Fundamentos de Química: Teoría Cinético-Molecular, Modelos Atómicos y Leyes de los Gases

Teoría Cinético-Molecular

La teoría cinético-molecular describe el comportamiento de la materia en términos de partículas en movimiento. Se basa en los siguientes postulados:

1. La materia está constituida por partículas muy pequeñas, casi invisibles. Entre las partículas no hay nada, solo vacío. Se pueden distinguir tres estados de agregación:
   • Sólidos: Partículas muy juntas.
   • Líquidos: Partículas más separadas.
   • Gases: Partículas mucho más separadas.
2. Las partículas ejercen fuerzas de atracción que las mantienen unidas. La intensidad de estas fuerzas varía según el estado de agregación:
   • Sólidos: Fuerzas muy intensas.
   • Líquidos: Fuerzas moderadas.
   • Gases: Fuerzas muy débiles.
3. Las partículas están en constante movimiento. La velocidad de las partículas depende de la temperatura y del estado de agregación:
   • Líquidos: Movimiento medio.
   • Sólidos: Menor movimiento que los gases.
   • A mayor temperatura, mayor movimiento.

Modelo Atómico de Thomson

Thomson descubrió el electrón, una partícula con carga eléctrica negativa. En su época, se sabía lo siguiente:

• Existen dos tipos de cargas eléctricas: positiva (+) y negativa (-).
• Las cargas eléctricas de distinto tipo se atraen, y las del mismo tipo se repelen.
• Las cargas eléctricas pueden pasar de un objeto a otro.
• A menor distancia entre las cargas, mayor será la fuerza de atracción o repulsión.

Descripción del Modelo de Thomson

Según Thomson, los átomos están formados por electrones distribuidos uniformemente en una esfera de materia con carga positiva, de forma que el átomo es eléctricamente neutro.

Modelo Atómico de Rutherford

Descripción del Modelo de Rutherford

Rutherford propuso que los átomos tienen dos zonas diferenciadas: el núcleo atómico y la corteza electrónica.

• El núcleo es muy pequeño comparado con el tamaño total del átomo, pero contiene casi toda la masa y toda la carga positiva.
• Los electrones giran alrededor del núcleo en un espacio mucho mayor. El número de electrones es tal que iguala la carga positiva del núcleo, por lo que el átomo es eléctricamente neutro.

Posteriormente, se descubrió la existencia de protones y neutrones en el núcleo.

Reacciones Nucleares

• Fusión: Núcleos pequeños se unen para formar núcleos de mayor masa, liberando una gran cantidad de energía.
• Fisión: Núcleos grandes se dividen en núcleos más pequeños, liberando una gran cantidad de energía.

Tipos de Enlaces

• Enlace Iónico: Los compuestos iónicos suelen ser sólidos con puntos de fusión elevados, duros pero frágiles, solubles en agua, y no conducen la electricidad en estado sólido, pero sí fundidos o en disolución acuosa.
• Enlace Metálico: La mayoría de los metales son sólidos densos con altos puntos de fusión, insolubles en cualquier disolvente, dúctiles y maleables, y conducen el calor y la corriente eléctrica tanto en estado sólido como fundido.

Ley de Coulomb

La fuerza con la que se atraen o repelen dos cargas es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa:

F = k * (q1 * q2) / d²

Donde:

• F es la fuerza.
• k es la constante de Coulomb.
• q1 y q2 son las cargas.
• d es la distancia entre las cargas.

Campo Eléctrico

El campo eléctrico (E) en un punto es la fuerza (F) que actúa sobre la unidad de carga positiva colocada en ese punto (1C):

E = F / q

También se puede expresar como:

E = k * q / d²

Unidades de Presión

1 atm = 101300 Pa

Masa y Volumen

• Masa Relativa (MAR): Masa / 100
• Volumen (V): Masa (M) / Densidad (d)

Leyes de los Gases

Ley de Boyle-Mariotte

Para una cantidad fija de gas a temperatura constante, el producto del volumen que ocupa por la presión a la que se halla es constante:

P₁ * V₁ = P₂ * V₂

Ley de Charles y Gay-Lussac

A presión constante, el volumen de una cantidad fija de gas es proporcional a su temperatura absoluta. A mayor temperatura, mayor volumen:

V₁ / T₁ = V₂ / T₂

Ley de los Gases a Volumen Constante

A volumen constante, la presión de una cantidad fija de gas es proporcional a su temperatura:

P₁ / T₁ = P₂ / T₂

Ley General de los Gases

P₁ * V₁ / T₁ = P₂ * V₂ / T₂

Ley de Ohm

La diferencia de potencial (V) y la intensidad de corriente eléctrica (I) son directamente proporcionales, siendo la resistencia (R) la constante de proporcionalidad:

V = I * R

Concentración

• Concentración en volumen (g/L): Gramos de soluto / Litros de disolución.
• Porcentaje en masa: (Gramos de soluto / (Gramos de soluto + Gramos de disolvente)) * 100
• Porcentaje en volumen: (Litros de soluto / Litros de disolución) * 100

Intensidad de Corriente

Mide la cantidad de carga (q) que atraviesa la sección de un conductor en la unidad de tiempo (t):

I = q / t

Resistencia Eléctrica

La resistencia (R) de un circuito representa la dificultad que hay para que los electrones se muevan por él, debido a los choques que experimentan con otros electrones y con los núcleos de los átomos:

R = ρ * (l / S)

Donde:

• ρ es la resistividad.
• l es la longitud del conductor.
• S es la sección del conductor.

Energía Eléctrica

E = V * I * t

O también:

E = I² * R * t

Potencia Eléctrica

P = E / t

Equivalencia entre Unidades de Energía

1 kWh = 3,6 * 10⁶ J

Transformación de Energía Eléctrica en Calorífica

Q = V * I * t

O también:

Q = I² * R * t