Formulas, Enlaces Quimicos y Modelos Atomicos Fundamentales

Fórmulas y Estructura Electrónica

Molaridad y Estequiometría:
$M = \frac{ns}{vol}$, $ns = \frac{ms}{MM}$, $d = \frac{m}{vol}$, $MM = \text{uma}^+$, $M_1 \cdot V_1 = M_2 \cdot V_2$

Configuración Electrónica:
$1s^2\, 2s^2\, 2p^6\, 3s^2\, 3p^6\, 4s^2\, 3d^{10}\, 4p^6\, 5s^2$

Tipos de Enlaces Químicos

Clasificación General:
Metal + No Metal = Iónico (ej. $ ext{NaCl}$, $ ext{CaO}$, $ ext{KBr}$)
No Metal + No Metal = Covalente (ej. $ ext{H}_2 ext{O}$, $ ext{CO}_2$, $ ext{NH}_3$, $ ext{CH}_4$)
Metal + Metal = Metálico (ej. $ ext{Cu}$, $ ext{Fe}$, $ ext{Al}$)

Enlace Iónico

• Formación: Cationes + Aniones = Sólidos, red cristalina, muy estables.
• Energía Reticular ($U$): Depende de la carga y el tamaño; fuerza de atracción regida por la Ley de Coulomb. Redes tridimensionales.
• Propiedades: Solubles en disolventes polares (agua) por ruptura y solvatación. Elevados puntos de fusión, duros, quebradizos (se deforman y se rompen). Sólidos aislantes, pero disueltos o fundidos son conductores.

Enlace Covalente

• Concepto: Compartición de electrones buscando la regla del octeto (CV). Teoría de Lewis.
• Polaridad:
  • Apolar: Simétricos ($ ext{H}_2$, $ ext{O}_2$, $ ext{CO}_2$ (geometría lineal, dipolos compensados), $ ext{CH}_4$ (geometría tetraédrica), $ ext{CCl}_4$).
  • Polar: Asimétricos, angulares o piramidales ($ ext{H}_2 ext{O}$ (geometría angular, dipolos no compensados), $ ext{NH}_3$ (geometría piramidal), $ ext{HF}$ (el más fuerte), $ ext{SO}_2$).

[RePaElCaVa] (Repulsión de Pares de Electronec de la Capa de Valencia - VSEPR): Electrones lo más alejados posible para minimizar interacciones.

• 2 grupos: Lineal ($ ext{CO}_2$, $ ext{BeCl}_2$).
• 3 grupos: Trigonal plana ($ ext{BF}_3$).
• 4 grupos: Tetraédrica ($ ext{CH}_4$, $ ext{CCl}_4$ sin pares solos); Piramidal ($ ext{NH}_3$, $ ext{PCl}_3$ con 1 par solo); Angular ($ ext{H}_2 ext{O}$, $ ext{SO}_2$ con 2 pares solos).

Solubilidad Covalente

• Sólidos Covalentes: Diamante (red cristalina covalente, duro y aislante), Grafito (red cristalina molecular, capas paralelas separadas), $ ext{SiO}_2$ (cuarzo, muy duros, puntos de fusión altos, mal conductores).
• Sólidos Moleculares: $ ext{H}_2 ext{O}$ (aunque polar, puntos de fusión altos), fuerzas intermoleculares bajas, gases o líquidos, blandos, mal conductores.

Fuerzas de Van der Waals (FVW) e Intermoleculares

• Dipolo-Dipolo: Moléculas polares, ej. $ ext{H}_2 ext{O}$.
• Ion-Dipolo: Ión + molécula polar, ej. $ ext{NaCl}$ disuelto en agua.
• Fuerzas de London (Dispersión): Moléculas apolares, ej. $ ext{O}_2$, $ ext{CO}_2$.
• Puentes de Hidrógeno: Interacción con átomos muy electronegativos ($ ext{F}, ext{O}, ext{N}$).

Enlace Metálico

• Fuertes, pocos electrones libres, compartición colectiva, nube electrónica, estructura cristalina.
• Mar de electrones: Cationes fijos y electrones móviles. Permite deformarse, alta conductividad térmica y eléctrica.

Propiedades de los Metales y Leyes Ponderales

Propiedades de los Metales

• Físicas: Altos puntos de fusión y ebullición, brillo, color platino-gris, alta densidad, sólidos cristalinos.
• Químicas: Energía de ionización de 1-3 eV, forman cationes al perder electrones y compuestos iónicos con los no metales.

Evolución de la Teoría Atómica y Leyes

• Demócrito y Leucipo: Concepto de átomo (indivisible), discontinuo, propiedades según agrupación.
• Leyes Clásicas: Lavoisier (ley de conservación de la masa), Proust (ley de las proporciones definidas y constantes).
• Dalton: Partículas pequeñas, indivisibles, no cambian en las reacciones químicas, igual peso y propiedades para un mismo elemento (sin conocer isótopos), compuestos con proporciones sencillas. Ley de las proporciones múltiples.

Modelos Atómicos y Estructura Nuclear

Descubrimientos Clave

• Faraday: Rayos catódicos.
• Millikan: Carga del electrón mediante la experiencia de la gota de aceite.
• Thomson: Modelo del "pudin de pasas" (electrón incrustado).
• Rutherford: Núcleo central positivo y corona con electrones en espacio vacío. Rayos catódicos, fuerza espiral, desviaciones. (Dudas iniciales: ¿Colapso? ¿Núcleo unido? Relación H-He 4:1).
• Chadwick: Descubrimiento del neutrón.
• Estabilidad Nuclear: Fuerzas nucleares fuertes (FNF), energía nuclear, propiedades de los núclidos ($Z > 83$ son radiactivos; ej. tritio, carbono-14).

Modelo Cuántico Actual

• Efecto Fotoeléctrico: Hertz, el fotón incide en el metal y arranca electrones.
• Teoría Cuántica de Planck: Cuantos, energía no continua, energía proporcional a la frecuencia ($E \approx f$, constante de Planck $h$).
• Modelo de Bohr: Órbitas circulares simples, órbitas de Coulomb permitidas imponiendo momento angular ($L$) estable; emisión o absorción de radiación (fotón) cuando el electrón salta entre dos niveles.
• Modelo de Sommerfeld: Carácter relativista, el núcleo se mueve, electrones con órbitas cuasi-elípticas, desdoblamiento de líneas espectrales, introducción de subniveles.
• Dualidad Onda-Partícula (De Broglie) y Principio de Incertidumbre (Heisenberg): Imposibilidad de conocer simultáneamente posición y momento lineal con precisión (parámetro magnético complementario).
• Schrödinger: Ecuación de onda, concepto de orbital como zona de probabilidad del 90%, ondas estacionarias, no relativista. Secuencia de orbitales: $s^1, p^3, d^5, f^7$.

Números Cuánticos

• Principal ($n$): Nivel energético.
• Azimutal o Secundario ($l$): Determina el subnivel ($s, p, d, f$).
• Magnético ($m_l$): Número de orbitales, calculado como $(2l + 1)$.
• Espín ($m_s$): Sentido de rotación del electrón, valores $+\frac{1}{2}$ o $-\frac{1}{2}$.

Principios de Llenado Electrónico

• Principio de aufbau: Llenado de orbitales en orden creciente de energía (diagrama de Moeller).
• Principio de exclusión de Pauli: Máximo 2 electrones por orbital con espines opuestos; no puede haber dos electrones con los cuatro números cuánticos iguales.
• Regla de Hund: Los electrones ocupan los orbitales de un mismo subnivel con espines paralelos (iguales) antes de emparejarse con espines opuestos.