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INSTITUTO SOUL MAYA
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GUÍA DE QUÍMICA
1. ¿Qué es el átomo?
Un Átomo es la unidad de partículas más pequeñas que puede existir como
sustancia simple (elemento químico), y que puede intervenir en una combinación
química. Su término en griego significa “no divisible”, propuesto por Demócrito y
Leucipo, quienes suponían que la materia estaba formada por partículas
indivisibles e indestructibles.
2. ¿Cuáles son las partículas subatómicas?
El protón, neutrón y electrón.
3. ¿Cuáles son las características del protón?
Un protón es una partícula subatómica con carga eléctrica positiva que se
encuentra dentro del núcleo atómico de los átomos. El número de protones en el
núcleo atómico es el que determina el número atómico de un elemento, como se
indica en la tabla periódica de los elementos.
El protón tiene carga +1 (alternativamente, 1,602x10-19 culombios), exactamente
lo contrario de la carga -1 que contiene el electrón. En masa, sin embargo, no
hay competencia - la masa del protón es aproximadamente 1,836 veces mayor
que la de un electrón.
4. ¿Cuáles son las características del neutrón?
Un neutrón es una partícula subatómica contenida en el núcleo atómico. No
tiene carga eléctrica neta, a diferencia del protón que tiene carga eléctrica
positiva. El número de neutrones en el núcleo atómico de un elemento determina
el isótopo al que forma parte.
5. ¿Cuáles son las características del electrón?
Un electrón es una partícula elemental estable cargada negativamente que
constituye uno de los componentes fundamentales del átomo. Por este motivo
también se la puede definir como una partícula subatómica. Forma parte del grupo
de los leptones.
Los electrones pueden aparecer en estado libre (sin estar unidos a ningún
átomo) o atados al núcleo de un átomo. Existen electrones en los átomos en
capas esféricas de diversos radios. Estas capas esféricas representan los niveles
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de energía. Cuanto más grande sea el caparazón esférico, mayor será la energía
contenida en el electrón.
En los conductores eléctricos, los flujos de corriente son los electrones de los
átomos que circulan de forma individual de un átomo a otro en la dirección del polo
negativo al polo positivo del conductor eléctrico. En los materiales
semiconductores, el corriente eléctrico también se produce mediante el
movimiento de los electrones.
En algunos casos, lo más ilustrativo para visualizar el movimiento de la corriente
eléctrica son las deficiencias de electrones de átomo a átomo. Un átomo deficiente
en electrones en un semiconductor se llama agujero. Los agujeros, en general, se
"mueven" entre los polos eléctricos de positivo a negativo.
Partícula Símbolo Carga
eléctrica absoluta
Carga eléctrica relativa
Masa absoluta
(Kg) Descubridor
Electrón e- -1,602x10-19 -1 9.11x10-31 Thomson
(1897)
Protón p+ 1,602x10-19 +1 1.67x10-27 Rutherford
(1920)
Neutrón n0 0 0 1.67x10-27 Chadwick
(1932)
6. ¿Cuál es la diferencia entre el número atómico y el número de masa?
La identidad de un átomo y sus propiedades vienen dadas por el número de
partículas que contiene. Lo que distingue a unos elementos químicos de otros es
el número de protones que tienen sus átomos en el núcleo. Este número se
llama Número atómico y se representa con la letra Z. Por ejemplo, todos los
átomos del elemento Hidrógeno tienen 1 protón y su Z=1, los de helio tienen 2
protones y Z=2, los de litio, 3 protones y Z=3 y así sucesivamente.
Si el átomo es neutro, el
número de electrones coincide
con el de protones y nos lo da
Z.
El Número másico nos indica
el número total de partículas
que hay en el núcleo, es decir,
la suma de protones y
neutrones. Se representa con
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la letra A. Representa la masa del átomo medida en uma (unidad de masa
atómica), ya que la de los electrones es tan pequeña que puede despreciarse.
7. ¿Qué es un isótopo?
Los isótopos son átomos cuyos núcleos atómicos tienen el mismo número de
protones pero diferente número de neutrones. No todos los átomos de un
mismo elemento son idénticos y cada una de estas variedades corresponde a un
isótopo diferente.
Cada isótopo de un mismo elemento tiene el mismo número atómico (Z) pero cada
uno tiene un número másico diferente (A). El número atómico corresponde al
número de protones en el núcleo atómico del átomo. El número másico
corresponde a la suma de neutrones y protones del núcleo. Esto significa que los
diferentes isótopos de un mismo átomo se diferencian entre ellos
únicamente por el número de neutrones.
8. ¿Cuál es la diferencia entre las propiedades físicas y químicas de una
sustancia?
Las sustancias se caracterizan por sus propiedades y por su composición. El
color, punto de fusión y punto de ebullición son propiedades físicas. Una
propiedad física se puede medir y observar sin que cambie la composición o
identidad de la sustancia.
Por otro lado el enunciado “el hidrógeno gaseoso se quema en presencia de
oxígeno gaseoso para formar agua” describe una propiedad química del
hidrógeno, ya que para observar esta propiedad se debe efectuar un cambio
químico, en este caso la combustión. Después del cambio, los gases originales,
hidrógeno y oxígeno, habrán desaparecido y quedara una sustancia química
distinta, el agua. No es posible recuperar el hidrógeno del agua por medio de un
cambio físico como la ebullición o la congelación.
