Química Básica: Desde la Estructura Atómica hasta las Reacciones Químicas

Conceptos Fundamentales de Química: Átomos, Moléculas y Reacciones

Masa Atómica y Número Atómico

La masa atómica, también llamada peso atómico, se expresa en uma (unidad de masa atómica, equivalente a una doceava parte de la masa de un átomo de carbono-12). Se calcula sumando las masas atómicas de los isótopos de un elemento, multiplicadas por su porcentaje de abundancia.

  • Elemento: Sustancia que no se puede dividir en sustancias más simples por medios químicos.
  • Compuesto: Sustancia formada por la unión química de dos o más elementos en una proporción estable.

Propiedades de la Materia

  • Físicas: Se pueden medir y observar sin afectar la composición o identidad de la sustancia.
  • Químicas: La sustancia experimenta cambios que modifican su composición, siendo imposible volver a su estado original.

Conceptos Básicos

  • Masa: Cantidad de materia de un objeto.
  • Peso: Fuerza que ejerce la gravedad sobre un objeto.
  • Volumen: Espacio que ocupa un cuerpo.
  • Densidad: Se obtiene a partir de la relación masa/volumen (D = m/v).

Conversión de Temperatura

  • °C = (°F – 32°F) x 5/9
  • °F = 9/5 x (°C) + 32°F

Número Atómico y Número Másico

  • Número Atómico (Z): Número de protones en el núcleo del átomo de un elemento.
  • Número de Masa (A): Número de protones + neutrones.
  • Número de Neutrones: A – Z
  • Z = Número Atómico = Número de Protones = Número de Electrones (en un átomo neutro)
  • Número Másico: Número total de protones y neutrones. A = Z + Neutrones

Iones

  • Catión: Ion con carga neta positiva. Se obtiene a partir de un átomo neutro que pierde o cede un electrón.
  • Anión: Ion con carga neta negativa. Se obtiene a partir de un átomo neutro que gana un electrón.

Fórmulas Químicas y Masa Atómica Promedio

  • Fórmula Molecular: Indica el número exacto de átomos de cada elemento presente en la sustancia.
  • Fórmula Empírica: Indica los elementos presentes y la relación mínima en números enteros entre sus átomos.

Masa Atómica Promedio: Se calcula multiplicando la masa atómica de cada isótopo por su abundancia relativa.

Ejemplo: El cobre presenta las siguientes masas atómicas: 62,93 y 64,92, y sus abundancias relativas son 69,09% y 30,91%, respectivamente. Calcule su masa atómica promedio.

(62,93 x 69,09/100) + (64,92 x 30,91/100) = 63,55

Gases

  • Ley General de los Gases: P.V = n.R.T
    • P = Presión (atm). Si se da en mmHg, convertir: mmHg/760
    • V = Volumen (L). Si se da en mL, convertir: mL/1000
    • n = Moles
    • R = Constante universal de los gases
    • T = Temperatura (°K)
  • Ley de Boyle: Relación entre presión y volumen: P1.V1 = P2.V2
  • Ley de Charles: Relación entre volumen y temperatura: V1/T1 = V2/T2
  • Ley Combinada de los Gases: Relación entre presión, volumen y temperatura: V1.P1/T1 = V2.P2/T2
  • Condiciones Normales: T = 25°C (298°K), P = 1 atm, V = 22,4 L por cada mol.

Electrolitos, Ácidos y Bases

Electrolitos

  • Electrolito fuerte: NaCl (ejemplo)
  • Ácido diprótico: H2SO4
  • Base: B(OH)
  • Buffer (Tampón): Henderson
  • Ácido monoprótico: HCl
  • Ácido triprótico: H3PO4

Reacciones

  • Ácido + Metal → Sal + H2
  • Ácido + Carbonato → Sal + H2O + CO2
  • Un protón hidratado es H3O+

Reacciones Redox: Se forman a partir de un elemento que cede electrones y otro que recibe electrones.

Estructura de Lewis y Enlaces Químicos

Estructura de Lewis: Los puntos de Lewis simbolizan los electrones de valencia de un elemento. Estos se utilizan para formar enlaces.

Tipos de Enlaces

  • Enlace Iónico: Atracción de cargas opuestas entre iones. Ejemplo: NaCl
  • Enlace Covalente: Unión de dos átomos que comparten electrones. Ejemplo: H + H = H:H
  • Enlace Covalente Polar: Elementos que comparten electrones y tienen diferente electronegatividad (no metales). Ejemplo: H2O
  • Enlace Covalente Apolar: Enlace estable lineal que ocurre entre átomos de un mismo elemento o diferentes elementos con electronegatividad similar. Ejemplo: CO y O2

Electronegatividad: Capacidad de un átomo para atraer electrones.

Equilibrio Químico y Reacciones de Precipitación

Equilibrio Químico: Proceso conocido por estar libre de cambio neto, pero a nivel molecular ocurre un continuo intercambio de iones a moléculas y viceversa.

Reacción de Precipitación: Ocurre cuando un sólido insoluble se separa de la disolución. Generalmente participan compuestos iónicos.

Resonancia: Explica que en algunas moléculas es posible escribir más de una fórmula de Lewis. Ejemplo: SO2 (dióxido de azufre), el doble enlace puede estar a la derecha o izquierda.

Energía Reticular y Polaridad

Energía Reticular: Energía necesaria para separar un mol de un compuesto en sus iones gaseosos. La energía reticular muestra la estabilidad de la red cristalina.

Polaridad: Se presenta cuando la electronegatividad es diferente en compuestos con enlace covalente.

Ácidos y Bases: Conceptos Adicionales

  • Diprótico: Ácido capaz de donar hasta dos protones (electrones).
  • Electrolitos Fuertes: Se ionizan completamente. Se simbolizan con una flecha.
  • No todos los hidróxidos son solubles en agua. Depende del metal con el que se asocie el OH. Ejemplo: Al(OH)3
  • Par Conjugado: Se obtiene a partir de una reacción ácido-base, obteniendo un ácido y su base conjugada, y una base y su ácido conjugado.
  • Las reacciones de los ácidos y bases se caracterizan por ser un proceso de transferencia de [H+].
  • Los ácidos, al reaccionar con un bicarbonato, dan como resultado: CO2 + H2O + Sal.
  • Ácidos Fuertes: Se ionizan completamente en agua. Ejemplo: HCl + H2O (rosado)
  • Bases Fuertes: Se ionizan completamente en agua. Ejemplo: NaOH + H2O (azul)

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