Fundamentos de Química: Átomos, Moléculas, Enlaces y Reacciones

1. Átomos y Moléculas

Átomo: Es la unidad básica de la materia. Está formado por tres partículas subatómicas:
- Protones: Tienen carga positiva (+) y se encuentran en el núcleo.
- Neutrones: No tienen carga (neutros) y se encuentran en el núcleo.
- Electrones: Tienen carga negativa (-) y giran alrededor del núcleo en los orbitales.
Número atómico (Z): Es el número de protones en el núcleo de un átomo. Este número determina la identidad del elemento químico. Ejemplo: El hidrógeno tiene Z = 1 (un protón).
Número másico (A): Es la suma de protones y neutrones en el núcleo del átomo. A = Z + número de neutrones.
Isótopos: Son átomos de un mismo elemento (con el mismo número atómico) pero con diferente número másico (diferente número de neutrones). Ejemplo: El hidrógeno tiene tres isótopos: protio (¹H), deuterio (²H) y tritio (³H).

Metales: Son conductores de electricidad y calor, tienen brillo metálico, son maleables (se pueden moldear) y dúctiles (se pueden estirar en hilos). Ejemplos: Hierro (Fe), cobre (Cu), oro (Au).
No metales: No son buenos conductores de electricidad ni calor. Son quebradizos en estado sólido y suelen ser gases a temperatura ambiente. Ejemplos: Oxígeno (O), nitrógeno (N), cloro (Cl).
Metaloides: Tienen propiedades intermedias entre metales y no metales. Son semiconductores de electricidad. Ejemplos: Silicio (Si), arsénico (As).
Grupos (Columnas): La tabla periódica se organiza en 18 columnas. Los elementos en una misma columna tienen propiedades químicas similares. Ejemplo: El grupo 1 (metales alcalinos) incluye litio (Li), sodio (Na), potasio (K).
Períodos (Filas): La tabla tiene 7 filas. A medida que se avanza de izquierda a derecha en un período, aumenta el número atómico y cambia gradualmente la naturaleza de los elementos.

Enlace iónico: Es un tipo de enlace que ocurre entre un metal y un no metal. El metal cede electrones y se convierte en un catión (ion positivo), mientras que el no metal acepta los electrones y se convierte en un anión (ión negativo). La atracción electrostática entre los iones opuestos mantiene unido el compuesto. Ejemplo: El cloruro de sodio (NaCl) es un compuesto iónico.
Enlace covalente: Se da entre dos no metales. Los átomos comparten uno o más pares de electrones para alcanzar una configuración estable. El enlace covalente puede ser:
- Simple: Un par de electrones compartidos (H₂).
- Doble: Dos pares de electrones compartidos (O₂).
- Triple: Tres pares de electrones compartidos (N₂).
Enlace metálico: Se da entre átomos de metales. Los electrones de valencia se comparten libremente entre todos los átomos en una «nube» de electrones, lo que permite la conducción de electricidad y calor. Ejemplo: El cobre (Cu) y el hierro (Fe) tienen enlaces metálicos.

Síntesis (Adición): Dos o más sustancias se combinan para formar un solo producto. Ejemplo: 2H₂ + O₂ → 2H₂O (formación de agua).
Descomposición: Un solo compuesto se descompone en dos o más sustancias más simples. Ejemplo: 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂ (descomposición del peróxido de hidrógeno).
Desplazamiento (Sustitución): Un elemento reemplaza a otro en un compuesto. Ejemplo: Zn + CuSO₄ → ZnSO₄ + Cu (el zinc desplaza al cobre en una solución de sulfato de cobre).
Doble desplazamiento (Intercambio): Dos compuestos intercambian partes de sus moléculas para formar dos nuevos compuestos. Ejemplo: NaCl + AgNO₃ → NaNO₃ + AgCl (formación de cloruro de plata a partir de una reacción entre cloruro de sodio y nitrato de plata).
Combustión: Es una reacción con oxígeno que produce dióxido de carbono y agua. Ejemplo: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O (combustión del metano).

Ley de Boyle: La presión de un gas es inversamente proporcional a su volumen cuando la temperatura y la cantidad de gas son constantes. Es decir, si el volumen disminuye, la presión aumenta. P₁V₁ = P₂V₂.
Ley de Charles: El volumen de un gas es directamente proporcional a su temperatura en kelvin, si la presión y la cantidad de gas son constantes. Si la temperatura aumenta, el volumen también aumenta. V₁/T₁ = V₂/T₂.
Ley de Avogadro: El volumen de un gas es directamente proporcional a la cantidad de moles de gas, si la temperatura y la presión son constantes. Es decir, más moles de gas = mayor volumen. V ∝ n.

Ácido: Es una sustancia que dona protones (H⁺) en una reacción química. Tienen un sabor ácido y son corrosivos. Ejemplos: Ácido clorhídrico (HCl), ácido sulfúrico (H₂SO₄).
Base: Es una sustancia que acepta protones (H⁺) o dona iones hidróxido (OH^–) en una reacción química. Son resbaladizas al tacto y pueden neutralizar ácidos. Ejemplos: Hidróxido de sodio (NaOH), hidróxido de calcio (Ca(OH)₂).
pH: Es una escala que mide la acidez o basicidad de una solución, donde:
- pH < 7: Ácido.
- pH = 7: Neutro.
- pH > 7: Básico (Alcalino).
Neutralización: Es la reacción entre un ácido y una base, produciendo agua y una sal. Ejemplo: HCl + NaOH → NaCl + H₂O (formación de cloruro de sodio y agua).