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Kernel y configuración electrónica

El kernel es una manera de escribir la configuración electrónica simplificada.

Para ello, deberemos apuntar el gas noble anterior al elemento químico del que queremos hacer la configuración electrónica y después las capas finales del átomo. Por ejemplo:

S: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4

El gas noble que está antes del azufre en la tabla periódica es el neón (el que tiene un número atómico menor).

Ne: 1s2 2s2 2p6

Si miramos las dos configuraciones electrónicas veremos que los tres primeros orbitales son los mismo:

S:   1s2 2s2 2p6 3s2 3p4
Ne: 1s2 2s2 2p6

Lo que hemos de hacer es, en la configuración electrónica del azufre, cambiar los tres orbitales por el símbolo del neón entre corchetes, y dejar los otros dos orbitales que tiene de más el azufre.
S:   [Ne] 3s2 3p4

De manera que el kernel del azufre es   S:   [Ne] 3s2 3p4.

Regla de máxima multiplicidad de Hund

La regla de máxima multiplicidad de Hund establece que los electrones se han de repartir en los orbitales de manera que la partícula tenga la menor energía.

Para entenderlo nos fijaremos en los orbitales P y D.

Un orbital P se puede subdividir en Px, Py, Pz. Si un orbital P tiene 3 electrones debemos repartirlos equitativamente entre los tres subniveles: 1 electrón en el Px, otro en el Py, y otro en el Pz. De esta manera la partícula tendrá la menor energía. Lo que no estaría bien sería colocar dos electrones en el Px, uno en el Py, y otro en el Pz; en este caso, los electrones no estarían repartidos de forma equitativa y al haber dos en un mismo subnivel y otro sin electrones, la partícula tendría más energía y no cumpliría la regla de Hund.

Para acabar de entenderlo, animaros a ver el vídeo, que seguro que os parecerá más fácil que la explicación escrita!!!

Principio de exclusión de Pauli

El principio de exclusión de Pauli determina que en una partícula no podemos encontrar dos electrones con los mismos números cuánticos.

Esto lo podemos ver fácilmente cuando vemos la distribución de electrones en los orbitales. Por ejemplo si tenemos 3 electrones en un orbital S, es algo "raro" porque en los orbitales S solo caben 2 electrones. Lo mismo que si tenemos 7 electrones en un orbital P, en los que solo caben 6 electrones...

Entonces, lo que haremos será distribuir correctamente los electrones en una nueva configuración electrónica.

Espín o spin

Los electrones, a demás de dar vueltas al rededor del núcleo atómico, pueden girar sobre ellos mismos, y este giro se le llama spin o espín.

El giro puede se de dos manera diferentes:

• en sentido antihorario, y decimos que tiene espín +1/2.
• en sentido horario, y su espín será de -1/2.

Este giro que hace el electrón sobre si mismo, genera un pequeño campo magnético y unos polos en el electrón.

A su vez, el espín es un número cuántico, y en cada orbital (o cada subtipo de orbital) caben 2 electrones (uno con espín positivo y otro con espín negativo)

Números cuánticos

Los números cuánticos nos proporcionan información de los orbitales y de los electrones de una partícula.

Hay cuatro números cuánticos diferentes:
- número cuántico principal (n) nos indica lo alejado que está un electrón del núcleo. Toma los valores 1,2,3,4... coincidiendo con el número del orbital de la configuración electrónica del diagrama de Moeller. Cuanto más grande es este valor, más alejado está el electrón del núcleo, más energía tendrá y más facilidad tendrá para "escaparse" de ese átomo.

