Fundamentos de Química: Estructura Atómica, Elementos y Enlaces

Elementos Químicos y Sus Propiedades

A continuación, se presenta una clasificación de diversos elementos químicos, destacando sus valencias más comunes cuando aplica.

Metales de Transición y Otros Metales

• Cobre (Cu): Valencias 1 y 2
• Mercurio (Hg): Valencias 1 y 2
• Oro (Au): Valencias 1 y 3
• Cromo (Cr)
• Manganeso (Mn)
• Hierro (Fe)
• Cobalto (Co)
• Níquel (Ni): Valencias 2 y 3
• Platino (Pt)
• Estaño (Sn)
• Plomo (Pb): Valencias 2 y 4

Grupo I: Metales Alcalinos

• Hidrógeno (H)
• Litio (Li)
• Sodio (Na)
• Potasio (K)
• Rubidio (Rb)
• Cesio (Cs)

Grupo II: Metales Alcalinotérreos

• Berilio (Be)
• Magnesio (Mg)
• Calcio (Ca)
• Estroncio (Sr)
• Bario (Ba)

Grupo III: Térreos

• Boro (B)
• Aluminio (Al)

Grupo IV: Carbonoideos

• Carbono (C)
• Silicio (Si)
• Germanio (Ge)
• Estaño (Sn)
• Plomo (Pb)

Grupo V: Nitrogenoideos

• Nitrógeno (N)
• Fósforo (P)
• Arsenio (As)
• Antimonio (Sb)

Grupo VI: Calcógenos o Anfígenos

• Oxígeno (O)
• Azufre (S)
• Selenio (Se)
• Teluro (Te)

Grupo VII: Halógenos

• Flúor (F)
• Cloro (Cl)
• Bromo (Br)
• Yodo (I)

Teorías y Modelos Atómicos

La comprensión de la materia ha evolucionado a través de diversos modelos atómicos, siendo el de Dalton uno de los pilares fundamentales.

Modelo Atómico de Dalton

La materia está:

• Constituida por partículas muy pequeñas llamadas átomos.
• Los átomos son indivisibles e indestructibles.
• Los átomos de un mismo elemento son idénticos entre sí en masa y propiedades.
• Los átomos de diferentes elementos tienen masas y propiedades distintas.
• Los átomos se unen en proporciones simples para formar compuestos químicos.

Estructura Atómica Fundamental

El átomo, la unidad básica de la materia, se compone de diversas partículas subatómicas y regiones bien definidas.

Partículas Subatómicas

• Electrones: Partículas de masa muy pequeña y con carga eléctrica negativa.
• Protones: Partículas con carga eléctrica positiva.
• Neutrones: Partículas sin carga eléctrica (neutras) y con una masa muy similar a la del protón.

Componentes del Átomo

• Núcleo Atómico: Es el centro del átomo, posee carga positiva y en él se encuentran los protones y los neutrones.
• Corteza Atómica: Ocupa la mayor parte del volumen del átomo y en ella se encuentran los electrones, girando alrededor del núcleo.

Conceptos Clave del Átomo

Para describir y clasificar los átomos, se utilizan varios números y conceptos importantes.

Número Atómico (Z)

El número atómico (Z) expresa el número de protones que posee cada elemento químico. En un átomo neutro, el número de electrones en la corteza es igual al número de protones.

Número Másico (A)

El número másico (A) indica el número total de protones y neutrones que hay en el núcleo de un átomo. La suma de protones y neutrones se denomina nucleones.

Isótopos

Los isótopos son átomos de un mismo elemento que tienen el mismo número atómico (Z) pero diferente número másico (A), es decir, varían en el número de neutrones.

Masa Atómica

La masa atómica expresa la cantidad de materia de un átomo, generalmente medida en unidades de masa atómica (uma).

Corteza Atómica y Electrones de Valencia

Los electrones se distribuyen en capas alrededor del núcleo. En los gases nobles, la última capa de electrones está completa, lo que les confiere gran estabilidad. En los demás elementos, la última capa suele estar incompleta. El número de electrones que hay en esta última capa se conoce como electrones de valencia, y son fundamentales para la formación de enlaces químicos.

Tipos de Enlaces Químicos

Los átomos se unen entre sí para formar moléculas y compuestos a través de fuerzas conocidas como enlaces químicos.

Definición de Enlaces Químicos

Los enlaces químicos son las fuerzas que mantienen unidos a los átomos que forman las moléculas de un compuesto. Las sustancias formadas por moléculas constituyen los compuestos químicos.

Enlace Iónico

La unión iónica tiene lugar entre átomos que ceden electrones y átomos que los captan, formando iones con cargas opuestas que se atraen. Se da principalmente entre metales y no metales.

Características del Enlace Iónico

• Son sólidos cristalinos a temperatura ambiente.
• Poseen puntos de fusión y ebullición altos.
• Fundidos o disueltos en agua, son buenos conductores eléctricos.
• Son solubles en agua.

Enlace Covalente

El enlace covalente se forma cuando varios átomos comparten uno o más pares de electrones para alcanzar estabilidad.

Características del Enlace Covalente

• Pueden ser gases, líquidos o sólidos a temperatura ambiente.
• Generalmente tienen bajos puntos de fusión y ebullición.
• No son buenos conductores del calor ni de la electricidad.
• Suelen ser poco solubles en agua.

Enlace Metálico

En el enlace metálico, un gran número de átomos comparten una "nube" de electrones deslocalizados, lo que confiere propiedades únicas a los metales.

Características del Enlace Metálico

• Son sólidos a temperatura ambiente (excepto el mercurio).
• Presentan brillo metálico.
• Son duros y la mayoría se oxidan.
• Son buenos conductores del calor y de la electricidad.
• Son dúctiles (se pueden estirar en hilos) y maleables (se pueden laminar).

Nomenclatura Química Básica

La nomenclatura permite nombrar y formular los compuestos químicos de manera sistemática. A continuación, se presentan algunas reglas básicas y propiedades de elementos clave.

Propiedades de Elementos Clave

• Hidrógeno: Posee una valencia de 1.
• Oxígeno: Posee una valencia de 2.
• Nota sobre la Columna 8: Los elementos de la columna 8 (Gases Nobles) se caracterizan por su baja reactividad y, en general, no se combinan fácilmente con otros elementos.

Reglas para Hidruros

Para formular hidruros, generalmente se escribe primero el símbolo del elemento y luego el del hidrógeno (H), excepto para los hidruros de los halógenos (F, Cl, Br, I) y los calcógenos (S, Se, Te), donde el hidrógeno se escribe primero.

Reglas para Óxidos

Para formular óxidos, se escribe primero el símbolo del elemento y luego el del oxígeno (O).

Conceptos Adicionales en Química

Para complementar el estudio de la química, es fundamental comprender la naturaleza de las moléculas y cómo se cuantifican.

Molécula

Una molécula es la unidad química formada por la unión de dos o más átomos, ya sean del mismo elemento o de elementos diferentes.

Masa Molecular (M)

La masa molecular (M) es la suma de las masas atómicas de todos los átomos que forman una molécula. Se expresa en unidades de masa atómica (uma).