1. Modelos atómicos y partículas subatómicas
Partículas subatómicas:
- Protón (p+): carga +1, masa ≈ 1 u, está en el núcleo. Z (número atómico) = número de protones.
- Neutrón (n0): carga 0, masa ≈ 1 u, está en el núcleo. A (número másico) = protones + neutrones.
- Electrón (e−): carga −1, masa ≈ 1/1836 u, en la corteza.
Modelos atómicos: Dalton (esfera indivisible, 1808) → Thomson (pudín de pasas con electrones embebidos, 1904) → Rutherford (núcleo denso + corteza con electrones, 1911) → Bohr (órbitas circulares cuantizadas, 1913) → mecano-cuántico (Schrödinger, orbitales con probabilidad).
Isótopos: mismo Z, distinto A. Ejemplo: 12C (6 p, 6 n), 13C (6 p, 7 n), 14C (6 p, 8 n).
2. Números cuánticos y configuración electrónica
Los 4 números cuánticos:
- n principal (1, 2, 3, …) — nivel/energía.
- ℓ azimutal (0 a n−1) — forma: s(0), p(1), d(2), f(3).
- mℓ magnético (−ℓ … 0 … +ℓ) — orientación.
- ms espín (+½ o −½).
Reglas de llenado:
- Aufbau: se llena por orden creciente de energía: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s …
- Pauli: dos electrones en el mismo orbital deben tener espines opuestos (máximo 2 por orbital).
- Hund: en orbitales degenerados (p, d, f) los electrones se reparten primero solos (mismo espín) y luego se aparean.
Capacidad: subnivel s = 2 e−, p = 6 e−, d = 10 e−, f = 14 e−.
3. Tabla periódica y propiedades periódicas
Estructura: 7 períodos (filas) y 18 grupos (columnas). Grupos: 1 alcalinos, 2 alcalinotérreos, 3-12 transición, 13 boroides, 14 carbonoides, 15 nitrogenoides, 16 anfígenos, 17 halógenos, 18 gases nobles.
Tendencias periódicas:
- Radio atómico: aumenta al bajar en el grupo (más niveles) y disminuye a la derecha en el período (más carga nuclear efectiva).
- Energía de ionización (E que cuesta arrancar e−): disminuye al bajar y aumenta a la derecha.
- Electronegatividad (tendencia a atraer e−): disminuye al bajar y aumenta a la derecha. Máxima: F (3.98), mínima: Cs/Fr.
- Carácter metálico: aumenta al bajar y a la izquierda (inverso de la electronegatividad).
4. Enlace químico y fuerzas intermoleculares
Tipos de enlace:
- Iónico: metal + no metal con gran diferencia de electronegatividad (Δχ > 1.7). Cede/gana electrones. Sólido cristalino, p. fusión alta, conduce fundido o disuelto. NaCl, KBr, CaF2.
- Covalente: comparten pares de electrones. Diatómicas (H2, O2, N2, halógenos), agua, CO2. Polar si Δχ entre 0.4 y 1.7 (H2O, HCl); apolar si Δχ < 0.4 (H2, CH4).
- Metálico: nube electrónica deslocalizada entre cationes. Conducen, dúctiles, maleables, brillo.
Fuerzas intermoleculares (en covalentes):
- Dispersión de London (todas).
- Dipolo-dipolo (moléculas polares).
- Puente de hidrógeno (H unido a F, O o N): muy fuerte. Responsable de la alta Teb del agua.
Regla del octeto: los átomos tienden a rodearse de 8 electrones de valencia (excepto H que busca 2). Lewis: cuenta pares enlazantes y pares solitarios.
Problemas resueltos paso a paso
1. Composición atómica de un isótopo
El isótopo 35Cl tiene Z = 17. Indica protones, neutrones y electrones (átomo neutro).
1
Protones = Z.
2
Neutrones = A − Z = 35 − 17.
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Z = 17 ⇒ 17 p+; A − Z = 35 − 17 = 18 n; en átomo neutro nº e− = nº p = 17.
2. Electrones en el átomo de hierro
El hierro tiene Z = 26. Número de electrones del átomo neutro.
1
En un átomo neutro nº e− = Z.
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Átomo neutro ⇒ nº electrones = nº protones = Z = 26.
3. Carga de un ion
El catión Ca2+ proviene del calcio (Z = 20). Indica electrones del ion.