- número cuántico azimutal o secundario (l) nos indica la forma del orbital. Según el orbital donde se encuentre el electrón que estamos estudiando, este número será:
         Tipo de orbital        s     p    d    f    g    h
            Valor de l             0    1    2    3    4    5

- número cuántico magnético (m) informa de la orientación del orbital. El valor de m depende del número cuántico azimutal (ya que siempre irá de -l a l). Por ejemplo el orbital p (que tiene l=1, por lo que los valores de m irán de -1 a 1) se puede "subdividir" en otros más pequeños que son el Px , Py, Pz. Cada uno de estos tres tendrá una m diferente:
Px :  m = -1
Py : m = 0
Pz : m = 1
Lo mismo con los orbitales d, que como la l sería 2, los valores de m irían desde -2 a 2, y cada valor se asigna a cada uno de los cinco subtipos de orbitales d.

- número cuántico de espín: adquiere valores de +1/2 o -1/2 (está explicado en la entra da espín o spin).

Como veremos en el vídeo, en función del electrón que tengamos iremos cogiendo unos valores o otros de los números cuánticos.

Ley de Boyle-Mariotte

La ley de Boyle-Mariotte nos enseña que si mantenemos la misma temperatura de un gas (temperatura constante) la presión y el volumen varían de forma inversamente proporcional. De manera que si disminuimos el volumen del gas, la presión aumentará, y al revés, si aumentamos el volumen donde está el gas, la presión disminuirá.

Ley de Gay-Lussac

La ley de Gay-Lussac dice que si mantenemos el volumen constante de un gas, la presión y la temperatura varían de forma directamente proporcional. Es decir, si aumentamos la temperatura, aumentará la presión, y al revés, si disminuimos la temperatura disminuirá la presión.

Ley de Charles

La ley de Charles dice que si mantenemos constante la presión de un gas, el volumen y la temperatura son directamente proporcionales. De manera que si aumentamos la temperatura del recipiente, aumentará el volumen ocupado por el gas, y si reducimos la temperatura hará que disminuya el volumen ocupado.

Ley general de los gases

Al combinar las tres leyes de los gases (la de Gay-Lussac, la de Boyle-Marriote y la de Charles), y relaciona la presión, el volumen y la temperatura de un gas. Esta relación siempre se mantiene constante para una misma cantidad de gas, de manera que si variamos una de las magnitudes, las otras también varían para ajustarse a ese valor constante.

Volumen molar

El volumen molar es el volumen ocupado por un mol de gas. De manera que si tenemos un mol de dos gases diferentes, en las mismas condiciones de temperatura y presión, ocuparán el mismo volumen.

Además, si un mol de un gas está en condiciones normales (temperatura de 273ºK y presión de 101300 Pa), siempre ocupará 22,4 litros o decímetros cúbicos.

Ecuación general de los gases ideales

La ecuación general de los gases ideales surge al combinar las tres leyes de los gases.

La podremos aplicar siempre que trabajemos con gases para conocer las magnitudes que más influyen sobre ellos (volumen, presión, temperatura y número de moles).

En la fórmula también aparece la constante de los gases, que se estableció al ver que la relación entre presión - volumen - temperatura siempre es igual/constante.

Formula empírica y fórmula molecular

La fórmula molecular es la que nos indica el número y tipo de átomos que forman la molécula.

La fórmula empírica nos indica la proporción o relación que hay entre los átomos que forman una molécula.

Por ejemplo, la fórmula molecular del benceno es C6H6, pero como podemos reducir los números (dividiéndolos entre 6) su fórmula empírica es CH, y vemos que la relación es que por cada átomo de carbono hay un átomo de hidrógeno.

Constante de los gases ideales

Para resolver los problemas o ejercicios donde aparece la ecuación de los gases ideales tendremos que utilizar la constante de los gases ideales (R). Pero es muy importante trabajar con las unidades correctas porque hay diferentes valores de R.

Si trabajamos con un valor de R=8,31 J/K·mol deberemos utilizar las unidades:
- Presión: Pascales (Pa).
- Volumen molar: m3/mol.
- Temperatura: ºK.

Si trabajamos con un valor de R=0,082 atm·l/K·mol deberemos utilizar las unidades:
- Presión: atmósferas (atm).
- Volumen molar: dm3/mol o l/mol.
- Temperatura: ºK.

