Fundamentos de Química: Modelos Atómicos, Enlaces y Reacciones Químicas

Conceptos Fundamentales de Química

Modelos Atómicos y Estructura

Modelo Atómico de Thomson

Thomson imaginaba el átomo como una bolita de carga positiva, con electrones de carga negativa incrustados, similar a una sandía.

Modelo Atómico de Rutherford

Rutherford imaginó que el átomo tenía una corteza, constituida por todos sus electrones girando a gran velocidad alrededor de un núcleo muy pequeño en el que se concentra toda la masa y carga positiva del átomo.

Modelo Atómico de Bohr

Bohr postuló que los electrones pueden tener órbitas establecidas alrededor del núcleo.

Modelo de Orbitales

Basado en las ideas de científicos del siglo XX, especialmente Schrödinger y Heisenberg, este modelo establece que:

• El electrón se comporta como una onda en su movimiento alrededor del núcleo.
• No es posible predecir la trayectoria exacta del electrón.
• Los átomos tienen zonas llamadas orbitales en las que suele haber 1 o 2 electrones.
• Hay varios tipos de orbitales, y en cada nivel electrónico hay un número específico de orbitales de cada clase.

Tipos de Enlaces Químicos

Enlace Iónico

Unión entre un no metal y un metal. El metal siempre cede sus electrones, convirtiéndose en un catión, y el no metal recibe los electrones para completar su capa de valencia, formando un anión. Finalmente, el anión y el catión se atraen con intensas fuerzas, formando compuestos iónicos.

Las sustancias iónicas son sólidas con altos puntos de fusión y ebullición, son frágiles, duras, y se suelen disolver en agua. No son conductoras en estado sólido, pero sí en estado fundido o disuelto.

Enlace Covalente

Unión entre elementos no metálicos. Lewis propuso que los átomos no metálicos se unían para compartir electrones y conseguir mayor estabilidad. Los elementos forman parejas para crear moléculas más estables, y finalmente se forman moléculas covalentes.

Las sustancias covalentes tienen bajos puntos de fusión y ebullición, por lo que son gases o líquidos a temperatura ambiente. No son conductores y no se disuelven en agua.

Cristales Covalentes

A temperatura ambiente son sólidos, duros, con altos puntos de fusión, no se disuelven en agua y no son conductores.

Enlace Metálico

Unión entre elementos metálicos, que, al poseer pocos electrones en su capa de valencia, no pueden completar los ocho. Por lo que forman cristales metálicos en los que comparten todos sus electrones en una "nube" o "mar de electrones".

Magnitudes Químicas y Reacciones

Magnitudes Químicas

• Masa Atómica: Unidad utilizada para medir las masas de átomos.
• Masa Molecular: Suma de las masas atómicas de los átomos que forman la molécula.
• Mol: Es la cantidad de una sustancia que contiene 6,022 × 10²³ partículas (Número de Avogadro).
• Masa Molar: Masa molecular expresada en gramos.

Reacciones Químicas

Tipos de Reacciones (según la naturaleza de reactivos y productos)

• Síntesis: Aquella en la que dos sustancias se combinan entre sí para producir otra más compleja.
• Descomposición: Aquella en la que una sustancia se descompone, originando otras más sencillas.
• Desplazamiento (o Sustitución Simple): Aquella en la que un elemento sustituye a otro en una molécula, formando un nuevo compuesto.
• Doble Desplazamiento (o Metátesis): Aquella en la que dos elementos se desplazan mutuamente de sus respectivas moléculas.
• Combustión: Aquella en la que un compuesto reacciona con el oxígeno gaseoso, dando siempre como producto de la reacción CO₂ + H₂O.
• Neutralización: Aquella en la que los ácidos reaccionan con las bases, formando sal + H₂O.

Tipos de Reacciones (según la energía)

• Endotérmica: Se absorbe calor del entorno.
• Exotérmica: Se irradia calor al entorno.

Velocidad de Reacción

La velocidad de reacción es la rapidez con la que los reactivos se transforman en productos.

Factores que Afectan la Velocidad de Reacción

• Temperatura: Al aumentar la temperatura, la velocidad aumenta, ya que las partículas se mueven más rápido, chocando con mayor frecuencia y energía.
• Presión: En reacciones entre gases, al aumentar la presión, la velocidad aumenta, ya que esto equivale a un aumento de concentración y, en este caso, las partículas chocan más veces.
• Naturaleza de los Reactivos: Las reacciones químicas suponen la rotura y formación de enlaces, por lo que la naturaleza de los reactivos influye significativamente.
• Luz: Normalmente, la luz arranca electrones de algunos átomos, formando iones y acelerando así la velocidad de reacción.
• Catalizadores: Son sustancias que se añaden a los sistemas de reacción para aumentar la velocidad del cambio, pero que quedan inalterados al final de la reacción.
• Grado de División de los Reactivos: Aumenta la velocidad, ya que incrementa la superficie de contacto de los reactivos.
• Concentración de los Reactivos: Aumenta la velocidad, porque al haber mayor concentración, hay más choques efectivos entre las partículas y, por ende, la velocidad se incrementa.