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Agua

Compuesto químico formado por oxígeno e hidrógeno, de fórmula molecular H2O. Fue Cavendish quien en 1781 obtuvo agua, mediante la combustión del hidrógeno y, finalmente, Antoine-Laurent Lavoisier quien demostró que los componentes de aquélla eran únicamente hidrógeno y oxígeno. En 1890 Morley estableció su fórmula, como consecuencia de los análisis efectuados sobre ella. El agua pura es, a temperatura ambiente, un líquido inodoro, insípido e incoloro, cuya densidad crece de forma anómala en el intervalo de 0 ºC a 3,98 ºC, temperatura a la que alcanza el valor máximo, de 1g/cm3, que puede presentar. Tiene un elevado calor específico (vale la unidad), lo que la hace invariable frente a grandes cambios térmicos, convirtiéndose así en un magnífico regulador de las temperaturas. Sus calores latentes de cambio de estado son, análogamente, muy altos. Su geometría molecular es angular, con enlaces que teóricamente, forman 90º entre sí, aunque las determinaciones experimentales los...

Ciclo de Born-Haber

Modelo teórico desarrollado por Fritz Haber y Max Born, aplicable al cálculo de la energía reticular. El ciclo de Born-Haber está basado en la ley de Hess, la cual afirma que la energía desprendida o absorbida en un proceso sólo depende de los estados inicial y final y nunca de los estados intermedios. Los cuerpos que presentan enlace iónico, salvo que se encuentren en estado vapor, no se hallan como moléculas aisladas, sino disociados en sus iones, los cuales están ensamblados en una estructura ordenada, llamada red cristalina, que hace máxima la atracción electrostática entre ellos. La formación de una red cristalina, llamada en este caso red iónica, exige la existencia de dos condiciones:. · La carga total positiva debe ser igual a la carga total negativa, ya que la carga neta del cristal debe ser nula. · La ordenación de los iones debe tener lugar de manera que se logre el mayor grado de compactación posible. La formación de una red cristalina exige el desprendimiento de...

Conductividad térmica

Transferencia de calor que se produce cuando se pone en contacto directo a dos cuerpos a diferente temperatura. El calor pasa desde el cuerpo más caliente al más frío hasta que ambos alcanzan una misma temperatura, llamada temperatura de equilibrio, a la cual cesa el tráfico de calor. Si el experimento se repite, pero situando entre ambos cuerpos una pared metálica, el fenómeno cursa de forma similar, aunque, en este caso, difundiéndose el calor a través de dicha pared, lo que condiciona el intercambio del mismo, ya que en él influirá el espesor del tabique separador, su naturaleza, la diferencia de temperaturas entre sus dos caras y el tiempo que se considere. La ecuación que relaciona todas estas variables es:. donde:. Q = Calor transmitido a través de la pared. K = Coeficiente que depende de la naturaleza del material con que esté hecha la pared. t1 = Temperatura de la cara caliente de la pared. t2 = Temperatura de la cara fría de la pared. S = Superficie del tabique. El...

Cristal

Estructura ordenada de los átomos o moléculas constitutivos de un sólido cristalino. Se pueden distinguir una estructura microcristalina, sólo observable por microscopio u otros métodos, como, por ejemplo, los métodos de difracción, y otra macroscópica, perceptible a simple vista. La segunda se origina a partir de un núcleo microscópico, mediante un proceso de crecimiento que se desarrolla en la región limítrofe entre el cristal que aumenta y el medio externo al mismo. Las características de esta región y las causas que producen el crecimiento son los factores que determinan la estructura final, la cual puede presentar variedades, según las calidades y cantidades en que intervengan dichos factores. De forma natural, los cristales pueden crecer mediante diversos modelos, como son:. Crecimiento sólido-sólido. En este modelo, hay un sólido inicial y otro final que sólo difieren en el tamaño del grano estructural, el cual suele pasar de un tamaño heterogéneo a otro homogéneo, por la...

