Fundamentos de Química: Reacciones, Termoquímica y Estructura Atómica

Fundamentos de Química

Reacciones Químicas

Una reacción química es un proceso en el que unas sustancias (reactivos) se transforman en otras de distinta naturaleza (productos). Sin embargo, los átomos que conforman los reactivos son los mismos que conforman los productos, pero reorganizados.

El reactivo limitante es aquel que limita la cantidad de producto que se obtiene.

Clasificación de las Reacciones Químicas

• En función de la transformación que tiene lugar:
  • Reacciones de combinación
  • Reacciones de descomposición
  • Reacciones de sustitución: simples o de doble sustitución
• En función del tipo de partícula que se transfiere:
  • Reacciones de transferencia de protones: ácido-base
  • Reacciones de transferencia de electrones: oxidación-reducción

Ácidos, Bases y Reacciones de Neutralización

Un ácido es toda sustancia que en disolución acuosa se disocia liberando iones H⁺.

Una base es toda sustancia que en disolución acuosa se disocia liberando iones OH^-.

Una reacción de neutralización se produce entre un ácido y una base, dando como productos una sal y agua:

ácido + base → sal + agua

Termoquímica

El calor de reacción es la energía que se desprende o se absorbe en una reacción química (J/mol).

Las ecuaciones termoquímicas (kJ) pueden ser:

• Endotérmicas: ΔE > 0 (absorben energía)
• Exotérmicas: ΔE < 0 (liberan energía)

La entalpía (H) es el calor de reacción a presión constante. La entalpía de los elementos en su estado estándar es 0 (ej. O₂, C, H₂).

ΔH = ΣΔH_Productos - ΣΔH_Reactivos

Velocidad de Reacción

La velocidad de una reacción se define como la variación en el tiempo de la concentración de los reactivos o de los productos. (mol/L s)

Factores que influyen en la velocidad de reacción:

• Naturaleza de los reactivos
• Concentración de los reactivos
• Superficie de contacto
• Temperatura
• Catalizadores

Química Industrial y su Impacto

La química industrial estudia los procesos químicos que tienen por finalidad la extracción de materias primas y su transformación en productos elaborados.

Implicación en la sociedad: Los productos químicos mejoran la calidad de vida de las personas, pero su fabricación puede producir contaminantes. La química verde estudia la manera de minimizar el impacto ambiental de estos procesos.

Conceptos Adicionales

Riqueza (r): % de sustancia pura que contiene una muestra.

1 mol = 22,4 L (en condiciones normales de presión y temperatura)

Rendimiento (%): (m_real / m_teórica) · 100

Unidades:

• P: Pa (1 atm = 1013 milibares = 760 mmHg = 1,013 · 10⁵ Pa)
• V: m³ (1 dm³ = 1 L; 1 m³ = 1000 L)
• T: K (0 K = -273 °C)
• R: 0,082 atm L / mol K
• M: mol / L
• m: mol / Kg

Modelos Atómicos

• Thomson: Un gran protón cubierto de electrones.
• Rutherford: El átomo tiene dos partes: el núcleo, cargado positivamente, y la corteza, donde los electrones giran alrededor del núcleo.
• Bohr: Los electrones giran en torno al núcleo solo en ciertas órbitas circulares estables (estacionarias) donde, al moverse, no pierden energía. Las únicas órbitas permitidas son aquellas cuya energía adopta unos valores determinados. Cuanto más alejado esté el nivel del núcleo, mayor será su energía. Un electrón puede saltar de un nivel de mayor energía a otro emitiendo ese exceso en forma de radiación (o absorbiendo).

Notación Atómica:

^a_zX, donde:

• a: Número másico (suma de protones y neutrones)
• z: Número atómico (número de protones)

a = z + neutrones

z = número de protones = número de electrones

Propiedades Periódicas

• Derecha y arriba en la tabla periódica: Electronegatividad, carácter no metálico, afinidad electrónica y energía de ionización crecientes.
• Izquierda y abajo en la tabla periódica: Radio atómico y carácter metálico crecientes.

No metales

Nomenclatura de ácidos y sales

Tabla Periódica de los Elementos (1-118)

(Tabla periódica con los elementos del 1 al 118 y sus respectivos símbolos y números atómicos)