Espontaneidad de las Reacciones Químicas

En los procesos químicos se tiende a alcanzar un estado en el que la energía total sea la mínima. Es decir, que la **entalpía** sea la mínima, lo que sugiere que las reacciones químicas **exotérmicas** son las espontáneas. Sin embargo, también existen reacciones endotérmicas que son espontáneas, por ejemplo: $\text{N}_2\text{O}_3 \rightarrow \text{NO} + \text{NO}_2$.

Además de la energía, debe haber otro factor que influya en la determinación del sentido de las transformaciones espontáneas. Este factor es el **desorden** o **entropía**: un aumento de desorden en un sistema favorece su transformación espontánea. Por ello, a la temperatura ordinaria, como el desorden de las moléculas de agua es mayor en estado líquido que en el sólido, el hielo se funde espontáneamente y, por lo mismo, el agua se evapora.

Para que ocurra una transformación espontánea a presión y temperatura constantes, tiene que disminuir la energía libre del sistema, lo que a menudo implica que el cambio de entalpía ($\Delta H$) tienda a ser negativo.

Propiedades Periódicas

La configuración electrónica de los elementos varía de forma periódica al avanzar por la tabla periódica; como consecuencia de ello, las propiedades que dependen de dicha configuración también variarán periódicamente. Entre estas propiedades destacamos las siguientes:

Volumen y Radio Atómico

El **Radio Atómico** es la distancia entre el centro del núcleo del átomo y el electrón más alejado del mismo. El **Volumen Atómico** es el volumen que ocupa un átomo de un elemento. Como se trabaja con cantidades muy pequeñas, normalmente se suele referir al volumen que ocupa un mol de átomos de ese elemento.

• Tendencia en Grupo: Al avanzar en un grupo de la tabla periódica de arriba hacia abajo, va aumentando el número de niveles energéticos ocupados (capas electrónicas), por lo que también aumentará el volumen atómico.
• Tendencia en Periodo: Si en un periodo avanzamos de izquierda a derecha, va aumentando el número de electrones que se sitúa en el último nivel o en el anterior, a la vez que crece el número de protones del núcleo. Por lo que la fuerza atractiva entre unos y otros irá aumentando y el volumen atómico disminuirá, hasta que lleguemos al centro del periodo. Si seguimos avanzando hacia la derecha, el volumen atómico comienza a aumentar como consecuencia de la repulsión entre los electrones que, en número ya considerable, ocupan los últimos niveles. Es decir, al avanzar de izquierda a derecha de un periodo, el volumen atómico disminuye hasta que lleguemos al centro del periodo, donde este volumen es mínimo; a partir de ahí, el volumen atómico vuelve a crecer.

Radio Iónico

El **Radio Iónico** es el radio que tiene un átomo cuando ha ganado o perdido electrones.

• Si un átomo gana electrones (formando un anión), estos ocupan la capa más externa y, como consecuencia de la repulsión entre ellos, el radio iónico es mayor que el atómico.
• Por el contrario, si un átomo pierde electrones (formando un **catión**), el número de protones del núcleo supera al de electrones de la corteza y aumenta la fuerza atractiva entre unos y otros, por lo que el radio iónico es menor que el atómico.

Energía de Ionización

La **Energía de Ionización** es la energía mínima necesaria para separar un electrón de un átomo neutro en estado gaseoso. Frecuentemente, esta energía suele referirse a un mol de átomos.

El potencial de ionización es máximo para los **gases nobles** porque estos tienen una estructura electrónica estable. Es mínimo para los **metales alcalinos** debido a que estos solo tienen un electrón en el último nivel y es fácil perderlo, obteniendo así su estabilidad. Se deduce que los metales alcalinos y también los alcalinotérreos presentan una gran facilidad para unirse con elementos que ofrezcan gran tendencia a captar electrones, dando así origen a los denominados **compuestos iónicos**.

Los potenciales de ionización aumentan de izquierda a derecha al avanzar por un periodo y de abajo arriba en un grupo.

Afinidad Electrónica

La **Afinidad Electrónica** es la energía liberada por un átomo neutro en estado gaseoso cuando capta un electrón. Suele referirse a un mol de átomos. Los elementos **Halógenos** son los de mayor afinidad electrónica. La afinidad de los metales viene dada por un número negativo, lo que indica que aceptan electrones con dificultad.

En la tabla periódica, la afinidad electrónica aumenta de izquierda a derecha y de abajo arriba.

Electronegatividad

La **Electronegatividad** caracteriza la tendencia del átomo a atraer electrones al formar un enlace químico. Se define como la capacidad de un elemento para atraer hacia sí los electrones que lo enlazan con otro elemento.

En la tabla periódica, la electronegatividad aumenta de izquierda a derecha y de abajo arriba.

Número Atómico, Número Másico e Isótopos

El átomo de un elemento se distingue del otro elemento en el número de protones que tiene en su núcleo. Al disponer los elementos ordenados del más ligero al más pesado, se observa que al pasar de uno al siguiente, el número de protones aumenta en una unidad. Así, el elemento más ligero, el hidrógeno, tiene 1 protón; el siguiente, el helio, tiene dos protones, etc. De este modo, el número que indica el orden del elemento, llamado **Número Atómico (Z)**, coincide con el número de protones que tiene un átomo del mismo.

El número atómico caracteriza a los elementos químicos; así, por ejemplo, todo átomo con tres protones es de Litio, independientemente del número de las otras partículas. Los átomos de un mismo elemento pueden diferir en el número de neutrones y, por tanto, en su masa atómica.

Las partículas del átomo que tienen una masa apreciable son los protones y los neutrones, por ello, al número total de estas partículas contenidas en un átomo se le denomina **Número Másico (A)**.

$$\text{Número Másico (A)} = \text{Número de Protones} + \text{Número de Neutrones}$$

Isótopos

Los **Isótopos** son átomos que poseen el mismo número de protones (mismo número atómico) pero distinto número de neutrones y, por lo tanto, distinto número másico.

Concepto Electrónico de Oxidación-Reducción

La **Oxidación-Reducción** se relaciona con la pérdida y ganancia de electrones de manera que:

• La **Oxidación** implica la pérdida de electrones.
• La **Reducción** implica la ganancia de electrones.

Este proceso no se puede realizar por separado, ya que si una sustancia pierde electrones (se oxida), debe haber otra que sea capaz de capturarlos (se reduce). Todo proceso de oxidación va unido a otro de reducción, llamadas **reacciones redox**. En estas transferencias, lo que se transmite son electrones.

• El **Agente Oxidante** es el que provoca la oxidación, es la sustancia que acepta los electrones y, por lo tanto, se reduce.
• El **Agente Reductor** es el que provoca la reducción, cediendo electrones y, por ello, se oxida.

Las reacciones redox ocurren entre parejas de oxidación-reducción llamadas **pares conjugados de oxidación-reducción** o **pares redox**. Estos pares son análogos a los pares ácido-base.