Dipolos

Moléculas en las que las que los electrones no están equitativamente repartidos entre sus átomos componentes. Este hecho hace que en algunas regiones de las mismas, exista concentración de carga negativa y, en otras, ausencia de dicha carga, lo que equivale a hablar de presencia de carga positiva. La aparición de ambas regiones induce a que en la molécula en cuestión aparezca un polo positivo y otro negativo y de ahí el nombre que se les da. Los dipolos aparecen en dos ocasiones:. · En el enlace iónico. Este tipo de enlace se verifica por cesión de electrones de un átomo a otro, lo que implica la formación de un ión de carga positiva o catión (el que cede los electrones) y de otro de carga negativa o anión (el que acepta esos electrones). Ambos iones configuran un dipolo. Por ejemplo, en el NaCl, el Na, muy electropositivo y con acusada tendencia a perder el único electrón que posee en su último nivel, lo cede al Cl, ávido de tomarlo para completar a ocho el número de electrones...

El enlace covalente

El enlace covalente. El enlace covalente es el que da lugar a la formación de compuestos inorgánicos básicos para la vida como las moléculas de oxígeno o agua, y de todos los compuestos orgánicos. Así pues, puede afirmarse que es el mecanismo de unión entre átomos del que dependen todos los procesos biológicos que se desarrollan sobre nuestro planeta. Se trata de un enlace fuerte, que da lugar a moléculas homoatómicas como las de hidrógeno, H2, y oxígeno, O2, cuyas energías de disociación son proporcionalmente elevadas respecto de las de otros compuestos moleculares y que es responsable también de la consecución de estructuras químicas como la del carbono en su estado alotrópico de diamante, el cual presenta el grado máximo en la escala de dureza establecida en 1812 por el alemán Friedrich Mohs para las sustancias minerales. Son reseñables por otra parte conceptos como los de hibridación de orbitales, polaridad de enlace y localización y deslocalización. Todos ellos resultan...

El enlace metálico

El enlace metálico. El conocimiento y la manipulación de los metales han discurrido, desde la antigüedad, parejos a la evolución tecnológica del ser humano. Ya en tiempos prehistóricos se trabajaban metales puros, como el hierro, y se obtenían aleaciones como el bronce, formado por cobre y estaño. En nuestros días, la ultraestructura de los metales y sus combinaciones se analiza en profundidad mediante técnicas como la microscopia electrónica o la difracción de rayos X. Así, se logran aleaciones de última generación, como las de níquel-cromo, de elevada resistencia al calor y la deformación o las de níquel-titanio, que presentan memoria de forma, es decir, que recuperan espontáneamente su conformación original, después de haber sido sometidas a fuerzas deformantes. Las propiedades de los metales son, en definitiva, uno de los pilares sobre los que se asienta la tecnología desde los orígenes de la humanidad y, en el mundo actual, suponen un área de estudio esencial para todo tipo...

Electronegatividad

Capacidad que tiene un átomo que forma parte de una molécula para atraer hacia sí los electrones de un enlace covalente. En general, la electronegatividad es tanto mayor cuanto más a la derecha se halle el elemento en la Tabla Periódica y cuanto más abajo dentro de un mismo grupo. Por ello, los no metales son más electronegativos que los metales y el elemento más electronegativo es el flúor, seguido del oxígeno. Como se ha dicho, en un enlace covalente, la mayor electronegatividad de un átomo frente a otro condicionará la distribución de los electrones involucrados, la electronegatividad y por tanto, unas características u otras. Si los elementos que se ligan son iguales, por ejemplo dos átomos de cloro para formar la correspondiente molécula, Cl2, al ser idénticas las electronegatividades de ambos, los dupletes de electrones estarán equitativamente repartidos entre ellos. Esta homogeneidad constituye el llamado enlace apolar. Sin embargo, si los átomos que se unen son distintos,...

