocidad, Aceleración, Fuerza y Presión.

Ejercicios de Identificación

1. 45 dm: Longitud; 4 mg: Masa; 297 K: Temperatura; 1 año: Tiempo; 31 cm²: Superficie; 72 km/h: Velocidad.
2. K: Kelvin (Unidad de temperatura).

Notación Científica

• Radio de la Tierra: 6,370,000 m $\rightarrow$ $6.37 \times 10^6$ m.
• Longitud de un brazo: 25 cm $\rightarrow$ $2.5 \times 10^{-1}$ m.
• Diámetro de un átomo: 0.1 nm $\rightarrow$ $1 \times 10^{-10}$ m.

Estructura Atómica y Modelos

Teoría Atómica de Dalton

La teoría de Dalton establece que:

• Toda la materia está formada por minúsculas partículas indivisibles.
• En un elemento dado, estas partículas serían todas iguales entre sí, pero diferentes de las que forman otros elementos.
• Los átomos se combinan entre sí durante las reacciones químicas formando compuestos, en la que el número de átomos de cada clase es el mismo.

Carga Eléctrica y Neutralidad

¿Por qué los objetos no están cargados siempre eléctricamente?

Porque la materia es neutra; tiene el mismo número de cargas negativas (electrones) que de positivas (protones).

¿Qué pasa si dos electrones se acercan mucho entre sí?

Se repelerían, porque dos cargas iguales no se pueden juntar (fuerza de repulsión).

Naturaleza del Electrón

Los electrones son partículas constituyentes de los rayos catódicos y de todos los átomos.

Formación de Iones Positivos (Cationes)

Para que un átomo se convierta en un ion de carga positiva, tiene que perder algún electrón.

El Experimento de Rutherford

En el experimento de la lámina fina de oro, se observó que algunos rayos se desviaban y otros rebotaban, lo que demostró la existencia del núcleo atómico.

Modelo Atómico de Bohr

¿Puede un electrón pasar de una órbita a otra?

Sí, es posible. Cada vez que cambia de órbita, el electrón gasta energía (si sube de nivel) o gana energía (si baja de nivel).

¿Podemos encontrar un electrón a cualquier distancia del núcleo?

Sí, pero con muy poca probabilidad, ya que el modelo de Bohr establece órbitas fijas de energía cuantizada.

La Tabla Periódica y Propiedades Químicas

Cálculo de Protones y Neutrones

El número de protones (p) es igual al número atómico. El número de neutrones (n) se calcula restando el número atómico de la masa atómica.

• $^{15}_{7}N$: p: 7, n: 8.
• $^{24}_{12}Mg$: p: 12, n: 12.
• $^{48}_{22}Ti$: p: 22, n: 26.
• $^{207}_{80}Hg$: p: 80, n: 127.

Ubicación de Elementos

• Sodio (Na): Grupo 1.
• Potasio (K): Grupo 1.
• Azufre (S): Grupo 16.
• Argón (Ar): Grupo 18.
• Mercurio (Hg): Grupo 12.
• Bromo (Br): Grupo 17.
• Galio (Ga): Grupo 13.
• Carbono (C): Grupo 14.

Identificación por Grupo y Periodo

• Grupo 14, Periodo 3º: Silicio (Si).
• Grupo 13, Periodo 3º: Aluminio (Al).
• Grupo 6, Periodo 5º: Molibdeno (Mo).
• Grupo 18, Periodo 1º: Helio (He).
• Grupo 17, Periodo 4º: Bromo (Br).
• Grupo 11, Periodo 4º: Cobre (Cu).

Propiedades de los Gases Nobles (Grupo 18)

Los elementos del Grupo 18 (excepto el Helio, que tiene 2) tienen 8 electrones en su capa de valencia, lo que les confiere una gran estabilidad química.

Reactividad de los Halógenos (Grupo 17)

Los elementos del Grupo 17 tienden a ganar un electrón con mucha facilidad para completar su octeto, formando un ion de carga -1. Por esta razón, su número de oxidación fundamental es -1, aunque pueden presentar otros estados de oxidación positivos (+1, +3, +5, +7) con menor facilidad.

Conceptos de Enlace Químico

Estabilidad y Formación de Enlaces

¿Por qué es necesario que se combinen un elemento metálico y uno no metálico?

Los átomos se unen porque, aislados, no son estables. Al unirse a otros átomos, pasan a una situación de menor energía, lo que supone también mayor estabilidad (buscan completar su capa de valencia).

Clasificación de Enlaces

El enlace Iónico se forma típicamente entre un metal y un no metal. El enlace Covalente se forma entre dos no metales.

• Na, S: Iónico (Sodio: Metal; Azufre: No metal).
• Al, F: Iónico (Aluminio: Metal; Flúor: No metal).
• Ca, Cl: Iónico (Calcio: Metal; Cloro: No metal). (Corrección: El original lo clasificaba erróneamente como covalente)
• N, Br: Covalente (Nitrógeno: No metal; Bromo: No metal).

Tipos de Enlace

1. Enlace Covalente Molecular.
2. Enlace Covalente Molecular.
3. Enlace Iónico.
4. Enlace Covalente Molecular.
5. Enlace Covalente Molecular.
6. Enlace Covalente Molecular.