Densidad de un gas y densidad relativa

Como también hemos visto en el apartado de masa mola, la ecuación general de los gases ideales con unos pequeños cambios de unidades nos permite obtener más información de los gases.

En este caso, haciendo unos cambios de magnitudes, podremos saber la densidad de los gases a partir de la presión, temperatura y masa molar. La explicación al detalle y las fórmulas están en el vídeo.

O también, a partir de la determinación experimentas de la densidad, presión y temperatura de un gas, podremos calcular su masa molar.

A su vez, podremos calcular la densidad relativa de un gas respecto a otro, que es igual al cociente entre sus masas molares.

Masa molar, masa molecular y ecuación general de los gases ideales

La ecuación general de los gases ideales la podemos escribir cambiando el número de moles (n) por la masa del gas/masa molar (m/M). Podéis ver el vídeo para tenerlo claro.

Esta ecuación nos permitirá calcular la masa molar de un gas, que son los kilogramos de gas por cada mol. Y si sabemos los kilogramos que hay en un mol de gas, podremos saber la masa molecular del gas pasando los kilogramos a gramos.

Esto nos permitirá determinar experimentalmente la presión (P), temperatura (T), volumen (V) y masa de un gas (m), y aislando la masa molar (M) de la formula, calcularla, para saber la masa molecular del gas y identificar de que gas se trata.

Ley de Dalton de las presiones parciales

En una mezcla de gases, cada gas ejerce su propia presión. Y si se conoce la presión que ejerce cada gas de la mezcla, podemos sumarlas y tener la presión total.

Por ello, se llama presión parcial de un gas A en una mezcla de gases, la presión que ejercería ese gas si ocupara el mismo volumen que el de la mezcla donde se encuentra, a la misma temperatura.

Para calcular la presión parcial de un gas de una mezcla necesitaremos saber la presión total de la mezcla y la fracción molar de ese gas en concreto.

A parte, para trabajar con la mezcla, seguiremos utilizando la ecuación general de los gases ideales, pero en lugar de presión y moles, utilizaremos la presión total de la mezcla y los moles totales de todos los componentes que hay en la mezcla.

Fracción molar

La fracción molar (Xi) es la relación entre los moles de un componente o soluto, y los moles totales de la solución o disolución

Los moles de la disolución sería la suma de los moles de todos los componentes de la mezcla.

La fracción molar no tiene unidad, porque al dividir mol / mol desaparece la unidad.

Así pues, en una mezcla, podemos calcular una fracción molar para cada uno de los componentes de la mezcla. Si al final sumamos las fracciones molares de todos los componentes de la mezcla el resultado será siempre de 1.

Ésteres

Los ésteres son compuestos orgánicos formados por el grupo R-COO-R'.

Se pueden considerar derivados de los ácidos carboxílicos (R-COOH).

Se utiliza la terminación -ato. Primer nombramos la cadena que contiene el grupo ester (cadena R) con la terminación -ato y luego nombramos la otra cadena R' con terminación -il.

Ejemplo butanoato de metilo.

Gráficos de temperatura y estados de la materia

Para que tengan lugar los cambios de estado, normalmente variaremos la temperatura de un material.
A partir de un gráfico que nos muestre como varía la temperatura de un material a lo largo del tiempo, podemos saber en que estado se encuentra el material, solo tendremos que tener en cuenta varias cosas:
- cuando la temperatura se mantiene constante a lo largo del tiempo (no varía, es una línea horizontal) se está produciendo el cambio de estado. Porque cuando hay un cambio de estado, el aporte de temperatura/energía se utiliza para cambiar de estado y no para aumentar de temperatura.
- En los momentos que la línea de la temperatura sube o baja, tenemos los diferentes estados de la materia. Solo hemos de vigilar que siempre el gas es el de temperatura mayor, el líquido el de temperatura intermedia y el sólido el de temperatura más baja. Es decir, no podemos tener un material sólido a 80 ºC y gas a -10 ºC.