Electronegatividad

La electronegatividad (E) es una magnitud que mide la fuerza de atracción que un átomo ejerce para llevar hacia él el par de electrones de otro átomo, par que es compartido en el enlace covalente. Es ésta una propiedad, relacionada con el potencial de ionización y la afinidad electrónica, que puede determinar el tipo de enlace que formarán al unirse en moléculas con otros. Cuando la afinidad electrónica es alta, el átomo en cuestión presenta una elevada tendencia a captar electrones, razón por la cual su electronegatividad será también elevada. En general, la electronegatividad se representa como la semisuma del potencial de ionización y la afinidad electrónica:. La variación de esta propiedad en la tabla periódica se plantea en el sentido de aumentar de abajo arriba en los grupos y de izquierda a derecha en los periodos, razón por la cual es mínima en el cesio –el francio al que debería corresponder esta posición es una mezcla de isótopos radiactivos– y máxima en el flúor. A este...

Enlace polar y apolar

Enlace formado entre dos átomos de distinta o igual electronegatividad, respectivamente. Se llama electronegatividad de un elemento a su capacidad para atraer electrones. Si ésta es grande el átomo es más electronegativo que si es pequeña. Se trata, por tanto, de una magnitud que mide la "avidez" de un átomo por captar electrones. Cuando los átomos que se unen son iguales, caso por ejemplo de la moléculas de cloro, Cl2, o de hidrógeno, H2, la electronegatividad de ambos átomos es la misma, por lo que los dupletes estarán equitativamente repartidos entre ambos átomos, apareciendo así el enlace covalente apolar. Pero, si los átomos unidos son diferentes, también serán distintas sus electronegatividades, lo que hará que uno de ellos solicite a los electrones compartidos con más fuerza que el otro. Por consiguiente, la carga negativa de dichos electrones estará más desplazada hacia uno de los dos átomos, produciéndose en las proximidades de éste una concentración de carga negativa...

Estructura molecular covalente

Distribución y orden de los componentes de una molécula covalente. La teoría que explica el enlace covalente mediante la compartición de uno o más pares de electrones (dupletes) entre dos átomos es sencilla y gráfica, pero incompleta, ya que no ofrece ningún dato sobre aspectos cruciales de las estructuras de las moléculas que se forman, como, por ejemplo, las distancias interatómicas o la geometría molecular. Todos estos aspectos pueden ser determinados a través de la teoría de orbitales, elaborada a partir de la ecuación de onda de Schrödinger, en la que cada función varía con su distancia al núcleo y con su dirección respecto al mismo. Dado que el cuadrado de dicha función en un punto del espacio establece la probabilidad de que un electrón se encuentre en dicho punto, un orbital define una región en la que hay una nube de carga negativa de la máxima densidad. También se sabe que al formarse las moléculas, se registra una hibridación de orbitales y que hay varios tipos de...

Ión

Átomo o grupo de átomos que posee carga neta positiva o negativa. Los átomos son eléctricamente neutros, ya que tienen el mismo número de protones y de electrones. Cuando este equilibrio se rompe, se produce un ión. En los iones con exceso de electrones predomina la carga negativa, en cuyo caso se denominan aniones. En los que posean defecto de electrones, el predominio será el de la carga positiva y se denominarán cationes. Por ejemplo el Cl- tiene un electrón en exceso, con respecto a su configuración propia, mientras que el Ca2+ tiene dos electrones menos que los que corresponden al átomo de calcio. En griego, el término ión significa algo así como viajero, emigrante, lo que explica la denominación anterior. Los iones negativos viajarán hacia el polo positivo o ánodo, mientras que los positivos se verán atraídos por el negativo o cátodo, hacia el cual viajarán. El concepto de ión expuesto para los átomos puede ampliarse a moléculas o bien a un grupo de átomos. Así, por...