9. ¿Qué es la masa atómica?
Se conoce como masa atómica a la masa que posee un átomo mientras éste
permanece en reposo. En otras palabras, puede decirse que la masa atómica es
aquella que surge de la totalidad de masa de los protones y neutrones
pertenecientes a un único átomo en estado de reposo. Dentro del Sistema
Internacional, la unidad que permite calcularla y reflejarla es la masa atómica
unificada (uma). Cabe resaltar que las masas atómicas también suelen ser
definidas como peso atómico. Sin embargo, esto no es del todo acertado debido
a que la masa constituye una propiedad del cuerpo y el peso varía de acuerdo a la
gravedad.
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10. ¿Cómo y bajo qué criterios está ordenada la tabla periódica?
La tabla periódica tal y como la conocemos hoy día ha sido un proceso de
evolución y trabajo de muchos científicos, hasta llegar a sistematizar y ordenar
claramente los elementos químicos.
La tabla periódica actual consta de 118 elementos, que se diferencian entre sí
por el número de protones de sus respectivos átomos; este número de protones
de un átomo se denomina número atómico y se representa por la letra Z. Cada
elemento tiene su número atómico correspondiente que depende del número de
protones que tenga en su núcleo. Por ejemplo, el hidrógeno tiene de número
atómico 1, esto significa que todos sus átomos tienen 1 protón en su núcleo; el
oxígeno tiene de número atómico 8, esto significa que todos sus átomos tienen 8
protones en su núcleo.
La clasificación periódica se basa en esto. Es un hecho demostrado que las
características de un elemento químico vienen dadas por el número de
protones de sus átomos, por eso, en la tabla periódica los elementos se ordenan
en orden creciente de sus números atómicos de izquierda a derecha. Es decir, el
primer elemento es el hidrógeno de Z = 1, si seguimos a la derecha, aparece el
helio, de Z = 2, el siguiente es el litio, de Z = 3, y así sucesivamente.
Además de esto, los elementos se ordenan en grupos (columnas) y periodos
(filas). Los elementos de un mismo grupo se caracterizan por tener el mismo
número de electrones en su nivel más externo y, por ello, poseen propiedades
químicas muy similares (aunque no iguales); mientras que, los elementos que
están en un mismo período, se encuentran llenando un mismo nivel con
electrones.
11. ¿Qué es la electronegatividad?
La electronegatividad de un elemento mide su tendencia a atraer hacia sí
electrones, cuando está químicamente combinado con otro átomo. Cuanto mayor
sea, mayor será su capacidad para atraerlos.
Pauling la definió como la capacidad de un átomo en una molécula para atraer
electrones hacia así. Sus valores, basados en datos termoquímicos, han sido
determinados en una escala arbitraria, denominada escala de Pauling, cuyo valor
máximo es 4 que es el valor asignado al flúor, el elemento más electronegativo.
El elemento menos electronegativo, el cesio, tiene una electronegatividad de
0,7. Aumenta de izquierda a derecha y de abajo hacia arriba en la tabla periódica.
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12. ¿Qué es el radio atómico?
El radio atómico representa la distancia que existe entre el núcleo y la capa de
valencia (la más externa). Por medio del radio atómico es posible determinar el
tamaño del átomo. Dependiendo del tipo de elemento existen diferentes técnicas
para su determinación como la difracción de neutrones, de electrones o de rayos
X. En cualquier caso no es una propiedad fácil de medir ya que depende, entre
otras cosas, de la especie química en la que se encuentre el elemento en
cuestión. Aumenta de derecha a izquierda y de arriba hacia abajo en la tabla
periódica.
13. ¿Qué es la energía de ionización?
La energía de ionización, también llamada potencial de ionización, es la energía
que hay que suministrar a un átomo neutro, gaseoso y en estado fundamental,
para arrancarle el electrón más débil retenido. Aumenta de izquierda a derecha y
de abajo hacia arriba en la tabla periódica.
14. ¿Qué es la afinidad electrónica?
Es la energía que se desprende cuando un átomo neutro en estado gaseoso
captura un electrón para convertirse en un ion negativo. Aumenta de izquierda a
derecha y de abajo hacia arriba en la tabla periódica.
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15. ¿Cuáles son los estados de agregación de la materia?
La materia se presenta en cinco estados o formas de agregación: sólido, líquido
y gaseoso. plasma y condensado de Bose-Einstein
Dadas las condiciones existentes en la superficie terrestre, sólo algunas
sustancias pueden hallarse de modo natural en los tres estados, tal es el caso del
agua.
La mayoría de sustancias se presentan en un estado concreto. Así, los metales o
las sustancias que constituyen los minerales se encuentran en estado sólido y el
oxígeno o el CO2 en estado gaseoso:
Los sólidos: Tienen forma y volumen constantes. Se caracterizan por la
rigidez y regularidad de sus estructuras.
Los líquidos: No tienen forma fija pero sí volumen. La variabilidad de forma
y el presentar unas propiedades muy específicas son características de los
líquidos.
Los gases: No tienen forma ni volumen fijos. En ellos es muy característica
la gran variación de volumen que experimentan al cambiar las condiciones
de temperatura y presión.
Al plasma se le llama a veces «el cuarto estado de la materia», además de
los tres «clásicos», sólido, líquido y gas. Es un gas en el que los átomos se
han roto, formado por electrones negativos y iones positivos (átomos que
han perdido electrones y que están moviéndose libremente).
