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# 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 1. **Identificar el tipo de problema**: clasifique si se trata de estructura atómica, enlaces, estequiometría, reacciones o equilibrio. 2. **Para cálculos estequiométricos**: siempre convertir primero a moles, aplicar la relación molar y luego convertir a la unidad solicitada. 3. **Para balanceo de ecuaciones**: verificar que el número de átomos de cada elemento sea igual en reactivos y productos. 4. **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). 5. **Para geometría molecular**: contar pares de enlace y pares solitarios del átomo central usando la teoría RPECV. 6. **Para pH y disoluciones**: distinguir entre ácidos/bases fuertes (disociación completa) y débiles (equilibrio). 7. **Para redox**: asignar números de oxidación, identificar especies oxidadas y reducidas, y balancear por semirreacciones. 8. **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.