Fundamentos de Química: Modelos Atómicos, Enlaces Químicos y Propiedades de la Materia

Estructura Atómica y Modelos Fundamentales

Modelo Atómico de Rutherford

El átomo consta de corteza y núcleo. La corteza es aproximadamente 10 000 veces mayor que el núcleo, razón por la cual la mayoría de las partículas no se desviaban en sus experimentos. En el núcleo se halla casi toda la masa del átomo (protones y neutrones). Rutherford supuso que los electrones se movían describiendo órbitas alrededor del núcleo.

Conceptos de Estructura Atómica

• Número Atómico (Z): Es el número de protones.
• Número Másico (A): Es la suma del número de protones y neutrones.
• Iones: Los átomos pueden ganar o perder electrones, convirtiéndose en iones.
• Isótopos: Son los átomos de un mismo elemento con igual número atómico (Z) y distinto número másico (A).

Modelo Atómico de Bohr

Este modelo se basa en la existencia de espectros atómicos y mejoró el modelo anterior introduciendo el concepto de cuantización de la energía.

• El electrón gira alrededor del núcleo en órbitas determinadas (niveles estacionarios), donde ni gana ni pierde energía.
• Las órbitas más cercanas al núcleo tienen menos energía.
• Un electrón puede pasar de una órbita menor a una mayor absorbiendo una determinada cantidad de energía, o de una mayor a otra menor emitiendo esa misma cantidad de energía.

Modelo Atómico Actual o Modelo Cuántico

El nuevo modelo se basa en los principios de la Mecánica Cuántica. Según el Principio de Incertidumbre de Heisenberg, es imposible determinar simultáneamente la posición y la velocidad de una partícula como el electrón.

Orbitales y Configuración Electrónica

• Orbital: Es la región del espacio alrededor del núcleo del átomo donde existe una elevada probabilidad de encontrar al electrón con una energía determinada.
• Configuración Electrónica: Es el modo en que están distribuidos los electrones alrededor del átomo.
• Electrones de Valencia: Las propiedades de un elemento vienen dadas por su configuración electrónica, en concreto por los electrones del último nivel de energía.

Clasificación por Bloques y Grupos (Electrones de Valencia)

Bloque S:

1. Li, Na, K, Rb, Cs, Fr (Grupo 1)
2. Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra (Grupo 2)

Bloque P:

15. N, P, As, Sb (Grupo 15)
16. O, S, Se, Te, Po (Grupo 16)
17. F, Cl, Br, I (Grupo 17)
18. He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn (Grupo 18, Gases Nobles)

Tipos de Enlaces Químicos y Propiedades Asociadas

Tabla comparativa de propiedades de los compuestos

1. Enlace Iónico (Ejemplos: NaCl, MgO)

Iones que forman una red cristalina. Cada ion está rodeado de otros con carga opuesta y unidos a ellos por fuerzas eléctricas.

• Temperatura de Fusión y Ebullición: Altas (superiores a 350 ºC).
• Estado de Agregación: Sólido a temperatura ambiente.
• Solubilidad: Se disuelven en líquidos polares como el agua.
• Conducción Eléctrica: Sí, cuando están fundidos o en disolución.

2. Enlace Covalente Molecular (Ejemplos: H₂O, CO₂, H₂)

Los átomos se unen mediante enlaces covalentes formando moléculas. Entre las moléculas existen fuerzas electrostáticas débiles (fuerzas intermoleculares).

• Temperatura de Fusión y Ebullición: Bajas.
• Estado de Agregación: Gaseosas o líquidas a temperatura ambiente.
• Solubilidad: Baja en el agua.
• Conducción Eléctrica: No.

3. Cristales Covalentes (Ejemplos: Cuarzo, Diamante)

Todas las uniones son covalentes. Los átomos se unen en todas las direcciones del espacio formando redes cristalinas gigantes.

• Temperatura de Fusión y Ebullición: Muy altas (en el diamante, 4000 ºC).
• Estado de Agregación: Sólidos a temperatura ambiente.
• Solubilidad: Insoluble.
• Dureza: Muy duros e incompresibles.
• Conducción Eléctrica: No, salvo el grafito.

4. Enlace Metálico (Ejemplos: Fe, Na)

Estructura cristalina formada por los iones positivos del metal, rodeados por una nube de electrones deslocalizados.

• Temperatura de Fusión y Ebullición: En general, altas.
• Estado de Agregación: Sólido a temperatura ambiente (excepto el Hg).
• Solubilidad: Insoluble.
• Propiedades Mecánicas: Deformables, dúctiles y maleables.
• Conducción Eléctrica y Térmica: Sí, incluso en estado sólido.

Estados de Oxidación Comunes

Metales

• +1: Li, Na, K, Rb, Cs, Ag
• +2: Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd
• +3: Al
• +1, +2: Cu, Hg
• +2, +3: Fe, Co, Ni
• Variables: Cr (+2, +3, +6), Mn (+2, +3, +4, +6, +7), Au (+1, +3), Sn (+2, +4), Pb (+2, +4), Pt (+2, +4)

No Metales

• +3: B
• +2, +4: C, Si
• +1, +3, +5: N, P, As, Sb
• +2, +4, +6: O, S, Se, Te
• +1, +3, +5, +7: F, Cl, Br, I