Fundamentos de Química: Conceptos Clave para Comprender la Materia

Fundamentos Atómicos

Número Atómico

Indica la cantidad de protones presentes en el núcleo de un átomo. Este número define la identidad de un elemento químico y se representa con la letra Z.

Número Másico

Representa la suma total de protones y neutrones que se encuentran en el núcleo de un átomo. Se utiliza para identificar los isótopos de un elemento y se denota con la letra A.

Niveles de Energía

Son las regiones o capas alrededor del núcleo donde los electrones se organizan. Cada nivel tiene una capacidad máxima de electrones: el primer nivel puede albergar hasta 2 electrones, el segundo hasta 8 electrones, y el tercero hasta 18 electrones, entre otros, siguiendo reglas de llenado específicas.

Radio Atómico

Es una medida del tamaño de un átomo, definida como la mitad de la distancia entre los núcleos de dos átomos idénticos unidos. Dentro de un mismo periodo (fila) de la tabla periódica, el radio atómico tiende a disminuir a medida que aumenta el número de protones (carga nuclear), debido a una mayor atracción del núcleo sobre los electrones. En un mismo grupo (columna), el radio atómico aumenta al descender, ya que se añaden nuevas capas electrónicas.

Átomos Estables

Son aquellos que poseen su capa de valencia (último nivel de energía) completa, lo que les confiere una gran estabilidad química. Los gases nobles son el ejemplo más claro de átomos estables, ya que su configuración electrónica les impide reaccionar fácilmente con otros átomos.

Carga Eléctrica

Es una propiedad fundamental de las partículas subatómicas que componen un átomo. Un átomo puede presentar una carga eléctrica negativa (si gana electrones), positiva (si pierde electrones) o ser neutra (si el número de protones es igual al de electrones).

Isótopo

Son átomos de un mismo elemento químico que poseen el mismo número de protones, pero difieren en el número de neutrones, lo que resulta en una variación de su número másico.

Masa Atómica

Es el promedio ponderado de las masas de todos los isótopos naturales de un elemento, tomando en cuenta su abundancia relativa en la naturaleza. Se expresa en unidades de masa atómica (uma).

Organización de la Tabla Periódica

• Grupos: Son las columnas verticales de la tabla periódica. Los elementos dentro de un mismo grupo comparten propiedades químicas similares debido a que tienen el mismo número de electrones de valencia.
• Períodos: Son las filas horizontales de la tabla periódica. Indican el número de capas electrónicas que poseen los átomos de los elementos en esa fila.

Iones y Carga Atómica

Átomo Neutro

Un átomo neutro es aquel que no posee carga eléctrica neta, lo que significa que el número de protones (cargas positivas) es exactamente igual al número de electrones (cargas negativas).

Iones

• Catión: Es un ion con carga eléctrica positiva. Se forma cuando un átomo neutro pierde uno o más electrones.
• Anión: Es un ion con carga eléctrica negativa. Se forma cuando un átomo neutro gana uno o más electrones.

Tipos de Enlaces Químicos

Enlace Iónico

Se forma por la transferencia completa de uno o más electrones de un átomo a otro, generalmente entre un metal (que tiende a perder electrones y formar cationes) y un no metal (que tiende a ganar electrones y formar aniones). Esta transferencia crea iones con cargas opuestas que se atraen electrostáticamente, formando un compuesto iónico. Es un fenómeno puramente eléctrico.

Enlace Covalente

Se forma cuando dos átomos comparten uno o más pares de electrones para alcanzar una configuración electrónica más estable. Los electrones compartidos se mueven alrededor de los núcleos de ambos átomos. No es un fenómeno puramente eléctrico en el sentido de transferencia de carga, y es característico de la unión entre no metales. Generalmente, los enlaces covalentes son muy estables y direccionales.

El Carbono: Pilar de la Química Orgánica

La singularidad del carbono radica en su capacidad para formar cuatro enlaces covalentes estables con otros átomos, incluyendo otros átomos de carbono. Posee cuatro electrones de valencia que puede compartir de diversas maneras, permitiéndole formar largas y complejas cadenas carbonadas, anillos y estructuras tridimensionales. Esta propiedad es fundamental para la formación de las biomoléculas (proteínas, carbohidratos, lípidos, ácidos nucleicos), lo que lo convierte en el "ladrillo esencial de la vida" y la base de la química orgánica.

Clasificación de Sustancias

Sustancias Simples

Son aquellas formadas por átomos de un único elemento químico (por ejemplo, O₂, N₂, Fe).

Sustancias Compuestas

Son aquellas formadas por la unión química de átomos de dos o más elementos diferentes en proporciones fijas (por ejemplo, H₂O, CO₂, NaCl).

Clasificación de Sustancias Compuestas por Complejidad

Las sustancias compuestas pueden clasificarse según la complejidad de sus moléculas:

• Moléculas Sencillas: Formadas por un número reducido de átomos (ej., H₂O, CO₂).
• Moléculas Complejas: Formadas por un gran número de átomos, a menudo con estructuras elaboradas y de alto peso molecular (ej., proteínas, ADN, polímeros sintéticos).

Macromoléculas: Monómeros y Polímeros

Monómero

Es una molécula relativamente pequeña que puede unirse repetidamente a otras moléculas similares para formar una macromolécula de mayor tamaño, conocida como polímero.

Polímero

Es una macromolécula de gran tamaño, formada por la repetición de unidades estructurales más pequeñas, los monómeros, unidos entre sí mediante enlaces químicos. Ejemplos incluyen el ADN, las proteínas y el polietileno.