Las fuerzas intermoleculares

Las fuerzas intermoleculares. Además de los tres tipos de enlaces químicos entre átomos, en el ámbito de los mecanismos de unión existentes entre las sustancias químicas se halla una serie de fuerzas de atracción y repulsión que se ejercen entre moléculas y que condicionan de manera determinante el comportamiento químico de dichas moléculas. Se trata de fuerzas de intensidad ostensiblemente menor que las de enlace iónico, covalente o metálico –de hecho, en ocasiones se hace referencia a ellas como interacciones o fuerzas débiles–, pero su importancia resulta básica para comprender, por ejemplo, los cambios de estado de ciertas sustancias. Un ejemplo de estas fuerzas es el puente de hidrógeno presente en el agua y que une a unas moléculas con otras. Al disminuir la temperatura, el número de uniones aumenta, lo que permite a esta sustancia pasar sucesivamente del estado vapor al líquido y, posteriormente, de éste al sólido, es decir, a la estructura cristalina propia del hielo. ...

Metal

Conjunto de elementos que se caracterizan por ser sólidos a temperatura ambiente, con la excepción del mercurio, poseer brillo metálico y ser buenos conductores del calor y de la electricidad, si bien alguna de esas propiedades también las tienen otros cuerpos que no son metales. Se sitúan en la zona izquierda de la Tabla Periódica, cuando forman parte de los subgrupos metales alcalinos, alcalinotérreos y térreos, y en la región central de la misma, si son metales de transición, siendo precisamente éstos los de mayor aplicación en la industria. En mayor o menor grado, son electropositivos, lo que indica que tienen tendencia a ceder electrones para convertirse en cationes. Presentan un enlace característico llamado enlace metálico, el cual se explica por la teoría de la nube electrónica y por la teoría de bandas. Son cristalinos, lo que implica que sus átomos están ordenados según una red cúbica (centrada en caras o en el cuerpo) o hexagonal. Además, los metales son isotrópicos, lo...

Metalurgia

Parte de la fisicoquímica que se ocupa de la obtención de los metales a partir de los minerales en que ésos se hallan y del estudio de sus propiedades (dureza, resistencias, etc.) a fin de determinar sus características y sus posibles aplicaciones. Cuando se trata del hierro, no se habla de metalurgia, sino de siderurgia. Salvo en muy contados casos, los metales no se hallan puros sino combinados en especies químicas (generalmente, sulfuros, óxidos y carbonatos) que constituyen el mineral. Cuando se extrae de sus yacimientos, el producto obtenido tiene dos partes: la mena o especie química propia y la ganga, conjunto de impurezas que acompañan a la mena. La obtención del metal se verifica mediante dos tipos de operaciones: físicas y químicas. Las operaciones físicas tienen como objeto separar la mena de la ganga. Hay muy diversos métodos para ello pero uno de los más extendidos es el de flotación, el cual consiste en triturar el mineral y colocarle en unos depósitos de agua en los...

Paramagnetismo y diamagnetismo

El magnetismo es la propiedad de ciertas sustancias, naturales o no, denominadas imanes y de las corrientes eléctricas inducidas de generar un campo magnético capaz de producir movimientos de atracción o repulsión. Este comportamiento fue detectado en 1847 por Michael Faraday, cuando observó que un imán repelía a una muestra de bismuto. Posteriormente, se comprobó que este mismo efecto se daba en muchas otras sustancias, como el agua, el benceno, el dióxido de carbono, etc, e, incluso, en elementos, como el cobre, la plata o el sodio, entre otros. Los cuerpos que, al ser sometidos a un campo magnético, son atraídos por el mismo se llaman paramagnéticos y los que son repelidos diamagnéticos. En la configuración electrónica de las sustancias diamagnéticas, todos los electrones están apareados, con todos sus orbitales llenos, lo que supone que el momento magnético total es nulo al no existir más que electrones con espines antiparalelos. Sin embargo, en las sustancias paramagnéticas...

