Química General: Estructura Electrónica y Enlace Químico

Tarjetas de vocabulario para repasar los conceptos fundamentales de estructura electrónica, mecánica cuántica, periodicidad, enlace químico, geometría molecular VSEPR y nomenclatura química.

Longitud de onda ($\lambda$)

Distancia entre dos puntos equivalentes de ondas consecutivas (crestas o valles), medida comúnmente en metros ($\text{m}$) o nanómetros ($1\,\text{nm} = 10^{-9}\,\text{m}$); es inversamente proporcional a la frecuencia.

Frecuencia ($\nu$)

Número de ciclos o crestas de onda que pasan por un punto determinado en un segundo, expresada en unidades de $\text{s}^{-1}$ o Hertz ($\text{Hz}$).

Amplitud de una onda

Altura o distancia vertical de la cresta de una onda respecto al eje central; define la intensidad o el brillo de la luz, pero no la energía transportada por cada fotón individual.

Fotón

Paquete discreto o cuanto de energía lumínica cuya energía individual se calcula mediante la relación $E = h\nu = \frac{hc}{\lambda}$.

Constante de Planck ($h$)

Constante física fundamental con un valor de $6.626 \times 10^{-34}\,\text{J}\cdot\text{s}$ que relaciona la frecuencia de una onda electromagnética con la energía de su fotón correspondiente.

Efecto fotoeléctrico

Fenómeno en el cual la radiación electromagnética que impacta una superficie metálica expulsa electrones únicamente si la frecuencia de la luz incidente es igual o mayor a una frecuencia umbral ($\nu_0$).

Frecuencia umbral ($\nu_0$)

Frecuencia mínima requerida para liberar un electrón de una superficie metálica en el efecto fotoeléctrico; cualquier radiación por debajo de esta frecuencia no producirá emisión electrónica, sin importar la intensidad.

Modelo de Bohr

Modelo atómico aplicable a especies de un solo electrón ($\text{H}$, $\text{He}^+$) que postula niveles de energía cuantizados descritos por $E_n = -2.18 \times 10^{-18}\,\text{J}\,\left(\frac{1}{n^2}\right)$.

Serie de Balmer

Conjunto de transiciones electrónicas en el átomo de hidrógeno que decaen al nivel $n = 2$, produciendo cuatro líneas de emisión características en el espectro visible ($656\,\text{nm}$, $486\,\text{nm}$, $434\,\text{nm}$ y $410\,\text{nm}$).

Longitud de onda de De Broglie

Propiedad ondulatoria que acompaña a toda partícula material de masa $m$ que se desplaza a velocidad $v$, expresada mediante la ecuación $\lambda = \frac{h}{mv}$.

Principio de incertidumbre de Heisenberg

Principio que dicta que es imposible conocer simultáneamente y con total exactitud la posición y el momento lineal de un electrón: $\Delta x \cdot \Delta(mv) \ge \frac{h}{4\pi}$.

Ecuación de Schrödinger

Ecuación fundamental de la mecánica cuántica ($\hat{H}\psi = E\psi$) que describe matemáticamente las funciones de onda ($\psi$) y los niveles de energía permitidos para los electrones.

Orbital atómico

Región tridimensional del espacio definida por la densidad de probabilidad ($\psi^2$) donde existe alta probabilidad de localizar a un electrón; alberga como máximo 2 electrones.

Número cuántico principal ($n$)

Número cuántico con valores enteros ($n = 1, 2, 3, \dots$) que determina el nivel de energía del electrón y el tamaño relativo del orbital.

Número cuántico del momento angular ($\ell$)

Número cuántico que toma valores desde $0$ hasta $n - 1$ y especifica la forma del subnivel u orbital ($0 = s$, $1 = p$, $2 = d$, $3 = f$).

Número cuántico magnético ($m_\ell$)

Número cuántico con valores permitidos enteros de $-\ell$ a $+\ell$ que define la orientación tridimensional del orbital en el espacio.

Número cuántico de spin ($m_s$)

Número cuántico que adopta los valores de $+\frac{1}{2}$ o $-\frac{1}{2}$ y señala el sentido de giro intrínseco del electrón sobre su propio eje.

Principio de exclusión de Pauli

Regla que establece que en un átomo no pueden coexistir dos electrones con los cuatro números cuánticos idénticos; cada orbital puede contener un máximo de 2 electrones con espines opuestos ($\uparrow\downarrow$).

Espectro de emisión

Patrón de radiación compuesto por líneas brillantes sobre un fondo oscuro, originado cuando los electrones excitados caen a niveles de energía inferiores liberando fotones discretos.

Espectro de absorción

Patrón de radiación caracterizado por líneas oscuras superpuestas en un fondo de espectro continuo, resultante de la absorción selectiva de fotones cuando los electrones ascienden de nivel.

Principio de Aufbau

Regla de ordenamiento electrónico que establece que los electrones se incorporan llenando sucesivamente los orbitales disponibles en orden ascendente de energía siguiendo la regla de las diagonales.

Regla de Hund

Principio según el cual, al llenar orbitales de igual energía (degenerados), los electrones se distribuyen individualmente en cada orbital con espines paralelos antes de comenzar a aparearse.

