Propiedades periódicas y teorías de reacciones químicas

Propiedades periódicas

Radio atómico: La justificación adecuada es la siguiente: Dentro del mismo grupo, el radio atómico aumenta hacia abajo porque de esta manera aumenta el número de capas (ya que aumenta el periodo).  Dentro del mismo periodo (misma capa), el radio atómico aumenta hacia la izquierda ya que con ello disminuye Z (protones) y cuanto menos protones tenga el elemento, la atracción del núcleo hacia los electrones periféricos es menor y el radio aumenta de tamaño.

Energía de ionización: La justificación adecuada es la siguiente: Cuando el átomo tiene un radio pequeño los electrones periféricos están muy atraídos por el núcleo, por lo que cuesta más trabajo (requiere mayor energía de ionización) arrancarlos.  Por esa razón, los gases nobles son los elementos que tienen la mayor energía de ionización de su periodo, además, también, por su gran estabilidad.

Afinidad electrónica: Se justifica porque, en este sentido, al ser su radio menor, el núcleo atraerá con más fuerza a ese hipotético electrónico para crear el anión.

Electronegatividad: Se justifica porque, en este sentido, al ser su radio menor, el núcleo atraerá con más fuerza a los electrones compartidos en dicho enlace covalente.  Si un elemento es + electronegativo = + no metálico> Tienen tendencia a ganar electrones formando aniones.  Si un elemento es electronegativo = + metálico> Tienen tendencia a perder electrones formando cationes.

PRINCIPIO DE EXCLUSIÓN DE PAULI: Cada orbital solo puede albergar como máximo dos electrones y estos electrones tendrán espines opuestos (apareados).

PRINCIPIO DE MÁXIMA MULTIPLICIDAD DE HUND: Cuando en un subnivel energético existen varios orbitales disponibles, los electrones tienden a ocupar el máximo número de ellos y además, con espines paralelos.

RPECV

AB2    2enlazantes   Lineal    180º                                 

AB3    3enlazantes   Plana trigonal    120º                   

AB4    4enlazantes   Tetraédrica    109,5º                        

AB5    5enlazantes   Pirámide trigonal    120 y 90º 

AB6    6enlazantes   Octaédrica   90º     

AB2E    2enlazantes y 1 no   Angular   120º 

AB3E    3enlazantes y 1 no   Pirámide trigonal   190,5º

AB2E2  2enlazantes y 2 no   Angular   190,5º  

La teoría RPECV dice: los pares de electrones compartidos y libres situados alrededor del átomo central, adquieren determinadas direcciones en el espacio, para conseguir la mínima repulsión entre ellos.  Por ello, en la molécula de agua los enlaces se dirigen en el espacio hacia ambos lados del átomo de oxígeno formando un ángulo de 104,5 °;  la geometría de la molécula es angular

Molécula Apolar.  Aunque tiene enlaces polares, los momentos dipolares individuales se anulan por la propia geometría de la molécula y el momento dipolar total es 0.

Molécula polar.  Los momentos dipolares individuales se refuerzan y se dirigen hacia el O. Los pares de electrones solitarios del oxígeno en el mismo sentido que el vector obtuvo el efecto polar. 

Molécula polar.  Los momentos dipolares individuales se refuerzan y se dirigen hacia los F. Los pares de electrones solitarios del N en el sentido opuesto al vector resultante disminuyen el efecto polar.

ENLACES DE PUENTES DE HIDRÓGENO (F,O Y N)