Condensado de Bose-Einstein (CBE): predicho en 1924 por Satyendra
Nath Bose y Albert Einstein, y obtenido en 1995 (los físicos Eric A. Cornell,
Carl E. Wieman y Wolfgang Ketterle compartieron el Premio Nobel de
Física de 2001 por este hecho). Este estado se consigue a temperaturas
cercanas al cero absoluto y se caracteriza porque los átomos se encuentran
todos en el mismo lugar, formando un superátomo.
16. ¿Cuáles son los cambios de estado de la materia?
La materia sufre un cambio de estado cuando evoluciona desde un estado de
agregación a otro, manteniendo su composición. Los cambios de estado se
muestran a continuación:
Fusión: Es el cambio de estado sólido a líquido dado normalmente por un
aumento de temperatura. El "punto de fusión" es la temperatura en la que
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un sólido se funde y es característico de cada sustancia. Para el agua, a
una presión de 1 atm, es de 0°C.
Vaporización: Es el cambio de estado líquido a gaseoso dado
normalmente por un aumento de temperatura. El "punto de ebullición" es la
temperatura en la que un líquido comienza el proceso de vaporización. Para
el agua, a una presión de 1atm, es de 100°C.
Condensación: Es el cambio de estado gaseoso al líquido dado
normalmente por una disminución de la temperatura. Es el proceso inverso
de la vaporización.
Solidificación: Es el cambio de estado líquido a sólido dado normalmente
por una disminución de la temperatura. Es el proceso inverso de la fusión.
Sublimación: Es el cambio de estado sólido a gaseoso sin pasar por el
estado líquido. El hielo seco es un ejemplo de una sustancia capaz de
sublimarse.
Sublimación inversa: También llamada deposición y, en algunos casos,
cristalización. Es el cambio de estado gaseoso a sólido sin pasar por el
estado líquido. Es el proceso inverso a la sublimación.
17. ¿Qué características tienen los elementos que son metales?
Los metales tienen la circunstancia de ser elementos brillantes variando de un
metal a otro la intensidad de brillo.
Otro aspecto importante de los metales es que permiten formar aleaciones como
el bronce, acero, latón, etc.
Los metales también tienen algunas cualidades aprovechables en el servicio
médico, tal como el titanio, el acero inoxidable y el oro, que son hipoalergénicos y
permiten realizar intervenciones quirúrgicas como prótesis y en odontología
curaciones dentales.
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En los metales existe otro fenómeno, que es el de poder conducir en mayor o
menor capacidad la electricidad, causa por la cual es utilizado como conductor
haciéndose de cobre y aluminio la mayoría de alambres y cables de conducción,
aunque también se utilizan el oro y la plata, para realizar tanto cables como
conexiones eléctricas, sobre todo en los procesadores de las computadoras.
El magnetismo es otra cualidad de los metales, pero si bien muchos son
magnéticos, otros no lo son, como sucede con el hierro.
Aun así al formarse campos de cobre o aluminio, se forman campos magnéticos, y
de esa forma se realizan los estatores de los motores eléctricos, que giran el rotor
por medio de campos magnéticos.
Los metales tienen la cualidad o capacidad de ser de ser maleables, de fundirse a
una temperatura determinada, esto permite que sea vaciado en moldes y es lo
que les permite formar las aleaciones como las que se mencionan arriba y por su
misma ductilidad se pueden deformar.
Al poder fundirse puede ser vaciado en moldes, los cuales le dan la forma
deseada a la pieza de metal, también puede ser troquelada, doblada o formarse
laminas.
18. ¿Qué características tienen los semimetales?
Elemento: Los metaloides son una serie de elementos químicos que como ya
mencionamos tienen cualidades tanto propias de los metales como de los no
metales.
Apariencia: Su apariencia suele variar entre la brillante propia del metal o la
opacidad que caracteriza a los no metales.
Conducción: Este tipo de elementos varía ampliamente en su conducción de
energía y temperatura lo que permite una gama amplia de aplicaciones médicas e
industriales.
Clasificación: Estos elementos se encuentran clasificados en la tabla periódica
de los elementos; en ésta ocupa un distintivo que es el color distintivo que puede
ser verde o rojo según el formato de la tabla.
La lista de elementos no metales es la siguiente:
1. Boro = (B)
2. Silicio = (Si)
3. Germanio = (Ge)
4. Arsénico = (As)
5. Antimonio = (Sb)
6. Telurio = (Te)
7. Polonio = (Po)
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Esta pequeña clasificación de elementos se encuentra ubicada en una línea
diagonal de izquierda a derecha y se convierte en una línea divisoria entre los no-
metales y los metales que se encuentra a la derecha e izquierda respectivamente.
Así a la izquierda se encuentran los metales que suelen estar en un color amarillo
dentro de la clasificación y a la derecha los no-metales que suelen estar en un
color verde claro.
Usos: Los metaloides son utilizados como semiconductores, debido a sus
cualidades químicas, y estos se pueden apreciar físicamente en los ordenadores,
radios, televisores e incluso en las tabletas y teléfonos celulares.
19. ¿Cuáles son los no metales y qué propiedades tienen?
Acidez: Se caracterizan por su acidez, pues la gran mayoría de los óxidos de los
no metales forman algunas soluciones ácidas.
Brillantez: Por su naturaleza los no metales tienen poca brillantez a diferencia de
los metales.
Calor: La transmisión de calor es más reducida en los no metales.
Conductibilidad: Los no metales no son buenos conductores. Los no metales se
distinguen principalmente por no ser buenos conductores, aunque esto no quiere
decir que no puedan conducir.
Ductilidad: Los no metales no tienen la capacidad de doblarse o estirarse, por lo
que no se pueden hacer láminas mediante deformaciones plásticas.
Gases: Estos elementos en su gran mayoría son gases.
Propiedades química: Entre las propiedades químicas de los no metales es que
en su última capa tienen desde 4 hasta 7 electrones y al ionizarse pueden adquirir
carga negativa y con el oxígeno forman oxidaciones no metálicas o anhídridos.
Semiconducción: Estos elementos por su reducida o nula conducción son
utilizados como aislantes o como semiconductores dentro de los aparatos y
dispositivos.
20. ¿Qué es un gas noble?
Los gases nobles se ubican en el grupo VIIIA en la tabla periodica de los
elementos químicos. Los gases nobles se caracterizan ya que presentan
propiedades químicas muy similares. La primera indicación de la existencia de los
gases nobles fue divulgada por el químico ingles Cavendish, en 1784.
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Algunas características de los gases nobles a condiciones normales son: Son
gases con un solo átomo (monoatómicos), Son incoloros, Presentan reactividad
química baja.
21. ¿Qué modelos del átomo existen?
Pues bien, un modelo atómico es una representación gráfica de la estructura que
tienen los átomos. Un modelo atómico lo que representa es una explicación o
esquema de cómo se comportan los átomos. Los modelos del átomo más
importantes son:
Modelo Atómico De Demócrito de Abdera
Modelo Atómico De Dalton
Modelo Atómico De Thomson
Modelo Atómico Cúbico De Lewis
Modelo Atómico De Rutherford
Modelo Atómico De Bohr
Modelo Atómico De Sommerfeld
Modelo Atómico De Schrödinger
22. ¿Quién definió la palabra átomo?
Demócrito fue un filósofo griego que vivió del 460 al 370 a.C. y que, gracias a las
enseñanzas de su predecesor, Leucipo, notó que las propiedades de la materia
se mantenían cuando se dividía, de tal manera que si ésta se continuaba
dividiendo, llegaría un punto en que ya no podría hacerlo más. A las partículas
resultantes de esta división las llamó átomos, que significa "indivisible".
23. ¿Cuáles son las hipótesis de la teoría atómica de Dalton?
Los elementos están constituidos por átomos consistentes en partículas
materiales separadas e indestructibles.
Los átomos de un mismo elemento son iguales en masa y en todas las
demás cualidades.
Los átomos de los distintos elementos tienen diferentes masa y
propiedades.
Los compuestos se forman por la unión de átomos de los correspondientes
elementos en una relación numérica sencilla. Los «átomos» de un
determinado compuesto son a su vez idénticos en masa y en todas sus
otras propiedades.
24. ¿Cuál es el modelo atómico de Thomson?
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Joseph John "J.J." Thomson fue un científico británico que vivió de 1856 a 1940 y
que descubrió el electrón.
Thomson basó su modelo atómico en los conocimientos que se tenían hasta esa
época; en donde se conocía que el átomo era neutro, por lo que, si existía una
parte de él cargado negativamente (electrón) debía existir una carga positiva, la
cual, representaba la mayoría de la masa del átomo, debido a la baja masa del
electrón. Por lo tanto, Thomson propuso que el átomo era una gran masa positiva
en donde estaban incrustados los electrones. Este modelo es conocido también
como "modelo de pudín de pasas".
25. ¿Cuál es el modelo atómico de Rutherford?
Ernest Rutherford fue un químico y físico neozelandés que vivió entre los años
1871 y 1937 que dedicó gran parte de su vida a estudiar las partículas radioactivas
(partículas alfa, beta y gamma) y fue el primero de todos en definir un modelo
atómico en el que pudo demostrar que un átomo está compuesto de un núcleo y
una corteza. Ganó el Premio Nobel De La Química en 1908.
Para Rutherford el átomo estaba compuesto de un núcleo atómico cargado
positivamente y una corteza en los que los electrones (de carga negativa) giran a
gran velocidad alrededor del núcleo, donde estaba prácticamente toda la masa del
átomo.
Para Rutherford esa masa era muy muy pequeña. Esa masa la definía como una
concentración de carga positiva.
Los estudios de Rutherford demostraron que el átomo estaba vació en su mayor
parte ya que el núcleo abarcaba casi el 100% de la masa del átomo.
26. ¿En qué consiste el modelo atómico de Bohr?
Este modelo también se llama de Bohr-Rutherford.
Niels Henrik David Bohr fue un físico danés que vivió entre los años 1885 y 1962
que se basó en las teorías de Rutherford para explicar su modelo atómico.
En el modelo de Bohr se introdujo ya la teoría de la mecánica cuántica que pudo
explicar cómo giraban los electrones alrededor del núcleo del átomo. Los
electrones, al girar alrededor del núcleo, definían unas órbitas circulares estables
que Bohr definió como órbitas. Explicó que los electrones pasaban de unas
órbitas a otras para ganar o perder energía.
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Demostró que cuando un electrón pasaba de una órbita más externa a otra más
interna emitía radiación electromagnética. Cada órbita tiene un nivel diferente de
energía.
27. ¿En qué consiste el modelo atómico cuántico?
Quienes sentaron las bases del nuevo modelo mecanico-cúantico fueron tres
científicos:
a) En 1924, Louis de Broglie, postuló que los electrones tenían un
comportamiento dual de onda y partícula. Cualquier partícula que tiene masa y
que se mueve a cierta velocidad, también se comporta como onda.
b) En 1927, Werner Heisenberg, sugiere que es imposible conocer con exactitud
la posición, el momento y la energía de un electrón. A esto se le llama "principio
de incertidumbre"
c) En 1927, Erwin Schrödinger, establece una ecuación matemática que al ser
resuelta permite obtener una función de onda (psi cuadrado) llamada orbital. Esta
describe probabilísticamente el comportamiento de un electrón en el átomo. Esta
función es llamada densidad electrónica e indica la probabilidad de encontrar un
electrón cerca del núcleo. La probabilidad es mayor mientras más cercana al
núcleo y menor si nos alejamos del núcleo. Con esta teoría de Schrödinger queda
establecido que los electrones no giran en orbitas alrededor del núcleo como el
modelo de Bohr, sino en volúmenes alrededor del núcleo.
28. ¿Qué son los niveles de energía dentro del átomo?
En un átomo, los electrones están girando alrededor del núcleo formando capas.
En cada una de ellas, la energía que posee el electrón es distinta. Por ejemplo: en
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las capas muy próximas al núcleo, la fuerza de atracción entre éste y los
electrones es muy fuerte, por lo que estarán fuertemente ligados.
Ocurre lo contrario en las capas alejadas, en las que los electrones se encuentran
débilmente ligados, por lo que resultará más fácil realizar intercambios
electrónicos en las últimas capas.
Existen 7 niveles de energía, numerados del 1, el más interno, al 7, el más
externo. Y los niveles se llaman: K,L,M,N,O,P y Q. A su vez, cada nivel tiene sus
electrones repartidos en distintos subniveles, que pueden ser de cuatro tipos: s, p,
d, f.
29. ¿Qué son los orbitales?
Un orbital atómico, se puede decir que es una zona del espacio donde hay una
gran probabilidad, casi mayor del 90%, de encontrar al electrón, lo que supone
poder considerar al electrón o electrones, como una nube indefinida cargada que
gira alrededor del núcleo, donde hay mayor densidad en las zonas donde la
probabilidad de encontrar al electrón, es mayor.
30. ¿Qué es la configuración electrónica?
La configuración electrónica (C.E) indica la posición de cada electrón dentro de la
envoltura nuclear, indicando en el nivel energético en el que éste se encuentra y
en que orbital. Cada electrón puede ser identificado específicamente gracias a sus
cuatro números cuánticos, los cuales son:
Número Cuántico Principal (n): Corresponde al nivel energético en donde
se encuentra el electrón. Va desde 1 hacia arriba (1, 2, 3...)
Número Cuántico secundario o Azimutal (l): Corresponde al orbital en
donde se encuentra el electrón. Se representa por s (0), p (1), d (2) y f (3).
Número Cuántico Magnético (m): Indica la orientación del orbital donde
se encuentra el electrón. Va desde -l hasta l (incluyendo el 0).
Número Cuántico de Spin o Giro (s): Este número cuántico se define
tradicionalmente como el giro que posee el electrón. Dos electrones con el
mismo giro no pueden tener un mismo m (solo se permiten dos electrones
por m y deben tener spines (giros) opuestos). Se identifican
tradicionalmente como -1/2 y +1/2 o -1 y +1, en esta página web se utilizará
la primera identificación (-1/2 y +1/2).
31. ¿Qué son los electrones de valencia?
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Los electrones que se encuentran en los mayores niveles de energía de
determinado átomo son llamados electrones de valencia. Son los que posibilitan la
reacción de un átomo con otro del mismo elemento o de elementos diferentes, ya
que tienen facilidad o predisposición para participar en los enlaces. Sólo los
electrones que se encuentran en la superficie externa del átomo son capaces de
interactuar con electrones de otro átomo, éstos son los electrones de valencia.
32. ¿En qué consiste la regla del octeto de Lewis?
La regla del octeto, enunciada en 1916 por Gilbert Newton Lewis, fisicoquímico
norteamericano, dice que la tendencia de los iones de los elementos del sistema
periódico es completar sus últimos niveles de energía con una cantidad de 8
electrones, de tal forma que adquiere una configuración muy estable.
33. ¿Cómo es la estructura de Lewis?
La estructura de Lewis, también llamada diagrama de punto y raya diagonal,
modelo de Lewis, representación de Lewis o fórmula de Lewis, es una
representación gráfica que muestra los pares de electrones de los enlaces entre
los átomos de una molécula y los pares de electrones solitarios que puedan existir.
34. ¿Qué es un enlace químico?
Un enlace químico corresponde a la fuerza que une o enlaza a dos átomos, sean
estos iguales o distintos. Los enlaces se pueden clasificar en tres grupos
principales: enlaces iónicos, enlaces covalentes y enlaces metálicos. Los
enlaces se producen como resultado de los movimientos de los electrones de los
átomos, sin importar el tipo de enlace que se forme.
35. ¿Qué es un enlace iónico y cómo se forma?
Un enlace iónico se puede definir como la fuerza que une a dos átomos a través
de una cesión electrónica. Una cesión electrónica se da cuando un elemento
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electropositivo se une con un elemento electronegativo. Mientras mayor sea la
diferencia de electronegatividad entre los elementos, más fuerte será el enlace
iónico. Se empieza a considerar que dos átomos están unidos a través de un
enlace iónico cuando su diferencia de electronegatividad es superior a 1.7.
36. ¿Qué características tienen las sustancias iónicas?
Conducen la electricidad en estado líquido y en solución acuosa pero no en estado
sólido. Están constituidas por enormes entramados de tamaño indefinido llamados
redes iónicas. La estructura de la red consiste en un número muy grande de
iones de carga opuesta (aniones y camiones) interactuando eléctricamente.
Ejemplos: NaCl, NH4NO3, etc. Por definición, las otras 3 categorías (metálicas,
covalentes no moleculares y covalentes moleculares) son sistemas covalentes.
37. ¿Qué son los enlaces covalentes?
El enlace covalente es la fuerza que une dos átomos mediante la compartición de
un electrón por átomo. Dentro de este tipo de enlace podemos encontrar dos tipos:
el enlace covalente polar y el enlace covalente apolar. El primer subtipo
corresponde a todos aquellos compuestos en donde la diferencia de
electronegatividad de los átomos que lo componen va desde 0 hasta 1.7 (sin
considerar el 0). Los compuestos que son polares se caracterizan por ser
asimétricos, tener un momento dipolar (el momento dipolar es un factor que
indica hacia donde se concentra la mayor densidad electrónica) distinto a 0, son
solubles en agua y otros solventes polares, entre otras características.
38. ¿Qué características tienen las sustancias con enlaces covalentes?
Sustancias Covalentes No Moleculares (CNM). No conducen la electricidad ni
en estado líquido, ni en estado sólido ni en solución acuosa. Tienen puntos de
fusión muy elevados. Están constituidas por enormes entramados de tamaño
indefinido llamados redes covalentes. La estructura de la red consiste en un
número muy grande de núcleos y electrones conectados entre sí mediante una
compleja cadena de enlaces covalentes típicos (la interacción eléctrica entre 2
núcleos y un par de electrones). Ejemplos: diamante (C), cuarzo (SiO2), etc.
Sustancias Covalentes Moleculares (CM). No conducen la electricidad ni en
estado líquido, ni en estado sólido ni en solución acuosa. Tienen bajos puntos de
fusión. Consisten de átomos o moléculas estables interactuando —si acaso— muy
débilmente entre sí. En las sustancias gaseosas, la interacción entre partículas es
prácticamente nula. Para fines prácticos se trata de partículas independientes. En
las sustancias líquidas, la interacción entre partículas ya es significativa, lo cual
hace que estén muy cerca unas de otras aunque todavía con mucho movimiento
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debido a sus altas velocidades. Las sustancias sólidas de esta categoría también
consisten de redes pero con la diferencia de que los puntos reticulares son
ocupados por moléculas y no por iones. Por definición, las otras 3 categorías
(metálicas, iónicas y covalentes no moleculares) son sistemas no moleculares.
39. ¿Cómo son los enlaces metálicos?
El enlace metálico ocurre entre dos o más átomos de metales. En este enlace
todos los átomos envueltos pierden electrones de sus capas más externas, que se
trasladan más o menos libremente entre ellos, formando una nube electrónica
(también conocida como mar de electrones).
Un metal típico es buen conductor de calor y de electricidad, es maleable, dúctil,
de apariencia lustrosa, generalmente sólido, con alto punto de fusión y baja
volatilidad.
40. ¿Qué son los puentes de hidrógeno?
El puente de hidrógeno es un enlace que se establece entre moléculas capaces
de generar cargas parciales. El agua, es la sustancia en donde los puentes de
hidrógeno son más efectivos, en su molécula, los electrones que intervienen en
sus enlaces, están más cerca del oxígeno que de los hidrógenos y por esto se
generan dos cargas parciales negativas en el extremo donde está el oxígeno y dos
cargas parciales positivas en el extremo donde se encuentran los hidrógenos. La
presencia de cargas parciales positivas y negativas hace que las moléculas de
agua se comporten como imanes en los que las partes con carga parcial positiva
atraen a las partes con cargas parciales negativas. De tal suerte que una sola
molécula de agua puede unirse a otras 4 moléculas de agua a través de 4 puentes
de hidrógeno. Esta característica es la que hace al agua un líquido muy especial.
41. ¿Cómo se clasifican los enlaces dipolo-dipolo y en qué consisten?
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La interacción dipolo-dipolo es la observada entre un dipolo positivo de una
molécula polar con el dipolo negativo de otra. En los enlaces covalentes polares,
el átomo con mayor electronegatividad atrae los electrones hacia sí, formándose
un dipolo negativo en torno al mismo. En el átomo con menor electronegatividad,
el dipolo formado es de carga positiva, ya que cede parcialmente sus electrones.
Las atracciones electrostáticas entre dipolos de carga contraria, de diferentes
moléculas son las llamadas interacciones dipolo-dipolo.
Existen varios tipos de interacción dipolo-dipolo:
Interacción dipolo permanente - dipolo permanente. Es el que ocurre entre dos
moléculas cuyos enlaces son covalentes polares, es decir, que forman dipolos por
diferencia de electronegatividad entre sus átomos.
