Capítulo 1: Los ladrillos de la vida. (Átomos y moléculas.)

1. LA CIENCIA DE LA QUÍMICA.

La química, una ciencia especialmente creada para el siglo XXI, es la ciencia que estudia la materia y todos y cada uno de los cambios que ocurren en ella. La química se utiliza de tres maneras: como ciencia central, como un estudio de la materia y por ella se hacen investigaciones para la salud.

-Materia.

La materia es todo aquello que tiene masa y ocupa un volumen en el espacio. La materia tiene propiedades tanto físicas como químicas. Las propiedades físicas son aquellas que pueden medirse y observarse sin modificar su composición o su identidad propia. Su temperatura de fusión, ebullición, la densidad, el tamaño, etc son ejemplos de sus propiedades físicas. En cambio, las propiedades químicas sólo son observables cuando ocurre un cambio químico, como la combustión, la ionización de un compuesto, etc.

-Propiedades.

Las propiedades (además de ser físicas o químicas) también se dividen entre extensivas o intensivas. Las extensivas dependen de la cantidad de materia que se considere, también se les llama propiedades aditivas. La masa, el volumen, los moles, son propiedades extensivas. En cambio, las propiedades intensivas no dependen ni de tamaño ni de cantidad de materia, la temperatura, la dureza, la presión, son ejemplos de propiedades intensivas.

1.1. Átomos y Moléculas.

Toda la materia está formada por átomos, iones y moléculas. Un átomo, es la partícula más pequeña en la que un elemento puede ser dividido sin perder sus propiedades químicas. Se han propuesto muchos modelos atómicos a lo largo de la historia, pero el modelo atómico actual, fue propuesto en 1923 por Louis De Broglie. -Modelo atómico actual. El átomo está formado por un núcleo en el cual se concentra la masa y la carga positiva de un átomo. Ahí se encuentran los protones, que tienen una carga positiva, y los neutrones, cuya carga es neutra. Los electrones, las moléculas cuya carga es negativa, giran alrededor de regiones denominadas como orbitales, los cuales están en distintas capas o niveles de diferente energía.

#FunFact: Los átomos son increíblemente pequeños. Varían en tamaño de 60 a 500 pictómetros.
En 1923, Louis De Broglie sugirió que los electrones tenían propiedades de ondas, como propiedades de partículas, ésta propuesta constituyó la base de la “Mecánica Cuántica”, la cual es una de las ramas principales de la física y explica el comportamiento de la materia y la energía. A consecuencia de éste comportamiento, sugirió el principio enunciado por Werner Heisenberg, conocido como “Principio de la Incertidumbre”, el cuál dice que es imposible determinar con exactitud la posición y velocidad de un electrón.

-Número Atómico.

El número atómico (representado por Z) es igual al número de protones que se encuentran en el núcleo, es característico de cada elemento. En los átomos coincide con el número de electrones.

#FunFact: En la tabla periódica los elementos están organizados en orden creciente de su número atómico.

-Número Másico.

El número másico (representado por A) o masa atómica, es el número de protones plus el número de neutrones de un átomo.

A = Número de protones (Z) + neutrones.

El número de neutrones presentes en un átomo puede ser distinta, por lo que la masa atómica puede variar en un elemento.

-Isótopos.

Los isótopos son átomos que tienen el mismo número de protones (Z) pero distinto número de neutrones y por ende, un distinto número másico.
1.2. Tabla periódica.

Los elementos se encuentran agrupados según sus propiedades físicas y químicas semejantes. En la tabla periódica, los elementos se acomodan en orden creciente de su número atómico. A las filas horizontales se les llama períodos y a las columnas verticales grupos (números) o familias (nombres). Los elementos se dividen principalmente en tres categorías. Los metales, quienes conducen el calor y la electricidad, la mayoría de los elementos entran en ésta categoría. Los no-metales, por otra parte, son aquellos que son malos conductores del calor y la electricidad. Y finalmente, los metaloides. Estos elementos tienen propiedades intermedias entre metales y no metales.

1.3. Orbitales atómicos.

Aunque no se puede saber con exactitud la velocidad ni la posición de un electrón, es posible definir la región en la que puede encontrarse en un momento dado. (A estos se les llama “Números Cuánticos.”) Los electrones residen en capas o niveles de energía que van de la 1 a la 7, comenzando con el más cercano al núcleo.

Un orbital atómico es una función matemática que describe el comportamiento de ondas de cualquier par de electrones en un átomo. Ésta función se puede utilizar para calcular la probabilidad de encontrar cualquier electrón de un átomo en una región específica alrededor del núcleo del átomo.

En los átomos, cada capa de energía tiene cierta capacidad para poder alojar electrones. Conforme aumenta la distancia de un electrón respecto al núcleo, su nivel de energía también incrementa y es retenido con menos fuerza por la atracción positiva del núcleo. La forma y orientación geométrica del espacio que ocupan los electrones en cada capa o nivel de energía se describen por medio de los orbitales S, P, D y F.

#CourseFact: Sólo se verán los orbitales S y P.

-Dentro de cada capa o nivel de energía, los electrones se mueven en orbitales atómicos específicos.

-Un orbital describe: la distancia de un electrón respecto al núcleo y la forma y orientación geométrica del volumen que ocupa.

-Cada orbital puede estar ocupado por CERO, UNO O DOS electrones de spin opuesto. (aka. Giro)

1.3.1. Números Cuánticos.

numeros-cuanticos

-ORBITALES-

-Orbital S: El orbital S es esférico, tiene el núcleo ubicado en el centro. Los orbitales S de capas sucesivas son todos esféricos pero su tamaño es creciente.

-Orbital P: El orbital P tiene forma de dumbell con el núcleo entre los dos lóbulos. Cada capa de energía tiene 3 ORBITALES P IDÉNTICOS en cuanto a tamaño y forma. Estos son perpendiculares entre sí. (Tiene 6 electrones como máximo.)

-Orbital D: El orbital D tiene 10 electrones como máximo.

1.3.2. Principio de Exclusión por Wolfgang Pauli Jr.

“Un orbital atómico puede ser ocupado por sólo dos electrones con spins opuestos.

El principio de Exclusión determina la forma y las propiedades de las moléculas.

¿Cómo se escribe la Configuración Eléctrica (CEC) de un elemento?

  1. Llena los orbitales de la más BAJA energía a la más ALTA.
  2. Coloca UN ELECTRON A LA VEZ en los orbitales de cada conjunto hasta que uno se llene a la mitad.
  3. Coloca los electrones restantes de los orbitales llenos a la mitad, de modo que NO MÁS DE DOS ELECTRONES (de spin opuesto ocupen un sólo orbital.
  4. Voila!~

Para más información, están los siguientes videos  (a mi me sirvieron bastante, tbh y todos tienen subtítulos en español y otros idiomas):

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