Punto de fusión y ebullición Al alcanzar las temperaturas de fusión y ebullición se produce en el compuesto un cambio de estado físico, que requiere la rotura de las fuerzas intermoleculares, Como ya hemos dicho que suelen ser débiles, es lógico pensar que presentan puntos de  fusión y ebullición bajos.  De ello podemos deducir que los compuestos cowalentes moleculares cambian de estado a bajas temperaturas y en consecuencia la mayor parte de estas sustancias son gases o llquidos a temperatura ambiente.  Sin embargo, si las fuerzas intermoleculares que las mantienen unidas son intensas, pueden permanecer en estado sólido en algunos casos  Solubilidad: Compuestos apolares (CH, C, H) son prácticamente insolubles en disalventes polares (como el agua) pero se disuelven bien en disolventes no polares (&éter, benceno, tetracioruro de carbono  ..) mientras que las sustancias polares (HCI, NH, alcoholes) son más solubles en compuestos polares (como el agua) sobre todo si pueden farmar enlaces de hidrógeno.  Conductividad eléctrica : y térmica: No conducen ni la electricidad ni el calor ya que los electrones permanece  n vinculados a los stomos que participan en los enlaces. Otras: Los compuestos moleculares que se encuentran en estado sólido suelen tener una dureza baja v otras propiedades mecanicas poco acentuadas.

Compuestos covalentes atómicos  :

Punto de fusión y ebullición: Muy altos (algunos de ellos los más altos  que se conocen). Ello hace que sean sólidos a temperatura ambiente. Se debe a que para separar las átomos de la red, es necesario romper los fuertes enlaces covalentes, lo que requiere mucha energía. Solubilidad: Insolubles en todo tipo de disolventes, tanto  polares como apolares. La disolución requiere romper enlaces covalentes y eso sala puede conseguirse mediante una reacción química. Conductividad eléctrica y térmica: No conducen la electricidad ni el calor ya que  no hay electrones libres.  Los electrones de valencia están fijos y locales en los fuertes enlaces covalentes, con excepción del grafito, que al tener electrones deslacalizados, lo convierte en un aceptable conductor eléctrico.  Otras: Presentan una gran dureza y rigidez.  La estructura del enlace covalente no permite la deformación y sometidos a grandes tensiones se fracturan.

Compuestos metálicos

Punto de fusión y ebullición: Son variables pero la mayoría son altos.  Solubilidad Insolubles en disolventes palares a apolares, pero se disuelven los unos en los otros formando aleaciones metálicas y amalgamas (con mercurio).  Conductividad eléctrica y térmica: Excelentes conductores como justifica el modelo de gas de electrones, donde los electrones moviéndose libremente permiten el paso de la corriente eléctrica y el calor. Otras: Dureza media o baja y buenas propiedades mecánicas: Son elásticos, dúctiles y maleables.  Expulsan electrones when son calentados o expuestos a luz de alta energía (efecto fotoeléctrico), Bien pulidos, show un brillo característico.

Compuestos iónicos 

Punto de fusión y ebullición: suele encontrarse en estado sólido a temperatura ambiente, con puntos de fusión y ebullición medios y altos (aunque no tanto como los cristales covalentes dependienda de su energia reticular. Es decir, la energia reticular es la magnitud fundamental que indica la  fortaleza del cristal iónico y se puede definir como la energia que debe aportar para disgregar un mol de cristal iónico y transformarlo en iones aislados en fase gaseosa. Cuanto mayor es la energía reticular, mayores serán los puntos de fusión y ebullición. Solubilidad:Solubles en líquidos  muy polares, como el agua. El agua, al ser una molécula polar, puece "introducirse" en la estructura reticular del cristal, "desmoronarla" y solvatarlos iones. Aqui debemos tener cuidadol Piensa que el cempuesto sera más soluble cuanto mener sea la energia  reticular, ya que de esta manera al agua le costará menos trabajo separar las cargas. Conductividad eléctrica y térmica: Los requisitos generales  para ser conductores son que existan cargas y que haya libertad de movimiento entre ellas.  De esta manera, en estado sólido los compuestos iónicos no son conductores debido a que sus iones están ordenados y fijos fuertemente en la estrKtura ionica Sin embargo, fundidos o en disolución si son conductores porque las cargas ahora si que pueden moverse libremente permitieron el pasa de  la carriente eléctrica y térmica,Otros: Son duros pera quebradizos.  La fragilidad se debe a que un ligero desplazamiento de los planos ióncos provoca repulsiones electrostáticas, con la siguiente fractura del cristal.  Es decir, al contrario de lo que pasaba en el caso de los metales.

