Conceptos Fundamentales de Química: Materia, Energía y Estructura Atómica

El Método Científico

• Método Científico: Pasos ordenados que nos ayudan a dar solución a un problema o tema.
• Observación: **Observar** los fenómenos con **atención** y **previo conocimiento**.
• Planteamiento del Problema: **Transformar** la observación en una pregunta. Implica la relación de **dos variables**: la **independiente** (causa) y la **dependiente** (efecto).
• Hipótesis: **Explicación tentativa** del problema que **debe ser puesta a prueba**.
• Experimentación: **Diseñar y ejecutar pruebas** para **verificar la hipótesis**, a menudo en un **laboratorio**.
• Análisis de Resultados: **Recopilación e interpretación** de los datos obtenidos en la experimentación.
• Conclusión: **Juicio final** o **inferencia** obtenida después del análisis de los resultados, que **confirma o refuta la hipótesis**.

La Materia y sus Propiedades

• Materia: Todo aquello que **ocupa un espacio** y posee **masa**.
• Mezcla Homogénea: Aquella con **composición uniforme** en todas sus partes, como el **azúcar disuelto en agua**.
• Mezcla Heterogénea: Aquella en la que **se distinguen sus componentes** a simple vista, como el **cereal con leche**.
• Propiedades de la Materia: Características que permiten **identificar, distinguir y determinar el comportamiento** de la materia.

Tipos de Propiedades

• Propiedades Físicas: Características que se pueden **medir u observar sin cambiar la composición** de la sustancia.
  • Propiedades Extensivas: Aquellas que **dependen de la cantidad de materia** presente (ej. **volumen, masa, longitud**).
  • Propiedades Intensivas: Aquellas que **no dependen de la cantidad de materia** (ej. **dureza, viscosidad, elasticidad, densidad**).
• Propiedades Químicas: Describen la **capacidad de una sustancia para transformarse** en otra, **modificando su composición**.
  • Ejemplos: **Combustibilidad, poder reductor, poder oxidante**.

Métodos de Separación de Mezclas

• Decantación: **Separación de líquidos inmiscibles** o de un **sólido de un líquido** por diferencia de densidades.
• Filtración: **Separación de partículas sólidas insolubles** de un líquido o gas mediante un **medio poroso**.
• Evaporación: **Separación de un sólido disuelto en un líquido** al convertir el líquido en vapor.
• Centrifugación: **Separación de componentes** de una mezcla por la acción de una **fuerza centrífuga**.
• Imantación: **Separación de sustancias magnéticas** de otras no magnéticas mediante un **imán**.
• Tamizado: **Separación de partículas sólidas** de diferentes tamaños mediante una **malla o tamiz**.
• Sublimación: **Separación de un sólido que pasa directamente a estado gaseoso** sin pasar por el líquido, de otro sólido que no sublima.
• Destilación: **Separación de líquidos miscibles** con diferentes **puntos de ebullición**.

La Energía y sus Formas

• Energía: La **capacidad de un sistema para realizar un trabajo** o producir un cambio.
• Energía Química: Energía **almacenada en los enlaces químicos** de las sustancias, liberada o absorbida durante las **reacciones químicas** (ej. incremento de temperatura).
• Energía Nuclear: Energía **liberada del núcleo de los átomos** durante procesos de **fisión o fusión nuclear**.
• Energía Calórica (Térmica): Energía asociada al **movimiento aleatorio de las partículas** de una sustancia, directamente relacionada con la **energía cinética** de estas.
• Energía Luminosa: Forma de **radiación electromagnética** que es **percibida por el ojo humano**.
• Energía Mecánica: La **suma de la energía potencial y la energía cinética** de un objeto. La **energía potencial** es la energía almacenada debido a su posición o estado, y la **energía cinética** es la energía que poseen los cuerpos en movimiento.

Estructura Atómica

Partículas Subatómicas

• Protón (p+) y Neutrón (n°): **Partículas subatómicas** que se encuentran en el **núcleo atómico**.
• Electrón (e-): **Partícula subatómica** que orbita **alrededor del núcleo**.

Modelos Atómicos

• Modelo Atómico: **Representación conceptual, gráfica o visual** que busca explicar la **estructura y comportamiento del átomo**.
• Modelo Atómico de Dalton (1803): Propuso que los átomos son **esferas sólidas, indestructibles e indivisibles**.
• Modelo Atómico de Thomson (1904): Describió el átomo como una **esfera sólida de carga positiva** con **electrones de carga negativa incrustados**, similar a un **"panqué de pasas"**.
• Modelo Atómico de Rutherford (1911): Propuso un átomo con un **núcleo central denso y positivo** y **electrones orbitando a su alrededor**, dejando **grandes espacios vacíos**.
• Modelo Atómico de Bohr (1913): Postuló que los **electrones se desplazan en órbitas definidas** (niveles de energía) alrededor del núcleo, donde se encuentran **protones y neutrones**.

Conceptos Clave del Átomo

• Número Atómico (Z): El **número de protones** localizados en el núcleo de un átomo, que **identifica al elemento químico**.
• Número Másico (A): La **suma de protones y neutrones** que existen en el núcleo de un átomo. Se representa con la letra **A**. Fórmula: **A = Z + n** (donde n es el número de neutrones), por lo tanto, **n = A - Z**.
• Masa Atómica: El **promedio ponderado de las masas de los isótopos** de un elemento, considerando su abundancia natural.
• Isótopos: **Átomos de un mismo elemento** que tienen el **mismo número de protones (Z)** pero **diferente número de neutrones**, lo que resulta en un **diferente número másico (A)**.

Modelo Mecánico Cuántico

• Modelo Mecánico Cuántico: En este modelo, los **electrones se comportan como partículas y como ondas**, y su posición se describe mediante **orbitales atómicos**. Desarrollado principalmente por **Erwin Schrödinger**.
• Principio de Incertidumbre de Heisenberg (1925): Establece que **no es posible conocer simultáneamente y con precisión la posición y el momento (cantidad de movimiento) de una partícula subatómica**; la observación de una altera su estado. Desarrollado por **Werner Heisenberg**.

Configuración Electrónica y Números Cuánticos

• Número Cuántico Principal (n): Define el **nivel de energía** del electrón. Valores: **1, 2, 3, 4, 5, 6, 7**.
• Número Cuántico Secundario (l) o Azimutal: Define la **forma del orbital** y el subnivel de energía. Valores: **0 (s), 1 (p), 2 (d), 3 (f)**, etc., hasta **n-1**.
• Número Cuántico Magnético (m_l): Define la **orientación del orbital en el espacio**. Valores: desde **-l hasta +l**, incluyendo el 0.
• Número Cuántico de Spin (m_s): Describe el **sentido de giro del electrón** sobre su propio eje. Valores: **+½ o -½**.

Distribución de Electrones

• Configuración Electrónica: La **manera en que se distribuyen los electrones** de un átomo en sus diferentes **niveles y subniveles de energía**.
• Nivel de Energía (n): **1, 2, 3, 4, 5, 6, 7**.
• Subniveles (l) y Capacidad Máxima de Electrones:
  • l = 0 (subnivel s): Capacidad máxima de **2 electrones (2ē)**.
  • l = 1 (subnivel p): Capacidad máxima de **6 electrones (6ē)**.
  • l = 2 (subnivel d): Capacidad máxima de **10 electrones (10ē)**.
  • l = 3 (subnivel f): Capacidad máxima de **14 electrones (14ē)**.