Conceptos Fundamentales de Química: Mol, Espontaneidad y Estructura Atómica

Primera Parte: Conceptos de Cantidad de Sustancia y Gases

El mol es la cantidad de materia que contiene un número de entidades individuales (ya sean moléculas, iones, átomos, electrones, etc.) igual al número de átomos contenidos en 12 g de carbono-12.

El número de Avogadro, N_A, es el número de átomos contenidos en 12 g de carbono-12, es decir, 6,022 × 10²³.

Ley de Dalton de las presiones parciales: En el caso de mezclas de gases, la presión total de la mezcla gaseosa es igual a la suma de las presiones parciales de cada gas.

Segunda Parte: Espontaneidad de las Reacciones

La espontaneidad de una reacción se establece por el signo de ΔG (energía libre de Gibbs). Si ΔG es negativa, la reacción es espontánea.

La expresión matemática de ΔG es: ΔG = ΔH - TΔS

• a) Si la reacción es exotérmica, ΔH < 0, y la entropía aumenta, ΔS > 0 (-T × ΔS < 0), la reacción siempre será espontánea.
• b) Si la reacción es endotérmica, ΔH > 0, y la entropía aumenta, ΔS > 0. En ese caso tiene que cumplirse: -T × ΔS < 0. La reacción solo será espontánea en el caso de que T × ΔS > ΔH. Esto ocurrirá, si ΔS y ΔH no dependen de la temperatura, a partir de una temperatura concreta (y alta), y por encima de ella.
• c) La temperatura no afectará al primer caso (exotérmica con aumento de entropía), que siempre es espontáneo, a menos que ΔS y ΔH cambien con ella. En el segundo caso (endotérmica con aumento de entropía), como ya hemos visto, las altas temperaturas favorecen la espontaneidad.

Tercera Parte: Estructura Atómica y Modelo Estándar

Principio de exclusión de Pauli: En un átomo no puede haber dos electrones con los cuatro números cuánticos iguales. Dicho de otra manera, solo dos electrones como máximo pueden ocupar un orbital dado, y cuando dos electrones ocupan un orbital, sus espines deben estar apareados (antiparalelos).

Principio de máxima multiplicidad de Hund: Si se dispone de más de un orbital en una subcapa, los electrones se añaden a distintos orbitales de la subcapa manteniendo los espines paralelos.

Tipos de partículas fundamentales según el modelo estándar: Hay dos clases de partículas:

• Partículas materiales (fermiones): El Modelo Estándar establece que la mayoría de las partículas de las cuales tenemos conocimiento están compuestas en realidad de partículas más fundamentales llamadas quarks (el protón es un ejemplo). Hay otra clase de partículas materiales llamadas leptones (el electrón es un ejemplo). Para cada una de las partículas materiales, hay una partícula correspondiente de antimateria.
• Partículas portadoras de fuerza (bosones): Cada tipo de fuerza fundamental es "transportada" por una partícula portadora de fuerza. Estas partículas se llaman bosones (el fotón es un ejemplo).