Interacción dipolo permanente - dipolo inducido. Se produce cuando en
moléculas no polares, el dipolo es inducido, por ejemplo mediante un campo
eléctrico.
Interacción dipolo instantáneo - dipolo inducido. Se produce cuando la nube
de electrones de una molécula neutra se vuelve asimétrica, generando
momentáneamente una carga parcial, que inducirá a otra molécula a generar una
carga parcial. Este tipo de interacción es de muy corta duración.
Los iones también son capaces de interaccionar con dipolos de moléculas, ya
sean éstos permanentes o inducidos.
La interacción dipolo-dipolo también puede suceder entre dos partes de la misma
molécula, si ésta es lo suficientemente grande.
42. ¿Qué tipo de reacciones químicas existen?
Síntesis o Adición, Descomposición o Análisis, Doble sustitución o Doble
Desplazamiento
43. ¿En qué consiste una reacción de síntesis?
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Las reacciones de síntesis o adición son aquellas donde las substancias se
juntan formando una única sustancia. Representando genéricamente los
reactivos como A y B, una reacción de síntesis puede ser escrita como:
A + B →AB
Veamos algunos ejemplos:
Fe + S → FeS
2H2 + O2 → 2H2O
H2O + CO2 → H2CO3
44. ¿En qué consiste una reacción de descomposición?
Las reacciones de análisis o descomposición son lo opuesto de las reacciones de
síntesis, o sea, un reactivo da origen a productos más simples que el. Escribiendo
la reacción genérica nos resulta fácil entender lo que sucede:
AB → A + B
Veamos algunos ejemplos:
2H2O → H2 + O2
CaCO3 → CaO + CO2
45. ¿Qué es una reacción de neutralización?
Las reacciones de neutralización, son las reacciones entre un ácido y una base,
con el fin de determinar la concentración de las distintas sustancias en la
disolución.
Tienen lugar cuando un ácido reacciona totalmente con una base, produciendo sal
y agua. Sólo hay un único caso donde no se forma agua en la reacción, se trata de
la combinación de óxido de un no metal, con un óxido de un metal.
46. ¿Qué es una reacción de oxido-reducción?
Las reacciones de oxidación-reducción (redox) implican la transferencia de
electrones entre especies químicas. Se llaman también reacciones de
transferencia de electrones ya que la partícula que se intercambia es el electrón.
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En una reacción de oxidación-reducción tienen lugar dos procesos simultáneos, la
oxidación y la reducción.
47. ¿Qué es la oxidación?
La oxidación es el proceso en el cual una especie química pierde electrones y su
número de oxidación aumenta.
48. ¿Qué es la reducción?
La reducción es el proceso en el cual una especie química gana electrones y su
número de oxidación disminuye.
49. ¿Qué es el balanceo de ecuaciones?
El balanceo de ecuaciones es una consecuencia de la ley de conservación de la
masa de Lavoisier, por lo que la masa de los reactivos debe ser igual a la masa de
los productos, esto implica que la cantidad y variedad de átomos presentes en los
reactivos debe mantenerse en los productos, (lo único que varía es la forma en
que están combinados).
50. ¿Qué es la estequiometría?
Es la medición de los elementos. Las transformaciones que ocurren en una
reacción química se rigen por la Ley de la conservación de la masa: Los átomos
no se crean ni se destruyen durante una reacción química. Entonces, el mismo
conjunto de átomos está presente antes, durante y después de la reacción. Los
cambios que ocurren en una reacción química simplemente consisten en una
reordenación de los átomos.
Por lo tanto una ecuación química ha de tener el mismo número de átomos de
cada elemento a ambos lados de la flecha. Se dice entonces que la ecuación está
balanceada.
51. ¿Qué es un mol?
El mol es la unidad para expresar la cantidad de sustancia en el Sistema
Internacional de unidades (SI).
Es el resultado de expresar la masa atómica de un elemento o la masa molecular
de un compuesto en gramos. Así, para estos últimos, primero se calcula la masa
molecular sumando las masas atómicas de cada elemento participante,
multiplicada por el número de veces que aparece, y el número resultante se
expresa en gramos.
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El mol es la cantidad de sustancia que contiene tantas partículas (átomos,
moléculas, iones, etc.) como existen en 12 g del isótopo de carbono 12.
52. ¿Qué es el número de Avogadro?
Un mol de cualquier compuesto contiene siempre una cantidad de moléculas igual
al número de Avogadro (6.02x1023). Se utiliza mucho para efectuar los cálculos
químicos. Por ejemplo, en la reacción CaCO3 → CaO + CO2, 1 mol de CaCO3
(100 g) origina 1 mol de CaO (56 g) más 1 mol de CO2 (44 g), cumpliéndose el
principio de la conservación de la materia. También se utiliza en cálculos en que
intervienen concentraciones, y se dice que una concentración es 1 molar cuando
un litro de la disolución contiene un mol de la sustancia en cuestión.
53. ¿Qué es una disolución?
Una disolución es una mezcla homogénea, es decir, una mezcla de 2 o más
componentes que no reaccionan entre sí, siguen siendo los mismos después de
mezclados, y además por ser homogénea no se ven o diferencian sus
componentes a simple vista después de mezclados.
¿Qué diferencia hay entre una mezcla homogénea y una disolución? Pues
bien cuando en la mezcla homogénea uno de los dos componentes es líquido,
normalmente agua, a esta mezcla homogénea es a lo que se le suele llamar
disolución. Las disoluciones químicas suelen estar en estado líquido.
54. ¿Qué medidas se usan para medir la concentración de una disolución?
La concentración es la magnitud química que expresa la cantidad de un soluto
que hay en una cantidad de disolvente o disolución. Cada sustancia tiene una
solubilidad que es la cantidad máxima de soluto que puede disolverse en una
disolución, y depende de condiciones como la temperatura, presión, y otras
sustancias disueltas. En química, para expresar cuantitativamente la proporción
entre un soluto y el disolvente en una disolución se emplean distintas unidades:
molaridad, normalidad, molalidad, formalidad, porcentaje en peso,
porcentaje en volumen, fracción molar, partes por millón, partes por billón,
partes por trillón, etc. También se puede expresar cualitativamente empleando
términos como diluido, para bajas concentraciones, o concentrado, para altas.
55. ¿Qué es la termodinámica?
La termodinámica es la disciplina que dentro de la ciencia madre, la Física, se
ocupa del estudio de las relaciones que se establecen entre el calor y el resto de
las formas de energía. Entre otras cuestiones la termodinámica se ocupa de
analizar los efectos que producen los cambios de magnitudes tales como: la
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temperatura, la densidad, la presión, la masa, el volumen, en los sistemas y a un
nivel macroscópico.
La base sobre la cual se ciernen todos los estudios de la termodinámica es la
circulación de la energía y como ésta es capaz de infundir movimiento.
56. ¿Qué es una reacción exotérmica?
Es aquella reacción donde se libera calor, esto significa que la energía de las
moléculas de los productos (EP) es menor que la energía de las moléculas de los
reactivos (ER). En las reacciones químicas exotérmicas se desprende calor, el ∆H
es negativo y significa que la energía de los productos es menor que la energía
de los reactivos, por ejemplo en las reacciones de combustión.
57. ¿Qué es una reacción endotérmica?
Son aquellas que absorben energía en forma de calor. Una vez que la energía
total se conserva del primer para el segundo miembro de cualquier reacción
química, si una reacción es endotérmica, la entalpía de los productos Hp es mayor
que la entalpía de los reactivos Hr , pues una determinada cantidad de energía fue
absorbida por los reactivos en forma de calor, durante la reacción, quedando
contenida en los productos. Siendo que en la reacción endotérmica: Hp >Hr.
58. ¿Qué es la constante de equilibrio?
Las reacciones químicas que transcurren en un recipiente cerrado pueden
alcanzar un estado de equilibrio que se caracteriza porque las concentraciones
de los reactivos y de los productos permanecen inalteradas a lo largo del
tiempo. Es decir, bajo determinadas condiciones de presión y temperatura la
reacción no progresa más y se dice que ha alcanzado el estado de equilibrio.
La constante de equilibrio (K) se expresa como la relación entre las
concentraciones molares (mol/L) de reactivos y productos. Su valor en una
reacción química depende de la temperatura, por lo que ésta siempre debe
especificarse.
59. ¿En qué consiste el principio de Le Chatelier?
El Principio de Le Chatelier se puede enunciar de la siguiente manera: Si en un
sistema en equilibrio se modifica algún factor (presión, temperatura,
concentración, etc.) el sistema evoluciona en el sentido que tienda a oponerse a
dicha modificación.
Cuando algún factor que afecte al equilibrio varía, éste se altera al menos
momentáneamente. Entonces, el sistema comienza a reaccionar hasta que se
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reestablece el equilibrio, pero las condiciones de este nuevo estado de equilibrio
son distintas a las condiciones del equilibrio inicial. Se dice que el equilibrio se
desplaza hacia la derecha (si aumenta la concentración de los productos y
disminuye la de los reactivos con respecto al equilibrio inicial), o hacia la izquierda
(si aumenta la concentración de los reactivos y disminuye la de los productos).
60. ¿Cuál es la diferencia entre un compuesto y una mezcla?
Las sustancias son los materiales con los que trabaja el químico y éstas pueden
ser puras o no. Las sustancias puras se clasifican en elementos y compuestos.
Los elementos son sustancias simples que no pueden descomponerse por
métodos químicos ordinarios. La mínima unidad material que representa las
características de un elemento es el átomo. Un elemento posee átomos iguales
entre sí y diferentes a los de otro elemento. Desde la antigüedad se conocen
varios elementos, algunos son muy abundantes, otros son muy raros, algunos son
radiactivos y otros se han sintetizado en el laboratorio y tienen una vida muy corta.
Los compuestos son sustancias que resultan de la unión química de dos o
más elementos en proporciones definidas, se combinan de tal manera que ya
no es posible identificarlos por sus propiedades originales e individuales y
solamente por medio de una acción química se les puede separar.
Las mezclas son el resultado de la unión física de dos o más sustancias a las
cuales se les llama componentes, éstos pueden ser elementos o compuestos, y al
efectuarse dichas mezclas conservan sus propiedades individuales.
La composición de las mezclas es variable y sus componentes podrán separarse
por medios físicos o mecánicos debido a que no están unidos químicamente.
61. ¿Cuál es la diferencia entre un elemento atómico y un elemento
molecular?
Un elemento atómico es su forma periódica, como el H, O, C, K, Na. y un
elemento molecular es aquel que está compuesto por más de 2 átomos del mismo
elemento, H2, Cl2, Na2, K2, Ca2, etc.