Factores que influyen en la velocidad de la reacción

Naturaleza química del proceso En general, las reacciones que no implican reajustes de enlaces son rápidos y las que requieren la runtura de enlaces covalentes son más lentas, sobre todo, si hay enlaces múltiples. 

Estado físico de los reactivosLas reacciones homogéneas (aquellas en las que todos los reactivos están en una misma fase) son más rápidas, sobre todo las reacciones entre gases.  Las heterogéneas (en fases diferentes) son más lentas que las homogéneas ya que la interacción molecular se limita a la superficie de contacto entre las fases. 

Concentración de los reactivos De la propia ecuación de velocidad V = K [A] ​​“ [B]" podemos deducir que un aumento en la concentración de los reactivos implica un aumento de la velocidad de reacción.

Temperatura

la velocidad aumenta con la temperatura tal como demuestra la ecuación de Arrhenius: K = Constante de velocidad A = Factor pre-exponencial (factor de frecuencia) Ea = Energía de activación K = A e / RT R = Constante Por el signo negativo asociado  al exponente 24 / RT un aumento de K con lo que se produce un aumento en la velocidad de la reacción.  un aumento de la temperatura implica Esta ecuación también justifica porque un aumento de la energía de activación (Ea) implica una disminución de K con la consiguiente disminución de la velocidad de reacción. 

Catalizadores Los catalizadores emplean la velocidad de reacción y su mecanismo general de actuación es la disminución de la energía de activación (tanto directa como inversa), que como hemos vsto en la ecuación de Arrhenius, implicaría un aumento de Ky de la velocidad de la reacción  .  También se caracterizan por no alterar las variables termodinámicas del proceso (AH y AG) pues el catalizador ni aporta ni consume energía del sistema.

Teorías de las reacciones químicas.

Teoria de las colisiones o choques Est teoria relaciona la constante cinética con el nümero de choques o colisiones efectivas entre las moléculas.  Del número total de colisiones, son eficaces las que se producen con una orientación adecuada, y de manera tal que las particulas que chocan tengan una energía cinetica igual o superior a la energía necesaria para romper los enlaces (moléculas activadas).  La energia minima que debe superarse, es la que llamamos energia de activación. 

Teoria del estado de transición o del complejo activado Esta teoria estudia el perfil energético de la reacción.  Para ello se postula la existencia de una especie denominada complejo activado, que es una estructura intermedia entre reactivos y productos, en el cual se han debilitado los enlaces antiguos y se han empezado a formar los enlaces nuevos.  Es muy inestable por su elevada energía y se descompone de forma casi instantánea originando los productos de la reacción.  La región próxima al máximo de energía se llama estado de transición y la diferencia de energía entre el complejo activado (que ocupa la cima) y los reactivos, es la energía de activación (Ea directa).  Constituye esa barrera energética, esa energía mínima que hay que superar para que se produzca la reacción.  El proceso inverso también tiene su propia energía de activación (Ea inversa).  Es importante que sepas dibujar una gráfica tanto con perfil exotérmico como endotérmico: En el primer proceso, observamos que la entalpia de los productos es menor que la de los Teactivos con lo que el proceso desprende calor (exotérmico), while que en el segundo, la entalpia de  los productos es mayor lo que implica un consumo de energía (endotérmico).  Como se puede observar, podemos calcular fácilmente AH y además de dos maneras: AH = AH, AH, AH = Ea "Ea '% 3! Recuerda que cuando la energía de activación era pequeña, la reacción trascurría a mayor velocidad tal como desmostrábamos con  La ecuación de Arrhenius. Así muchas moléculas alcanzan el estado de transición y la reacción es más rápida. Ese es precisamente el efecto que debería un catalizador que, al disminuir significativamente los valores de las energías de activación (tanto directa como inversa), hace que  la reacción se lleve a cabo a mayor velocidad. Sin embargo, como el catalizador ni aporta ni consume energía del sistema, no altera AH ni AG que siguen teniendo el mismo valor. Para concluir, os dejo una gráfica que muestra dicho efecto del catalizador sobre  la Ea: