Química básica

Conceptos. Terminología. Propiedades y leyes. Enlaces. Moléculas. Termoquímica. Cinetoquímica. Reacciones ácido-base

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LAS BASES DE LA QUÍMICA

DEFINICIONES

Elemento químico: Sustancia pura cuyos átomos tienen todos el mismo número de protones en su núcleo, es decir, el mismo número atómico (z). Cada elemento químico ocupa una casilla en la tabla periódica, excepto los lantánidos y actínidos, que son 14 elementos de cada grupo ocupando una sola casilla cada uno.

Isótopos: Son átomos de un mismo elemento químico, por lo que tendrán todos el mismo número atómico (z), y por tanto, el mismo número de protones en el núcleo, pero distinto número másico porque variará el número de neutrones que tenga cada uno.

Iones: Son átomos o conjuntos de átomos con carga eléctrica. Si la carga es positiva se denominarán cationes, y aniones si ésta es negativa.

Número másico: Es la suma de las masas de los protones (1u) y neutrones (1u) de una átomo (la masa de los electrones se desprecia por ser muy próxima a cero). El número másico que aparece en la tabla periódica es la media ponderada de las masas atómicas de todos los átomos de ese elemento (isótopos).

Compuesto o combinación: Aquella sustancia pura formada por átomos de distintos elementos químicos en una proporción determinada. No todos los compuestos forman moléculas (p.ej. los compuestos iónicos). En una combinación no se conservan las propiedades de los elementos que lo conforman, y éstos sólo pueden separarse mediante procedimientos químicos (reacciones).

Mezcla: Aquella sustancia formada por otras sustancias en una proporción variable, en la que dichas sustancias conservan sus propiedades y pueden ser separadas mediante procedimientos físicos (magnetismo, filtración, evaporación, licuación, decantación...).

Disolución: Mezcla homogénea de dos o más sustancias. De éstas se llama disolvente a aquella que se encuentra en mayor proporción, siendo el resto de ellas los solutos. Atendiendo a la concentración de los mismos, una disolución puede ser de tres tipos: diluida (![soluto], ![disolvente]), concentrada (![soluto], ![disolvente]), y saturada (contiene la máxima cantidad de soluto que podía admitir). Según el estado de las sustancias, podemos hallar disoluciones de gases, de líquidos, de sólido en líquido, de gas en líquido...

Cero absoluto: Es la mínima temperatura que se puede alcanzar (-273ºC).

U.m.a.: Unidad de Masa Atómica. Aunque inicialmente se definió como la masa del átomo de hidrógeno (proto), actualmente se ha redefinido como 1/12 de la masa del átomo de carbono .

Mol: Unidad de cantidad de sustancia. La masa molar de una sustancia es igual a la masa en gramos de la misma. Un mol de moléculas / átomos = 6'02 . 1023moléculas / át.

Concentración: Indica la relación entre la cantidad de soluto y la cantidad de disolvente o disolución.

Valorar: Hallar la concentración.

Molaridad: Nos indica cuantos moles de soluto habría en un litro de disolución:

Molalidad: Nos indica cuantos moles de soluto habría en un kilogramo de disolvente:

Porcentaje en masa: Nos indica la masa de soluto que habría en 100g de disolución.

Fracción molar: nos indica el cociente del número de moles parciales y el número de moles totales:

Electrolitos fuertes: Son sustancias que al disolverse en agua se disocian en iones (cuanto más se disocien, más fuertes serán). Las sales solubles en agua son electrolitos fuertes, así como algunos ácidos solubles en agua son ác. fuertes.

Rendimiento de una reacción: Es un porcentaje que indica que sólo el x% de los moles que en teoría se deberían obtener, se obtienen en realidad.

Riqueza: Es un porcentaje que indica que parte del compuesto reaccionará realmente.

Calcinar: Calentar en ausencia de oxígeno.

Agua de cristalización: Es el agua que contiene un compuesto salino (cristalizado).

Sal anhidra: Es una sal (cristalizada) que no contiene agua, deshidratada.

Compuesto solvatado: Hidratado (si es agua).

Energía de ionización: Es la energía mínima necesaria (absorbida) para arrancar un electrón a un átomo de un elemento en estado gaseoso. La segunda energía de ionización > primera < que la tercera.

Afinidad electrónica o electroafinidad: es la energía desprendida cuando un átomo de un elemento en estado gaseoso capta un electrón.

Electronegatividad: Un elemento es más electronegativo que otro cuando, al compartir electrones, éstos pertenecen más a uno de ellos que al otro.

B C N O F

A veces se comportan Al Si P S Cl

como metales y a veces Ge As Se Br

como no metales. Sb Te I

Po At

Radio atómico: Se determina por las medidas de las longitudes de los enlaces (se desconocen las de los gases nobles, ya que no forman enlaces).

Partícula : Es el núcleo de Helio, con una carga de 3'2·10-19C y una masa de 6'68·10-27Kg.

Partícula : Se denomina así a los electrones procedentes del núcleo de un átomo: un neutrón se descompone en un electrón más un protón, de los cuales el protón se queda en el núcleo y se expulsa el electrón.

Ácido monoprótico: Aquel ácido que sólo puede ceder un protón H+.

`' poliprótico: Aquel ácido que puede ceder varios protones (puede ser diprótico si puede dar dos, triprótico si da tres, etc.).

Aleación: Mezcla de metales.

Conductores: Sustancias capaces de conducir la corriente eléctrica. Pueden ser de primera especie (sustancias que tienen fluido electrónico, como los metales) o de segunda (disoluciones acuosas de ácidos, bases o sales).

Dureza: Resistencia a ser rayado.

Precipitado: Producto insoluble que se va al fondo.

