Posgrado
  1. Química Física  1.1. Termodinámica  1.1.1. Leyes de la Termodinámica  1.1.2. Entalpía y capacidad calorífica  1.1.3. Entropía y energía libre  1.1.4. Equilibrio de Fase  1.1.5. Termodinámica estadística  1.1.6. Ciclo termodinámico  1.1.7. Fugacidad y actividad  1.2. Química Cuántica  1.2.1. Principios de la mecánica cuántica  1.2.2. Ecuación de Schrödinger  1.2.3. Partícula en una caja  1.2.4. Operadores y valores propios  1.2.5. Orbitales atómicos  1.2.6. Teoría de orbitales moleculares  1.2.7. Teoría de perturbaciones  1.2.8. Teoría del enlace de valencia  1.2.9. Hibridación y enlace químico  1.3. Cinética química  1.3.1. Leyes de velocidad y mecanismos de reacción  1.3.2. Teoría de colisiones  1.3.3. Teoría del estado de transición  1.3.4. Cinética Enzimática  1.3.5. Reacciones en cadena y polimerización  1.3.6. Reacciones fotoquímicas  1.4. Mecánica estadística  1.4.1. Función de partición  1.4.2. Funciones de distribución molecular  1.4.3. Distribución de Boltzmann  1.4.4. Estadísticas de Bose–Einstein y Fermi–Dirac  1.5. Espectroscopía  1.5.1. Espectroscopía Rotacional  1.5.2. Espectroscopia Vibracional  1.5.3. Espectroscopía Electrónica  1.5.4. Espectroscopia de resonancia magnética nuclear  1.5.5. Espectrometría de Masas  1.5.6. Espectroscopía Raman  1.5.7. Espectroscopía de resonancia paramagnética electrónica  1.6. Química de superficies y coloides  1.6.1. Isoterma de absorción  1.6.2. Tensión superficial y mojado  1.6.3. Estabilidad Coloidal  1.6.4. Catalisis  1.6.5. Emulsiones y micelas  1.7. Electroquímica  1.7.1. Ecuación de Nernst  1.7.2. Células electroquímicas  1.7.3. Conductividad y movilidad  1.7.4. Guerra  1.7.5. Celdas de combustible  1.7.6. Electrólisis
  2. Química orgánica  2.1. Mecanismo de reacción  2.1.1. Reacciones de sustitución nucleofílica  2.1.2. Reacciones de adición electrofílica  2.1.3. Reacciones de eliminación  2.1.4. Reacciones de reordenamiento  2.1.5. Reacciones radicales  2.1.6. Reacciones pericíclicas  2.2. Espectroscopia y determinación estructural  2.2.1. Espectroscopía UV-Vis  2.2.2. Espectroscopia IR  2.2.3. Espectroscopía de RMN  2.2.4. Espectrometría de Masa  2.2.5. Cristalografía de rayos X  2.3. Estereoscópico  2.3.1. Quiralidad y actividad óptica  2.3.2. Análisis estructural  2.3.3. Isomería geométrica  2.3.4. Estereoquímica Dinámica  2.4. Química Organometálica  2.4.1. Reactivos de organolitio y organomagnesio  2.4.2. Reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio  2.4.3. Complejos de metales de transición  2.4.4. Enlace metal-carbono  2.5. Química de polímeros  2.5.1. Mecanismo de polimerización  2.5.2. Características de los Polímeros  2.5.3. Polímero Biodegradable  2.5.4. Polímero conductor  2.5.5. Polímeros supramoleculares  2.6. Química medicinal  2.6.1. Diseño y desarrollo de fármacos  2.6.2. Farmacocinética y farmacodinámica  2.6.3. Relaciones estructura-actividad  2.6.4. Acoplamiento molecular y selección de fármacos
  3. Química inorgánica  3.1. Química de coordinación  3.1.1. Teoría del campo cristalino  3.1.2. Teoría del campo de ligandos  3.1.3. Serie espectroquímica  3.1.4. Quelación y estabilidad  3.2. Química Organometálica  3.2.1. Carbonilos Metálicos  3.2.2. Catalysis por complejos organometálicos  3.2.3. Metalocenos  3.3. Química bioinorgánica  3.3.1. Metaloproteínas y enzimas  3.3.2. El rol de los metales en los sistemas biológicos  3.3.3. Transporte y almacenamiento de iones metálicos  3.4. Química del estado sólido  3.4.1. Estructuras Cristalinas  3.4.2. Teoría de bandas de los sólidos  3.4.3. Superconductors  3.4.4. Defectos en el cristal  3.5. Lantánidos y Actínidos  3.5.1. Configuración electrónica en lantánidos y actínidos  3.5.2. Química de coordinación de los lantánidos  3.5.3. Propiedades Magnéticas de los Lantánidos
  4. Química analítica  4.1. Cromatografía  4.1.1. Cromatografía de Gases  4.1.2. Cromatografía Líquida de Alta Resolución  4.1.3. Cromatografía en Capa Fina  4.2. Técnicas Espectroscópicas  4.2.1. Espectroscopía de absorción atómica  4.2.2. Difracción de rayos X  4.2.3. Espectroscopía de plasma acoplado inductivamente  4.3. Métodos electroanalíticos  4.3.1. Potenciometría  4.3.2. Voltametría  4.3.3. Colometría  4.4. Espectrometría de masas  4.4.1. Técnica de Ionización  4.4.2. Patrón de Fragmentación  4.5. Chemometría  4.5.1. Análisis multidisciplinario  4.5.2. Aprendizaje Automático en Química
  5. Química Teórica y Computacional  5.1. Simulación de dinámica molecular  5.1.1. Force fields and energy minimization  5.1.2. Simulación de Monte Carlo en simulaciones de dinámica molecular  5.2. Métodos químicos cuánticos  5.2.1. Teoría de Hartree–Fock  5.2.2. Teoría del funcional de la densidad  5.2.3. Métodos semiempíricos  5.3. Diseño computacional de fármacos  5.3.1. Alineamiento Molecular  5.3.2. Modelado QSAR  5.3.3. Tamizaje Virtual
  6. Bioquímica  6.1. Enzyme Kinetics  6.1.1. Cinética de Michaelis-Menten  6.1.2. Mecanismo de inhibición  6.2. Metabolismo y Bioenergética  6.2.1. Glicólisis  6.2.2. Ciclo del ácido cítrico  6.2.3. Cadena de transporte de electrones  6.3. Biología Molecular  6.3.1. Replicación y reparación del ADN  6.3.2. La síntesis de proteínas  6.3.3. Regulación Génica  6.4. Bioquímica Estructural  6.4.1. Plegado de proteínas  6.4.2. Biofísica de Membranas
  7. Química Ambiental  7.1. Química Atmosférica  7.1.1. Gases de efecto invernadero  7.1.2. Agotamiento del ozono  7.1.3. Contaminantes del aire y humo  7.2. Química del Agua  7.2.1. pH y dureza del agua  7.2.2. Tratamiento de aguas residuales  7.2.3. Química Acuática  7.3. Química del Suelo  7.3.1. Contaminación por metales pesados  7.3.2. pH del Suelo y Amortiguación  7.3.3. Ciclo de nutrientes  7.4. Toxicología y Seguridad Química  7.4.1. Toxicocinética  7.4.2. Evaluación de Riesgos en Toxicología y Seguridad Química en Química Ambiental  7.4.3. Efectos de los contaminantes en el medio ambiente

