Fundamentos Esenciales de Química: Estructura, Nomenclatura y Grupos Funcionales

Conceptos Fundamentales en Química

Densidad

• La densidad es una propiedad física que se define como la relación entre la masa y el volumen de una sustancia.
• Fórmula: Densidad = Masa / Volumen

Configuración Electrónica: Regla de las Diagonales

La regla de las diagonales (o de Moeller) es un método mnemotécnico para recordar el orden de llenado de los orbitales atómicos según su energía creciente:

1s
2s 2p
3s 3p 3d
4s 4p 4d 4f
5s 5p 5d 5f
6s 6p 6d
7s 7p

Clasificación de Elementos en la Tabla Periódica

Tipos de Metales y Elementos

• Metales de transición interna: Elementos que terminan su configuración electrónica en orbitales f (ubicados generalmente en la parte inferior de la tabla periódica, como lantánidos y actínidos).
• Metales de transición: Elementos del Grupo B (bloque d), a menudo denominados el "pozo" central de la tabla periódica.
• Elementos representativos: Elementos de los Grupos A (bloques s y p).

Grupos Principales de la Tabla Periódica

Los elementos se organizan en columnas o grupos con propiedades químicas similares:

• Metales Alcalinos (Grupo 1)
• Metales Alcalinotérreos (Grupo 2)
• Metales de Transición (Grupos 3-12)
• Grupo del Boro (Trielos, Grupo 13, también conocido como Grupo del Aluminio)
• Grupo del Carbono (Grupo 14)
• Grupo del Nitrógeno (Grupo 15)
• Calcógenos (Grupo 16, también conocido como Grupo del Oxígeno)
• Halógenos (Grupo 17)
• Gases Nobles (Grupo 18)

Efecto Pantalla

El efecto pantalla (o apantallamiento) es la reducción de la carga nuclear efectiva que experimenta un electrón debido a la presencia de otros electrones internos que lo "protegen" de la atracción del núcleo.

Teoría de Repulsión de Pares de Electrones de la Capa de Valencia (VSEPR)

La teoría VSEPR (del inglés Valence Shell Electron Pair Repulsion) predice la geometría molecular basándose en la repulsión electrostática entre los pares de electrones de valencia alrededor de un átomo central.

Principios Fundamentales de la Teoría VSEPR

1. La geometría molecular (GM) depende de los pares de electrones compartidos y no compartidos del átomo central.
2. Los pares de electrones se repelen entre sí, buscando la máxima distancia posible para minimizar la repulsión (ej. 120° para geometría trigonal plana, 109.5° para tetraédrica).
3. El ángulo de enlace puede variar debido a la presencia de pares de electrones sin compartir, el tamaño de los sustituyentes y la electronegatividad de los átomos enlazados (aproximadamente).
4. Los enlaces dobles y triples se consideran como un único "par de enlaces" a efectos de repulsión.

Geometrías Electrónicas (GE) y Moleculares (GM) Comunes

• Geometría Electrónica Lineal
  • Geometría Molecular: Lineal
• Geometría Electrónica Trigonal Plana
  • Geometría Molecular: Trigonal Plana o Angular
• Geometría Electrónica Tetraédrica
  • Geometría Molecular: Tetraédrica, Piramidal o Angular

Nomenclatura de Compuestos Inorgánicos

Prefijos y Sufijos Comunes en Nomenclatura

• Hipo- ... -oso (menor estado de oxidación)
• -oso (estado de oxidación intermedio bajo) → -ito (en sales)
• -ico (estado de oxidación intermedio alto) → -ato (en sales)
• Per- ... -ico (mayor estado de oxidación)
• Sufijo -uro: Se utiliza para la parte negativa en compuestos binarios.

Compuestos Binarios

Hidruros Metálicos

• Fórmula general: MeH_x
• Nomenclatura: Hidruro de Metal (N.º de oxidación)
• Características: El hidrógeno siempre actúa con -1, el metal es positivo.

Hidruros No Metálicos (Hidrácidos)

• Fórmula general: H_xNoMe
• Nomenclatura: NoMetaluro de Hidrógeno (o como Hidrácido en disolución acuosa)
• Características: El hidrógeno siempre actúa con +1, el no metal es negativo.

Óxidos Metálicos (Óxidos Básicos)

• Fórmula general: Me_xO_y
• Nomenclatura: Óxido de Metal (N.º de oxidación)
• Características: El oxígeno siempre actúa con -2, el metal es positivo.

