Diagrama de Möller y Configuración Electrónica

El Diagrama de Möller es una herramienta para determinar la configuración electrónica de los átomos, siguiendo el orden de llenado de los orbitales:

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s²

Capacidad máxima de electrones por subnivel:

• S: 2 electrones
• P: 6 electrones
• D: 10 electrones
• F: 14 electrones

Clasificación de los Elementos por Grupos

Los elementos de la tabla periódica se organizan en grupos con propiedades químicas similares:

• Grupo 1: Alcalinos
• Grupo 2: Alcalinotérreos
• Grupo 3 al 12: Metales de transición
• Grupo 13: Térreos
• Grupo 14: Carbonoideos
• Grupo 15: Nitrogenoideos
• Grupo 16: Anfígenos
• Grupo 17: Halógenos
• Grupo 18: Gases nobles

Enlace Iónico: Concepto y Formación

El enlace iónico es una consecuencia de las fuerzas electrostáticas que ejercen los iones de carga opuesta en el cristal iónico.

Cuando los iones se unen para formar el cristal iónico, se libera la denominada energía reticular. Los iones se colocan tan próximos como les es posible e interaccionan con todos los iones vecinos. El número de iones de un signo que rodea a un ion de signo contrario recibe el nombre de índice de coordinación. En el caso del NaCl, el índice de coordinación del Na⁺ es 6 y el del Cl^– también es 6.

El proceso de formación del ion Na⁺ requiere aportar energía para extraer el electrón; el proceso de formación del ion Cl^– desprende energía, aunque menos que la absorbida por el átomo de sodio. Por tanto, el proceso de transferencia solo puede producirse gracias a la energía liberada cuando se aproximan los iones formados y se forma el cristal iónico.

Conceptos relacionados: gramos, moles, moléculas, átomos.

Fórmulas y Conversiones Fundamentales

• Concentración (C): moles de soluto / Volumen (L) de disolución (mol/L)
• Volumen molar de un gas (CNPT): 22,4 L = 1 mol de gas
• Ejemplo de cálculo de volumen: Si 2M = 2 mol/L, entonces para 0,5 moles, 2 = 0,5/x → x = 0,5/2 = 0,25 L
• Número de Avogadro: 6,02 x 10²³ moléculas = 1 mol

Propiedades de los Compuestos Iónicos

Temperatura de Fusión

A temperatura ambiente, los compuestos iónicos son sólidos. Sus temperaturas de fusión y ebullición son altas o muy altas, debido a la gran intensidad de las fuerzas electrostáticas entre iones de carga opuesta.

Dureza

Los cristales iónicos suelen ser duros (cuesta rayarlos) debido a la intensidad de las fuerzas electrostáticas de atracción.

Fragilidad

Los sólidos iónicos son frágiles. Si se aplica una fuerza sobre el material, las capas de los iones se deslizan y los de igual signo quedan enfrentados y se repelen, de modo que el cristal se rompe (no puede deformarse).

Solubilidad

Muchos compuestos iónicos son solubles en disolventes polares como el agua. Las moléculas polares presentan separación de cargas, de forma que una parte de ellas es positiva y otra negativa. De este modo, en presencia de una sal, las moléculas polares del agua se disponen alrededor de los iones de la sal (proceso de solvatación) y ayudan a su dispersión.

Conductividad Eléctrica

Los compuestos iónicos no conducen la electricidad en estado sólido debido a que los iones no pueden desplazarse, al ocupar posiciones fijas en la red. Por el contrario, sí conducen la electricidad en estado líquido o en disolución, pues en esos casos los iones tienen libertad para desplazarse.

Propiedades de los Compuestos Covalentes

Los compuestos covalentes se pueden clasificar en sustancias moleculares y sólidos covalentes reticulares, cada uno con propiedades distintivas:

Sustancias Moleculares

Temperatura de Fusión

Las temperaturas de fusión son bajas porque las fuerzas intermoleculares son débiles. Crecen al aumentar el número de electrones o la polaridad de las moléculas.

Dureza

Son sustancias blandas (se pueden rayar fácilmente).

Fragilidad

Son frágiles (se rompen fácilmente con los golpes), ya que las moléculas se pueden separar con facilidad debido a las débiles fuerzas intermoleculares.

Conductividad Eléctrica

No son conductores al no tener cargas que puedan desplazarse, pues los electrones están fuertemente unidos a los núcleos.

