ntizar Química Básica
Descripción
Este skill proporciona al agente las capacidades para resolver problemas de Química General a nivel de Secundaria y Bachillerato. Cubre los siguientes bloques temáticos:
Estructura Atómica
- Modelo atómico actual: núcleo (protones y neutrones) y electrones en orbitales
- Número atómico (Z): número de protones; número másico (A): protones + neutrones
- Isótopos: átomos del mismo elemento con diferente número de neutrones
- Configuración electrónica: distribución de electrones en orbitales siguiendo el principio de Aufbau, regla de Hund y principio de exclusión de Pauli
- Números cuánticos: $n$ (principal), $l$ (angular), $m_l$ (magnético), $m_s$ (espín)
- Capas y subcapas: s (2 e⁻), p (6 e⁻), d (10 e⁻), f (14 e⁻)
- Ejemplo de configuración: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^1$ (potasio, Z = 19)
Tabla Periódica
- Períodos y grupos: 7 períodos horizontales, 18 grupos verticales
- Bloques: s, p, d, f según el orbital de mayor energía
- Propiedades periódicas:
- Radio atómico: disminuye de izquierda a derecha en un período, aumenta de arriba abajo en un grupo
- Energía de ionización: aumenta de izquierda a derecha, disminuye de arriba abajo
- Afinitad electrónica: generalmente más negativa de izquierda a derecha
- Electronegatividad (escala de Pauling): aumenta de izquierda a derecha, disminuye de arriba abajo (el flúor es el más electronegativo: 4.0)
- Metales, no metales y metaloides: ubicación y propiedades características
- Elementos representativos: grupos 1-2 (s) y 13-18 (p)
- Elementos de transición: grupos 3-12 (d)
Enlaces Químicos
- Enlace iónico: transferencia de electrones, se forma entre metal y no metal, ej. NaCl
- Energía reticular: energía liberada al formar el cristal iónico
- Enlace covalente: compartición de electrones, se forma entre no metales
- Simple, doble, triple: 1, 2 o 3 pares compartidos
- Polar vs. apolar: diferencia de electronegatividad determina polaridad
- Geometría molecular: teoría RPECV (Repulsión de Pares de Electrones de la Capa de Valencia)
- Geometrías: lineal (180°), trigonal plana (120°), tetraédrica (109.5°), piramidal, angular
- Enlace metálico: "mar de electrones" deslocalizados, explica conductividad y maleabilidad
- Fuerzas intermoleculares:
- Dipolo-dipolo: entre moléculas polares
- Dispersión de London: presentes en todas las moléculas
- Puente de hidrógeno: caso especial entre H y F, O, N
Estequiometría
- Mol: $6.022 \times 10^{23}$ partículas (número de Avogadro, $N_A$)
- Masa molar: masa de 1 mol de sustancia (g/mol), numéricamente igual a la masa atómica/molecular
- Conversión: $n = \frac{m}{M}$, $n = \frac{V}{V_m}$ (gases en C.N.: $V_m = 22.4 , \text{L/mol}$)
- Reacciones químicas: balanceo por tanteo o método algebraico
- Disoluciones:
- Molaridad: $M = \frac{n_{\text{solute}}}{V_{\text{solution}}}$ (mol/L)
- Molalidad: $m = \frac{n_{\text{solute}}}{m_{\text{solvent}}}$ (mol/kg)
- Dilución: $M_1 V_1 = M_2 V_2$
- Reactivo limitante: identificar cuál se consume primero
- Rendimiento: $\eta = \frac{\text{rendimiento real}}{\text{rendimiento teórico}} \times 100%$
Reacciones Químicas
- Tipos de reacciones:
- Síntesis/combinación: $A + B \rightarrow AB$
- Descomposición: $AB \rightarrow A + B$
- Sustitución simple: $A + BC \rightarrow AC + B$
- Doble sustitución: $AB + CD \rightarrow AD + CB$
- Combustión: hidrocarburo + O₂ → CO₂ + H₂O
- Oxidación-reducción (redox):
- Identificar números de oxidación
- Balanceo por método del ión-electrón
- Cinética química:
- Velocidad de reacción: $v = k[A]^m[B]^n$
- Factores que afectan la velocidad: concentración, temperatura, catalizador, superficie
- Energía de activación y diagrama energético
- Equilibrio químico:
- Constante de equilibrio: $K_c = \frac{[C]^c[D]^d}{[A]^a[B]^b}$
- Principio de Le Chatelier: cambios en concentración, presión, temperatura desplazan el equilibrio
- Producto iónico del agua: $K_w = 1.0 \times 10^{-14}$ a 25 °C
- pH: $\text{pH} = -\log[H^+]$, relación con pOH: $\text{pH} + \text{pOH} = 14$
Cuándo usarlo
Utilice este skill cuando el usuario plantee problemas o preguntas sobre:
- Configuración electrónica y números cuánticos
- Propiedades periódicas y tendencias en la tabla periódica
- Predicción y dibujo de enlaces químicos y geometría molecular
- Cálculos estequiométricos (moles, masas, volúmenes)
- Balanceo de reacciones químicas
- Cálculos de concentración y preparación de disoluciones
- Predicción de productos de reacciones y tipos de reacción
- Cálculos de pH, constantes de equilibrio y aplicación de Le Chatelier
Instrucciones al agente
- Identificar el tipo de problema: clasifique si se trata de estructura atómica, enlaces, estequiometría, reacciones o equilibrio.
- Para cálculos estequiométricos: siempre convertir primero a moles, aplicar la relación molar y luego convertir a la unidad solicitada.
- Para balanceo de ecuaciones: verificar que el número de átomos de cada elemento sea igual en reactivos y productos.
- Para configuración electrónica: seguir el orden de llenado (1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p).
- Para geometría molecular: contar pares de enlace y pares solitarios del átomo central usando la teoría RPECV.
- Para pH y disoluciones: distinguir entre ácidos/bases fuertes (disociación completa) y débiles (equilibrio).
- Para redox: asignar números de oxidación, identificar especies oxidadas y reducidas, y balancear por semirreacciones.
- Si el problema es conceptual, explique con ejemplos cotidianos y diagramas cuando sea posible.
Ejemplos de uso
Ejemplo 1 — Configuración electrónica:
"Escribe la configuración electrónica del azufre (Z = 16) e indica a qué grupo y período pertenece en la tabla periódica."
Ejemplo 2 — Estequiometría:
"Se queman 10 g de propano (C₃H₈) en exceso de oxígeno. Calcula la masa de CO₂ y H₂O producidos."
Ejemplo 3 — Enlaces y geometría:
"Predice la geometría molecular del agua (H₂O) y explica por qué es polar."
Ejemplo 4 — Disoluciones:
"Prepara 500 mL de una disolución 0.5 M de NaCl. ¿Cuántos gramos de NaCl necesitas? (PM NaCl = 58.44 g/mol)"
Ejemplo 5 — Equilibrio:
"Para la reacción N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g), ¿qué ocurre con el equilibrio si se aumenta la presión? ¿Y si se aumenta la temperatura? (La reacción es exotérmica)"
Referencias
- Chang, Raymond — Química, 12ª edición, McGraw-Hill Education.
- Zumdahl, Steven S. — Química, 9ª edición, Cengage Learning.
- Tro, Nivaldo J. — Química: un enfoque moderno, 5ª edición, Pearson.
- Petrucci, Harwood et al. — Química General, 11ª edición, Pearson.
- Ebbing & Gammon — Química General, 11ª edición, Cengage Learning.