Óxidos No Metálicos (Óxidos Ácidos o Anhídridos)

• Fórmula general: NoMe_xO_y
• Nomenclatura: Óxido de NoMetal (N.º de oxidación)
• Características: El oxígeno siempre actúa con -2, el no metal es positivo.
• Nota: Si tiene carga negativa, forma un oxoanión.

Sales Binarias

• Fórmula general: Me_xNoMe_y
• Nomenclatura: NoMetaluro de Metal (N.º de oxidación del metal)

Grupo Oxhidrilo

• El grupo oxhidrilo es (OH)^-.

Compuestos Ternarios

Hidróxidos

• Fórmula general: Me(OH)_x
• Nomenclatura: Hidróxido de Metal (N.º de oxidación)

Oxoácidos

• Fórmula general: H_xNoMeO_y
• Nomenclatura: Ácido (hipo/per/)NoMetal(oso/ico)
• Características: El no metal es positivo.
• Reglas para el número de hidrógenos:
  • Si el número de oxidación del no metal es par → 2 hidrógenos.
  • Si el número de oxidación del no metal es impar → 1 hidrógeno.
• Excepción: El Fósforo (P) puede formar meta-, piro- u orto-ácidos, dependiendo de las moléculas de H₂O utilizadas para su formación a partir del óxido ácido.

Oxosales

• Fórmula general: Me_x(NoMeO_y)_z
• Nomenclatura: NoMetal(ito/ato) de Metal (N.º de oxidación)
• Características: El no metal es positivo.
• Carga del oxoanión (NoMeO_y):
  • Si el número de oxidación del no metal es impar → 1 carga negativa al oxoanión (NoMeO_y)^-.
  • Si el número de oxidación del no metal es par → 2 cargas negativas al oxoanión (NoMeO_y)^2-.

Sales Ácidas

• Fórmula general: Me(HNoMe)_x
• Nomenclatura: HidrógenoNoMetaluro de Metal (N.º de oxidación del metal)
• Características: El hidrógeno actúa con +1, el no metal es negativo.

Compuestos Cuaternarios

Hidrógeno Oxosales

• Fórmula general: Me(HNoMeO)_x
• Nomenclatura: HidrógenoNoMetal(ito/ato) de Metal (N.º de oxidación del metal)
• Características: El hidrógeno actúa con +1, el oxígeno con -2, y el no metal es positivo.

Oxosales de Amonio

• Fórmula general: (NH₄)_xNoMeO_y
• Nomenclatura: NoMetal(ito/ato) de Amonio
• Características: El no metal es positivo.

Grupos Funcionales en Química Orgánica

Grupos con Carbono e Hidrógeno

• Alcanos: Hidrocarburos con solo enlaces simples carbono-carbono (C-C).
• Alquenos: Hidrocarburos con al menos un enlace doble carbono-carbono (C=C).
• Alquinos: Hidrocarburos con al menos un enlace triple carbono-carbono (C≡C).

Grupos con Oxígeno

• Hidroxilo: -OH (Característico de Alcoholes, sufijo -ol, prefijo hidroxi-).
• Éter: R-O-R' (Un átomo de oxígeno unido a dos grupos alquilo o arilo).
• Carbonilo: C=O (Grupo funcional presente en aldehídos y cetonas).
  • Aldehído: R-CHO (Grupo carbonilo terminal, sufijo -al, prefijo oxo-).
  • Cetona: R-CO-R' (Grupo carbonilo interno, sufijo -ona, prefijo oxo-).
• Carboxilo: -COOH (Característico de Ácidos Carboxílicos, sufijo ácido ...-oico).
  • Diácido: Compuesto con dos grupos -COOH (sufijo -dioico).
  • Sal de Ácido Carboxílico: R-COO^-Na⁺ (sufijo -ato de sodio).
  • Éster: R-COO-R' (Derivado de ácido carboxílico, sufijo -ato de ...-ilo).

Grupos con Nitrógeno

• Amina: R-NH₂, R₂NH, R₃N (Derivados del amoníaco con uno o más hidrógenos sustituidos por grupos orgánicos).
• Amida: R-CONH₂ (Grupo carbonilo unido a un átomo de nitrógeno).
• Nitrilo: R-C≡N (Grupo ciano, con un triple enlace carbono-nitrógeno).

Grupos con Halógenos

• Halógenos: -F, -Cl, -Br, -I (Sustituyentes halógenos, prefijos fluoro-, cloro-, bromo-, yodo-).