Sustancia paramagnética

Especie química que posee uno o más electrones desapareados en sus orbitales, lo que produce atracción hacia un campo magnético externo.

Sustancia diamagnética

Especie química en la que todos los electrones se encuentran apareados, por lo cual es ligeramente repelida por un campo magnético.

Carga nuclear efectiva ($Z_{\text{eff}}$)

Fuerza atractiva neta ejercida por los protones del núcleo sobre un electrón de valencia, aproximada por $Z_{\text{eff}} = Z - S$, donde $Z$ es la carga nuclear y $S$ el apantallamiento de los electrones internos.

Radio atómico

Mitad de la distancia entre los núcleos de dos átomos iguales enlazados; disminuye de izquierda a derecha a lo largo de un período y aumenta al descender en un grupo de la tabla periódica.

Energía de ionización

Cantidad mínima de energía indispensable para remover un electrón de un átomo neutro o catión en su fase gaseosa.

Afinidad electrónica

Variación de energía que se registra cuando un átomo gaseoso en estado fundamental capta un electrón adicional para formar un anión mononegativo.

Electronegatividad

Capacidad relativa de un átomo químicamente enlazado para atraer hacia sí los electrones compartidos en el enlace, alcanzando su valor máximo en el flúor ($4.0$).

Enlace covalente no polar

Tipo de enlace químico donde los electrones se comparten por igual entre átomos, caracterizado por una diferencia de electronegatividad $\Delta\text{EN} < 0.4$.

Enlace covalente polar

Enlace químico donde los electrones se comparten de manera desigual entre átomos generando densidades de carga parciales ($\delta^+$ y $\delta^-$), asociado con una diferencia de electronegatividad $\Delta\text{EN}$ entre $0.4$ y $2.0$.

Enlace iónico

Enlace resultante de la transferencia electrostática de electrones desde un metal (que se convierte en catión) a un no metal (que forma un anión), generalmente asociado con $\Delta\text{EN} \ge 2.0$.

Energía de red

Energía de estabilidad de un sólido iónico cristalino, la cual es directamente proporcional al producto de las cargas de los iones e inversamente proporcional a la distancia internuclear: $E \propto \frac{Q_1 Q_2}{d}$.

Carga formal (CF)

Carga eléctrica hipotética asignada a un átomo en una fórmula de Lewis mediante la ecuación: $\text{CF} = (\text{e}^- \text{ de valencia}) - (\text{e}^- \text{ no enlazantes}) - \frac{1}{2}(\text{e}^- \text{ enlazantes})$.

Octeto incompleto

Excepción a la regla del octeto en la cual el átomo central alcanza estabilidad con menos de 8 electrones de valencia, típico de elementos como el berilio ($\text{Be}$), el boro ($\text{B}$) y el aluminio ($\text{Al}$).

Radical libre

Especie química reactiva que contiene un número impar de electrones de valencia totales (como $\text{NO}$ con 11 electrones o $\text{NO}_2$ con 17), dejando un electrón sin aparear.

Octeto expandido

Fenómeno en el cual un átomo central aloja más de 8 electrones de valencia, factible exclusivamente a partir de elementos del tercer período en adelante debido a la disponibilidad de orbitales $d$.

Teoría RPECV (VSEPR)

Modelo de Repulsión de Pares de Electrones de la Capa de Valencia que predice la geometría molecular orientando los dominios de electrones alrededor del átomo central lo más distantes posible entre sí.

Dominio de electrones

Centro de alta densidad de carga negativa en torno al átomo central; cada enlace sencillo, doble o triple y cada par de electrones solitario computa individualmente como un único dominio.

Geometría tetraédrica

Geometría molecular con 4 dominios enlazantes y 0 pares solitarios alrededor del átomo central, cuyos enlaces se separan a un ángulo ideal de $109.5^\circ$ (ejemplo: $\text{CH}_4$).

Geometría trigonal piramidal

Disposición geométrica molecular derivada de 4 dominios electrónicos con 3 pares enlazantes y 1 par solitario, reduciendo el ángulo de enlace a aproximadamente $107^\circ$ (ejemplo: $\text{NH}_3$).

Geometría molecular angular

Geometría molecular que surge en especies con 3 dominios (1 par solitario, ángulo $< 120^\circ$) o 4 dominios (2 pares solitarios, ángulo aproximado de $104.5^\circ$ como en el $\text{H}_2\text{O}$).

Compuesto iónico de carga variable

Compuesto iónico en el cual el catión metálico puede asumir varios estados de oxidación; se nombra especificando la carga del metal mediante números romanos entre paréntesis (ejemplo: $\text{FeCl}_3$ como cloruro de hierro (III)).

Oxoácido

Ácido ternario en solución acuosa compuesto por hidrógeno, oxígeno y un no metal; su nomenclatura sustituye la terminación del anión poliatómico: el sufijo '-ato' cambia a '-ico' y el sufijo '-ito' cambia a '-oso'.

Hidrato

Compuesto iónico sólido que contiene un número estequiométrico determinado de moléculas de agua integradas en su red cristalina ($\text{compuesto} \cdot n\,\text{H}_2\text{O}$), nombrado usando prefijos griegos seguidos del término 'hidratado'.