Sistema: Sustancia o sustancias que se consideran aisladas para su estudio. Lo que no sea el sistema, se llama exterior. El sistema viene definido por unas variables: la materia que lo compone, el volumen que ocupa, la presión a la cual se encuentra, y la temperatura. Estas variables son independientes entre sí, y de ellas se derivan otras nuevas magnitudes.

En cantidad estequiométrica: Que no queda ninguna cantidad de los reactivos sin reaccionar y ninguno de ellos es limitante.

Función de estado: Se dice que una magnitud o variable es función de estado cuando el sistema evoluciona de una estado 1 hasta un estado 2 y el incremento de dicha variable sólo depende de cuál ha sido el estado inicial y final, pero no del camino seguido para pasar de un estado a otro. Son funciones de estado la entalpía, la entropía, la energía libre de Gibbs y la energía interna de un cuerpo, pero no lo es el trabajo.

Condiciones normales: Presión de una atmósfera y 0º C ó 273º K de temperatura.

Condiciones estándar: Presión de una atmósfera y 25º C de temperatura.

Grado de disociación: Es el tanto por uno en moles que se disocian ().

PROPIEDADES

De los metales: Son dúctiles (admiten grandes deformaciones mecánicas en frío sin llegar a romperse), tenaces (oponen gran resistencia a romperse o deformarse), y maleables (pueden fundirse).

De los gases nobles: Presentan una configuración electrónica de máxima estabilidad.

De las energías: Cuando una sustancia desprende energía, ésta es negativa, mientras que es positiva si la obtiene.

De los gases: Poseen volumen y forma variable (el del recipiente que los contiene), así como fuerzas de cohesión muy pequeñas. Son muy expansibles.

De los estados de la materia:

De la materia: Todas las sustancias tienen energía (todas las partículas de cualquier sustancia están en movimiento, en todas hay energía cinética, potencial, atracciones / repulsiones, etc.). Esta energía que tienen las sustancias se denomina energía interna () y se mide en Julios (J). Esta magnitud no puede medirse en valor absoluto, pero sí sus incrementos.

LEYES Y PRINCIPIOS

Ley de Coulomb

La fuerza de atracción / repulsión de los centros de dos cargas eléctricas de signo contrario / igual, respectivamente, viene dado por la expresión:

Ley de Boyle

A temperatura constante, los volúmenes ocupados por una masa de gas son inversamente proporcionales a las presiones:

Ley de Gay-Lussac

A presión constante, los volúmenes ocupados por una masa de gas son directamente proporcionales a las temperaturas absolutas:

Ley del volumen cte.

A volumen constante, las presiones de una masa de gas son directamente proporcionales a las temperaturas absolutas:

Ley de los gases perfectos (Un gas se aproxima tanto más al estado ideal cuanto mayor sea la temperatura y menor la presión)

El producto de la presión por el volumen de una masa de gas es directamente proporcional a las temperaturas absolutas:

P es la presión en atmósferas o mm de Hg

(1atm. = 760 mm Hg)
V es el volumen en litros o en cm3

n es el número de moles ()

R es la constante universal de los gases perfectos

(R = 0'082 atm.·l / ºk·mol ó R = 8'31 J / ºk·mol)
T es la temperatura absoluta (T = t + 273)

Ley de Lavoisière o de conservación de la masa

La energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma

La energía se conserva

La cantidad de masa y energía en el universo es constante (Einstein)

Conversión de masa en energía

Ley de las proporciones definidas

Cuando dos elementos reaccionan para formar un compuesto, las masas del primero son directamente proporcionales a las respectivas masas del segundo:

Ley de las proporciones múltiples

Cuando dos elementos reaccionan pudiendo formar dos compuestos diferentes, las masas de uno de los elementos que reaccionan con una misma masa del otro, guardan una relación de números sencillos.

Ley de las presiones parciales

La presión parcial de un gas es igual al producto de la presión total por la fracción molar:

Principio de Avogadro

A presión y temperatura constantes, volúmenes iguales de gases diferentes contienen el mismo número de moles:

Volumen de Avogadro

Un mol de cualquier gas en condiciones normales (P = 1atm., Tª = 273º K) ocupa 22'4 litros.

Regla del octeto

Los átomos tienden a ganar, perder o compartir electrones hasta quedar rodeados de 8 electrones de valencia.

TEORÍA

CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA

1 s

2 s p

3 s p d

4 s p d f

5 s p d f

6 s p d f Algunos elementos presentan anomalías en sus configuraciones

7 s p d f electrónicas.

El átomo puede estar en tres estados según manifieste su configuración electrónica:

Fundamental: El átomo posee una configuración electrónica habitual, cumpliendo el principio e máxima multiplicidad. P.ej.:

Ionizado: El átomo posee más o menos electrones de los que indica el número atómico (en estado neutro). P.ej.:

Excitado: Algunos electrones han promocionado a otro nivel al adquirir energía, que luego desprenden al volver al nivel correspondiente. P. ej:

Tabla periódica y configuración electrónica


Periodo

Nivel

s2

s1

2

1

1

1

s2

p1

p2

p3

p4

p5

p6

2

2

3

4

5

6

7

8

9

10

3

3

11

12

d1

d2

d3

d4

d5

d6

d7

d8

d9

d10

13

14

15

16

17

18

4

4

19

20

3

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

5

5

37

38

4

39

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

51

52

53

54

6

6

55

56

5

57*

72

73

74

75

76

77

78

79

80

81

82

83

84

85

86

7

7

87

88

6

89*

Alcalinos

Alcalino-Térreos

Frágiles

Dúctiles

Térreos

Carbonoideos

Nitrogenoideos

Anfígenos

Halógenos