Introducción a la Química y Nanociencia

• Nanotecnología: Es un campo de las ciencias aplicadas dedicado al control y manipulación de la materia a una escala menor que un micrómetro, es decir, a nivel de átomos y moléculas.
• Nanociencia: Es el estudio de los sistemas cuyo tamaño es de unos pocos (10-100) nanómetros. Un nanómetro (nm) es 10^-9 metros, alrededor de 10 átomos de hidrógeno.

Nomenclatura Química y Conceptos Fundamentales

• Sistema de Ginebra: Sistema de nomenclatura usado antes del surgimiento de la IUPAC.
• IUPAC: Siglas en inglés que significan Unión Internacional de Química Pura y Aplicada.
• Anhídrido: Carente de agua. Compuesto que resulta de la deshidratación de ácidos.
• La química: Ha clasificado los compuestos en dos categorías para su estudio: orgánicos e inorgánicos.
• Fórmula química: Es la representación de los elementos que forman un compuesto y la proporción en que se encuentran, o del número de átomos que forman una molécula.
• Fórmula química (en compuestos iónicos): Se compone de dos porciones de carga: una negativa y otra positiva.

Óxidos y Funciones Químicas Inorgánicas

• Óxidos: Son las combinaciones binarias entre el oxígeno y todos los demás elementos químicos, a excepción de los gases nobles y el flúor.
• Óxidos metálicos: Cuando el oxígeno se combina con los metales. Ejemplo: 2Na + O₂ → Na₂O (óxido de sodio).
• Óxidos no metálicos: Cuando el oxígeno se combina con los no metales.
• Función química: Grupo de compuestos que tienen propiedades químicas similares.

Clasificación de Funciones Químicas Inorgánicas

• Óxidos: Metálicos (MO) – No metálicos (XO)
• Hidróxidos: MOH
• Hidruros: Metálicos (MH) – No metálicos (XH)
• Ácidos: Hidrácidos (HX) – Oxácidos (HXO)
• Sales: Binarias (MX) – Oxisales (MXO)

La IUPAC estableció las reglas que rigen la nomenclatura química moderna para nombrar de manera sistemática a los compuestos químicos.

Estructura Molecular y Enlaces Químicos

• Molécula: Es un conglomerado eléctricamente neutro de dos o más átomos unidos mediante enlaces covalentes, que se comporta como una sola partícula.
• Triple enlace: Se forma al compartir tres pares de electrones.
• Línea (-) en estructuras de Lewis: Es la forma de representar un enlace covalente en estructuras de Lewis.
• Enlace covalente coordinado: En este tipo de enlace, un átomo aporta dos electrones que forman un enlace.
• Modelo RPECV (Repulsión de Pares de Electrones de la Capa de Valencia): Explica la geometría molecular basándose en la repulsión que existe entre los pares de electrones libres y los de enlace del átomo central, los cuales determinan el ángulo de enlace.
• Polaridad en la molécula: Se presenta cuando existe desplazamiento del par de electrones de enlace hacia el átomo más electronegativo; se representa con delta positivo (δ+) y delta negativo (δ-).
• Delta positivo (δ+) y delta negativo (δ-): Muestran la distribución de las cargas parciales en un enlace covalente.
• Ángulo de enlace: Es el formado entre los enlaces de dos átomos unidos al tercero.
• Geometría lineal y triangular plana (para dos y tres pares de enlace): Contienen un átomo central que no cumple con la regla del octeto.
• Amoniaco (NH₃): Es un gas a temperatura ambiente y uno de los productos químicos de mayor producción en la industria de los fertilizantes.
• Compuestos covalentes: Generalmente se forman entre elementos no metálicos.
• Propiedades de los compuestos covalentes: A temperatura ambiente, algunos son sólidos, líquidos o gases; los sólidos son quebradizos o blandos y cerosos. En estado sólido, líquido o gaseoso, son malos conductores del calor y de la electricidad. Los compuestos covalentes no polares son solubles en disolventes no polares y presentan puntos de fusión y de ebullición bajos.

El Agua: Un Caso de Estudio de Enlaces Polares

• Moléculas de agua: Tienden a formar gotas sobre las superficies suaves; las gotas de lluvia toman una forma esférica.
• Formación de gotas de agua: Se forman gotas ya que las moléculas de agua se atraen unas con otras porque tienen extremos negativo y positivo. Los extremos de las moléculas con cargas opuestas tienden a atraerse y las moléculas se pegan unas con otras, tomando una forma esférica.
• El agua: Es un ejemplo de cómo los enlaces polares y la geometría molecular actúan juntos para desarrollar las propiedades de la sustancia.

Enlaces Metálicos y Propiedades de los Materiales

• Aleación: Mezcla homogénea de dos o más metales.
• Enlace metálico: Fuerza que mantiene unidos a los átomos en un metal.
• Banda de energía: Conjunto grande de orbitales cuyas energías son muy similares.
• Aislante: En ellos, las bandas de energía no se traslapan; más bien, existe una brecha grande entre ellas.
• Semiconductores: En ellos, existe una brecha de energía muy angosta entre las bandas de energía totalmente ocupadas y las bandas de energía vacías.
• Metales: En su mayoría son sólidos y tienen propiedades como la alta conductividad eléctrica.

Fuerzas Intermoleculares

• Fuerzas intermoleculares: Provocan una interacción entre moléculas y son mucho más débiles debido a que no comparten electrones.
• Fuerzas dipolares: Este tipo de atracción se presenta entre dos moléculas polares.
• Fuerzas de London: Generalmente se presentan en moléculas no polares. La atracción de este tipo de moléculas se presenta a través de la formación de dipolos inducidos en moléculas adyacentes.
• Puentes de hidrógeno: La atracción de un átomo de hidrógeno positivo y un par solitario de electrones de un átomo electronegativo.