Problemas de covalencia

Los fundamentos teóricos para abordar este tipo de problemas son, fundamentalmente:. El concepto de enlace covalente, así como las teorías que explican el mismo. Los tipos de enlace covalente: normal y dativo. La geometría de las moléculas y la hibridación de orbitales. La naturaleza polar del enlace covalente. Representar las estructuras de Lewis, indicando geometría molecular y polaridad de las moléculas de NH3 y F2O. Números atómicos: Z (N) = 7; Z(O) = 8. Solución. Para el NH3, entre el átomo de N y los átomos de H se establecen tres enlaces covalentes normales, es decir, tres enlaces constituidos por tres dupletes electrónicos, en cada uno de los cuales un electrón es aportado por el H y el otro por el N. Por ello, la estructura de Lewis es:. . Es decir:. . Como en el átomo de nitrógeno, Z = 7, su configuración electrónica es:. 1s2 2s2 p3. El enlace se lleva a cabo gracias a los tres orbitales p del nitrógeno, desapareados, que se solapan con los 1s de cada uno de...

Puente de hidrógeno

Tipo de interacción que se establece entre un átomo hidrógeno unido a otro fuertemente electronegativo (F, N, O) y otro átomo de alguno de los tres elementos mencionados. También recibe el nombre de enlace de hidrógeno. La interacción es debida a que la carga electrónica se halla polarizada hacia el hidrógeno, induciendo así una carga positiva en él. Un ejemplo clásico de esto es el caso de la molécula de agua, en la que cada átomo de oxígeno interactúa con uno de hidrógeno de la molécula adyacente. El enlace covalente H - O es fuertemente polar, dada la gran electronegatividad del oxígeno frente al hidrógeno, por lo que los dupletes establecidos están desplazados hacia el oxígeno. Como consecuencia de ello, en sus proximidades hay concentración de carga negativa y en las del hidrógeno hay ausencia de dicha carga o, lo que es lo mismo, presencia de carga positiva. De esta manera, las moléculas de agua son verdaderos dipolos, estableciéndose una atracción entre sus polos de...

Regla del octeto

Tendencia que presentan todos los elementos químicos a completar su capa de valencia con ocho electrones. En 1916, Lewis asoció un tipo de enlace, el covalente, con la idea de compartición de pares de electrones, afirmando que dicha compartición tenía como objeto el que los átomos que formaban el enlace pudiesen poseer en su último nivel ocho electrones. La única excepción a esta regla la constituía el hidrógeno, que, al combinarse, tendía a configurarse con sólo dos electrones en su nivel periférico. La deducción de este valor nace de la observación de los elementos que ocupan el grupo 8 del Sistema Periódico y que son los llamados gases nobles: helio (He), neón (Ne), argón (Ar), kriptón (Kr), xenón (Xe) y radón (Rn). Todos ellos, con la excepción del helio, que en su última capa tiene dos electrones, presentan en su nivel más externo ocho electrones. La calificación de nobles la deben a su gran inercia química. A la vista de estos datos, parece lógico considerar que:. Los...

Semiconductores

Elementos capaces de comportarse como aislantes o como conductores, según el campo eléctrico al que estén sometidos. Los conductores por excelencia son los metales. Todos ellos tienen la facultad de perder con facilidad los electrones de su último nivel, configurándose así el llamado enlace metálico. Esta libertad de movimiento de sus electrones es la que hace a los metales buenos conductores. Por el contrario, en los aislantes, los átomos presentan más de cuatro electrones en su último nivel, hallándose, además, fuertemente ligados, por lo que su pérdida no es fácil. Se genera de esta forma una gran resistencia al paso de corriente, lo que explica el comportamiento de estos cuerpos. Así pues, para que la corriente se propague es preciso que existan electrones libres (es decir no ligados a átomos), los cuales constituyen la llamada banda de valencia, capaces de moverse por la estructura del cuerpo a través de la denominada banda de conducción. Ambas bandas están separadas por una...