1
e− = Z − carga = 20 − 2.
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Ca tiene 20 e−; al perder 2 e− queda con 20 − 2 = 18 e− (configuración de Ar).
4. Capacidad máxima de un nivel
Número máximo de electrones que caben en el nivel n = 3 (regla 2·n²).
1
2·3² = 18.
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Capacidad máxima: 2·n² = 2·9 = 18 e− (subniveles 3s, 3p, 3d).
5. Configuración electrónica · número de electrones
Para el oxígeno (Z = 8), número de electrones en la subcapa 2p.
1
Distribución: 1s² 2s² 2p⁴ ⇒ 4 en 2p.
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Z = 8 ⇒ 1s² 2s² 2p⁴. En 2p hay 4 electrones (Hund: 2 apareados + 2 desapareados).
6. Período y grupo a partir de la configuración
El sodio termina su configuración en 3s¹. Período al que pertenece.
1
El número del último nivel (n = 3) es el período.
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Última capa n = 3 ⇒ período 3. Como termina en 3s¹ ⇒ grupo 1 (alcalinos).
7. Energía de ionización (tendencia)
Ordena la EI de Li, Na, K. ¿Cuántos elementos tienen EI menor que la del Li?
1
Bajando en el grupo 1 disminuye EI: Li > Na > K. Menores que Li: Na y K = 2.
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EI disminuye al bajar en el grupo. Na y K tienen EI menor que Li ⇒ 2 elementos.
8. Diferencia de electronegatividad y tipo de enlace
Electronegatividades de Cl (3.16) y Na (0.93). Diferencia |Δχ|.
1
3.16 − 0.93.
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Δχ = 3.16 − 0.93 = 2.23. Como Δχ > 1.7 ⇒ enlace iónico (NaCl).
9. Lewis del agua: pares solitarios del oxígeno
En la molécula de H2O, número de pares de electrones solitarios (no enlazantes) sobre el O.
1
O aporta 6 e− de valencia; 2 se usan en enlaces y 4 quedan en 2 pares solitarios.
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Estructura de Lewis del H2O: el O forma 2 enlaces con H y le quedan 2 pares solitarios (4 e−).
10. Número de enlaces covalentes en el metano
Número total de enlaces covalentes (pares compartidos) en una molécula de CH4.
1
4 enlaces C—H.
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C forma 4 enlaces simples con 4 H ⇒ 4 enlaces covalentes (tetraédrica, 109.5°).
11. Período de un elemento por nivel
El último electrón de un elemento entra en 4s¹. ¿En qué período está?
1
El n del último nivel es el período (n = 4).
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Última capa n = 4 ⇒ período 4. Configuración termina en 4s¹ ⇒ grupo 1 (alcalinos): es el K.
12. Iones isoelectrónicos
Indica con cuántos electrones queda el ion Mg2+ (ZMg = 12).
1
e− = 12 − 2.
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Mg pierde 2 e− ⇒ 12 − 2 = 10 e−. Isoelectrónico con el Ne.
13. Polaridad y puente de hidrógeno
¿Cuántas de las siguientes moléculas presentan puente de hidrógeno: H2O, NH3, HF, CH4, CO2?
1
Forman puente de H aquellas con H unido a F, O o N: H2O, NH3, HF ⇒ 3.
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Puente de hidrógeno: H enlazado a F, O o N. ⇒ H2O, NH3, HF (CH4 y CO2 no).
14. Conteo de orbitales en una subcapa
Cuántos orbitales tiene la subcapa 3d.
1
d ⇒ 5 orbitales (mℓ = −2, −1, 0, +1, +2).
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Subcapa d: ℓ = 2 ⇒ 2ℓ+1 = 5 orbitales; capacidad 2·5 = 10 e−.
15. Electrones de valencia
Número de electrones de valencia del cloro (Z = 17, configuración termina en 3s² 3p⁵).
1
Valencia = e− en última capa = 2 + 5 = 7.
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Capa de valencia n = 3: 3s² 3p⁵ ⇒ 2 + 5 = 7 e− de valencia (grupo 17, halógenos).
Test de autoevaluación
Indica el número de protones del isótopo 16O (Z = 8).
¿Cuántos electrones caben en una subcapa p?
¿Qué tipo de enlace une al Na y al Cl en el NaCl?
La electronegatividad en la tabla periódica:
¿Cuántos pares de electrones solitarios tiene el N en el NH3?
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