Sólidos Covalentes Reticulares

Temperatura de Fusión

Son altas debido a que hay que romper los enlaces covalentes, que son muy fuertes.

Dureza

Son muy duros, por la gran fuerza de los enlaces covalentes, que hace muy difícil separar los átomos.

Fragilidad

Presentan alta fragilidad, por el carácter direccional del enlace covalente.

Conductividad Eléctrica

La conductividad es baja, debido a la nula movilidad de los electrones de valencia localizados en los enlaces covalentes.

Ejemplo de Configuración Electrónica de un Catión

Para el Sodio (Na, Z=11):

• Na (neutro): 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹
• Na⁺ (catión): Al perder un electrón, su configuración es 1s² 2s² 2p⁶ (similar a la del Neón).

Nota: El número atómico (Z=11) indica 11 protones. Un catión Na⁺ tiene 10 electrones.

Propiedades de los Metales

Densidad

Excepto los alcalinos, presentan alta densidad, debido al eficaz empaquetamiento de los átomos en su estructura.

Temperatura de Fusión

Excepto los alcalinos, tienen una temperatura de fusión alta, debido a la fuerte atracción entre los iones positivos y los electrones de valencia deslocalizados, que mantiene unidos los iones.

Dureza

La dureza es variable (baja en los alcalinos y alta en el hierro y otros).

Ductilidad y Maleabilidad

Son muy dúctiles y maleables, ya que no existen enlaces rígidos o direccionales, de modo que al deformar el metal, los electrones libres se recolocan con facilidad.

Conductividad Eléctrica

Presentan una alta conductividad eléctrica, debido a la gran movilidad de los electrones externos.

Solubilidad

Son insolubles, ya que la alta intensidad del enlace metálico impide la separación de los átomos en contacto con las moléculas del disolvente.

Aspecto

Presentan brillo metálico por su gran capacidad de reflejar la luz, debido a la deslocalización y movilidad de los electrones.

Ácidos y Bases: Definiciones y Neutralización

Las primeras definiciones de ácido y base se deben al químico Svante Arrhenius (1880):

Definición de Ácido (Arrhenius)

Un ácido es una sustancia que en disolución acuosa se disocia cediendo iones H⁺, como el ácido clorhídrico:

HCl(aq) → H+(aq) + Cl-(aq)

Definición de Base (Arrhenius)

Una base es una sustancia que en disolución acuosa se disocia y cede iones hidróxido, OH^–, como el hidróxido de sodio:

NaOH(aq) → OH-(aq) + Na+(aq)

Fuerza de Ácidos y Bases y Escala de pH

Un ácido o una base es fuerte cuando en disolución acuosa se encuentra totalmente disociado, y es débil cuando está poco disociado.

Para establecer el carácter ácido, básico o neutro de una disolución, Søren Sørensen propuso en 1909 una escala de pH, que va del 0 al 14. Los valores próximos al 0 indican ácidos fuertes, y los próximos a 14 indican bases fuertes. El pH se puede medir de forma aproximada utilizando el papel pH indicador universal, que toma un color característico según la acidez o basicidad de la disolución. Si se necesitan medidas precisas, hay que emplear un pH-metro digital.

Reacciones de Neutralización

Si se junta un ácido fuerte, como el HCl, con una base fuerte, como el NaOH, ¿aumentará la peligrosidad de las sustancias? Sorprendentemente, se obtiene sal común y agua, dos sustancias inocuas y fundamentales para la vida. ¿Qué es lo que ha ocurrido?

Lo que ha sucedido se denomina neutralización y consiste en lo siguiente: los iones H⁺ procedentes del ácido se han combinado con los iones OH^– procedentes de la base para formar agua. A su vez, los iones Cl^– y Na⁺ se han combinado para formar cloruro de sodio:

HCl(aq) + NaOH(aq) → NaCl(aq) + H₂O(l)

En general, la neutralización entre un ácido y una base se expresa por la ecuación:

Ácido + Base → Sal + Agua

Esta reacción es el fundamento de una técnica de análisis químico cuantitativo denominada volumetría de neutralización, cuyo objetivo es determinar la concentración de un ácido o de una base.

Pasos para la Volumetría de Neutralización

1. Escribir la ecuación química.
2. Ajustarla.
3. Con el dato que tenemos, calcular los moles de ese compuesto.
4. Con los moles del compuesto calculado, calcular los moles de los otros compuestos.
5. Calcular lo que se pida en el apartado.