Fundamentos de Química: Disoluciones, Estructura Atómica y Fenómenos Nucleares

Conceptos Fundamentales de Disoluciones

• Disolución: Es una mezcla homogénea de dos o más componentes.

• Disolvente: Componente que está en mayor proporción en una disolución.

• Soluto: Componente que está en menor proporción en una disolución.

Concentración de una Disolución

La concentración de una disolución indica la cantidad de soluto que hay en una cantidad determinada de la disolución.

Fórmulas de Concentración y Propiedades

• Porcentaje en masa (% m/m):
  % Ms = (Ms / MD) x 100
  Donde Ms es la masa de soluto y MD es la masa de disolución.

• Masa de Disolución (MD):
  MD = Ms + Md
  Donde Ms es la masa de soluto y Md es la masa de disolvente.

• Volumen de Disolución (VD):
  VD = Vs + Vd
  Donde Vs es el volumen de soluto y Vd es el volumen de disolvente. (Nota: Esta aditividad de volúmenes es una aproximación común).

• Densidad (D):
  D = MD / VD
  Donde MD es la masa de disolución y VD es el volumen de disolución.

• Concentración (masa/volumen):
  Concentración = Ms / VD
  Donde Ms es la masa de soluto y VD es el volumen de disolución.

Solubilidad y Tipos de Disoluciones

• Solubilidad: Cantidad máxima de soluto que se puede disolver en un disolvente determinado a una temperatura y presión dadas.

• Disolución Diluida: Aquella en la que hay poco soluto en relación con el disolvente.

• Disolución Concentrada: Aquella en la que hay mucho soluto en relación con el disolvente.

• Disolución Saturada: Aquella que no admite más cantidad de soluto disuelto a una temperatura y presión dadas.

Teoría Atómica y Modelos Atómicos

Dado que la materia solo muestra propiedades eléctricas en determinadas condiciones, debemos pensar que es neutra en su estado fundamental.

Teoría Atómica de Dalton

Los postulados principales de la teoría atómica de Dalton son:

• La materia está formada por átomos, que son partículas indivisibles e indestructibles.

• Todos los átomos de un mismo elemento químico son iguales en masa y en propiedades, y distintos de los átomos de cualquier otro elemento.

• Los compuestos se forman por combinaciones de átomos de diversos elementos en una proporción constante y sencilla.

Carga Eléctrica y Partículas Subatómicas

• Culombio (C): Unidad empleada en el Sistema Internacional (SI) para medir la carga eléctrica de las partículas. Es una unidad muy grande, por eso a escala atómica se utiliza la unidad de carga elemental (e), que equivale a la carga eléctrica de un electrón (aproximadamente 1.602 x 10^-19 C).

• Neutrón: Partícula que no tiene carga eléctrica, cuya masa es similar a la del protón.

• Protón: Partícula que tiene la misma carga que el electrón pero positiva (+e).

• Electrón: Partícula con carga eléctrica negativa (-e).

Modelos Atómicos Históricos

• Modelo de Thomson (Modelo del Pudín de Pasas): El átomo debía ser como una gran masa de carga positiva, e insertados en ella, debían estar los electrones. La carga negativa de los electrones compensaba la carga positiva, para que el átomo fuera neutro.

• Modelo de Rutherford (Modelo Planetario): El átomo está formado por un núcleo muy pequeño y una corteza. En el núcleo está concentrada toda su carga positiva y casi toda su masa; en la corteza están los electrones girando alrededor del núcleo.

• Modelo Atómico de Bohr: Dedujo que los electrones giran alrededor del núcleo describiendo solo determinadas órbitas circulares, con niveles de energía cuantizados.

Modelo Atómico Actual

El Modelo Atómico Actual sustituye la idea de que el electrón se sitúa en determinadas capas o trayectorias fijas. En su lugar, un orbital es una región de espacio en la que existe una probabilidad máxima de encontrar al electrón.

Estructura Atómica y Conceptos Relacionados

• Número Atómico (Z): Representa el número de protones en el núcleo de un átomo. Es el identificador único de un elemento químico.

• Número de Electrones: En un átomo neutro, el número de electrones es el mismo que el número de protones (Z).

• Número Másico (A): Representa la suma del número de protones y neutrones en el núcleo de un átomo. Se suele indicar en la parte superior izquierda del símbolo del elemento.

• Número de Neutrones: Se calcula como la diferencia entre el número másico y el número atómico: Neutrones = A - Z.

Isótopos e Iones

• Isótopos: Átomos que tienen el mismo número de protones (es decir, son del mismo elemento) pero difieren en el número de neutrones, y por lo tanto, en su número másico.

• Iones: Átomos o grupos de átomos que han ganado o perdido electrones, adquiriendo así una carga eléctrica neta.

  • Cuando un átomo pierde electrones, adquiere carga positiva y se convierte en un ion positivo o catión.

  • Cuando un átomo gana electrones, adquiere carga negativa y se convierte en un ion negativo o anión.

Fenómenos Nucleares

• Fisión Nuclear: Tiene lugar cuando algunos núcleos de isótopos radiactivos de elementos formados por átomos muy grandes se rompen para dar núcleos de átomos más pequeños, liberando una gran cantidad de energía.

• Fusión Nuclear: Ocurre cuando algunos núcleos de átomos muy pequeños se unen para dar átomos más grandes, liberando también una enorme cantidad de energía.

Tipos de Radiación

• Radiación Alfa (α): Consiste en la emisión de un núcleo de helio (2 protones y 2 neutrones). Posee un bajo poder de penetración.

• Radiación Beta (β): Consiste en la emisión de electrones (β^-) o positrones (β⁺). Posee una masa muy pequeña y un mayor poder de penetración que la radiación alfa.

• Radiación Gamma (γ): Es una forma de radiación electromagnética de alta energía (fotones). Es neutra y posee un gran poder de penetración.