Fundamentos de Química: Estructura Atómica y Propiedades de la Materia

Constitución de la Materia

¿Qué entendemos por constitución de la materia?

La constitución de la materia se refiere a los componentes fundamentales que la forman, incluyendo las partículas subatómicas (como protones, neutrones y electrones), los átomos y las moléculas.

El Átomo y sus Componentes

¿Qué partículas elementales componen el núcleo del átomo?

El núcleo atómico está formado por protones (con carga positiva) y neutrones (sin carga eléctrica).

¿Qué características posee el núcleo atómico?

El núcleo contiene los protones y neutrones. El número de protones (número atómico) es lo que caracteriza a un elemento químico determinado y define su identidad.

¿Qué es un ion? ¿Qué tipos existen? ¿Cómo se forman?

Un ion es un átomo o grupo de átomos que ha adquirido una carga eléctrica neta debido a la pérdida o ganancia de uno o más electrones.

• Catión: Ion con carga positiva, formado cuando un átomo pierde electrones.
• Anión: Ion con carga negativa, formado cuando un átomo gana electrones.

Se forman mediante procesos de ionización, donde un átomo neutro cede o captura electrones.

¿Qué es el número atómico (Z)?

El número atómico (representado por la letra Z) es el número de protones presentes en el núcleo de un átomo. Este número define al elemento químico. En un átomo eléctricamente neutro, el número atómico también es igual al número de electrones.

¿Qué es un isótopo de un elemento?

Los isótopos son átomos de un mismo elemento químico que tienen el mismo número de protones (mismo número atómico) pero diferente número de neutrones en su núcleo. Esto significa que tienen la misma identidad química pero diferente masa atómica.

Configuración Electrónica y Propiedades

¿Qué son los números cuánticos?

Los números cuánticos son un conjunto de cuatro valores (n, l, m_l, m_s) que describen el estado energético de un electrón en un átomo. Definen:

• El nivel de energía principal (tamaño del orbital).
• La forma del orbital (subnivel de energía).
• La orientación espacial del orbital.
• El espín del electrón.

Permiten describir la distribución de los electrones en los diferentes orbitales atómicos.

¿Qué es la regla del octeto?

La regla del octeto es una observación empírica que indica la tendencia de los átomos de los elementos representativos (grupos principales) a completar su última capa de valencia con ocho electrones para alcanzar una configuración electrónica más estable, similar a la de los gases nobles. Logran esto mediante la formación de enlaces químicos (compartiendo electrones) o la formación de iones (ganando o perdiendo electrones).

Define electronegatividad.

La electronegatividad es una medida de la tendencia relativa de un átomo, que forma parte de un enlace químico, para atraer hacia sí los electrones compartidos en dicho enlace.

¿Qué tipo de orbitales atómicos existen y qué capacidad electrónica tienen?

Existen cuatro tipos principales de subniveles u orbitales atómicos, designados por las letras s, p, d y f, cada uno con una capacidad máxima específica de electrones:

• Orbital tipo s: Puede alojar un máximo de 2 electrones.
• Orbitales tipo p: Hay 3 orbitales p degenerados (con la misma energía), alojando un máximo de 6 electrones (2 por orbital).
• Orbitales tipo d: Hay 5 orbitales d degenerados, alojando un máximo de 10 electrones.
• Orbitales tipo f: Hay 7 orbitales f degenerados, alojando un máximo de 14 electrones.

Clasificación y Estados de la Materia

¿En qué grupos podemos clasificar los materiales?

Según su estructura química, atómica y tipo de enlace predominante, los materiales se suelen clasificar en tres grandes familias:

1. Metálicos: Caracterizados por el enlace metálico.
2. Cerámicos: Compuestos inorgánicos, a menudo óxidos, nitruros o carburos, con enlaces iónicos y/o covalentes.
3. Poliméricos: Materiales orgánicos de alto peso molecular (macromoléculas) con enlaces covalentes.

A veces se añaden los materiales compuestos (combinaciones de los anteriores) y los semiconductores.

¿Cuáles son los estados de agregación de la materia?

Los estados de agregación describen las diferentes formas en que la materia puede existir, dependiendo de la energía cinética de sus partículas y las fuerzas intermoleculares. Los estados más comunes son:

• Sólido: Partículas muy juntas y ordenadas, con posiciones fijas.
• Líquido: Partículas juntas pero desordenadas, con capacidad de fluir.
• Gaseoso: Partículas muy separadas y desordenadas, moviéndose libremente.
• Plasma: Un gas ionizado a muy alta temperatura, donde los electrones se han separado de los átomos o moléculas.

Describe brevemente el estado plasma de agregación.

El plasma es a menudo considerado el cuarto estado de la materia. Se produce bajo condiciones de temperaturas extremadamente altas o campos electromagnéticos intensos, que provocan la ionización de los átomos o moléculas del gas. En este estado, la materia consiste en una mezcla de iones positivos y electrones libres que se mueven caóticamente, confiriéndole propiedades eléctricas únicas.