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Orbitales atómicos


Al explorar la estructura atómica dentro de la química cuántica, no se puede ignorar el importante concepto de los orbitales atómicos. Estas son regiones en un átomo donde hay una alta probabilidad de encontrar un electrón. Los orbitales atómicos desempeñan un papel importante en la definición de la configuración electrónica de un átomo y, posteriormente, en el comportamiento químico de los elementos.

Entendiendo el concepto de orbitales

Los orbitales se obtienen a partir de las funciones de onda descritas en la mecánica cuántica. Una ecuación fundamental en la mecánica cuántica, la ecuación de Schrödinger, ayuda a encontrar estas funciones de onda. Se representa como:

Hψ = Eψ

Aquí, H es el operador Hamiltoniano, ψ es la función de onda, y E es el valor propio de energía. Estas funciones de onda son soluciones que describen la probabilidad de encontrar el electrón en una zona específica alrededor del núcleo.

Estas regiones se llaman orbitales atómicos y pueden visualizarse como formas tridimensionales donde hay una probabilidad del 95% de encontrar un electrón en un momento dado.

Tipos de orbitales atómicos

Los orbitales atómicos se clasifican en diferentes tipos según su forma. Estos incluyen:

  • orbitales-s: Son esféricos. Se pueden ver como una esfera donde la densidad electrónica se distribuye uniformemente alrededor del núcleo. El tamaño del orbital-s aumenta a medida que aumenta el número cuántico principal.
  • orbitales-p: Tienen forma de mancuerna y están orientados a lo largo de los ejes x, y y z. Por ejemplo, en un orbital-p:
  • orbitales-d: Son más complejos, con una forma de cuatro lóbulos, y son importantes para la química de los metales de transición. Por ejemplo, los lóbulos del orbital dx^2-y^2 están orientados a lo largo de los ejes x e y.
  • orbitales-f: Aún más complejos que los orbitales-d, los orbitales-f son importantes para describir el comportamiento de los metales de transición interna como los lantánidos y actínidos.

Números cuánticos y tamaños de orbitales

Los números cuánticos son necesarios para describir las propiedades de los orbitales atómicos, al igual que se necesita una dirección para identificar la ubicación de una casa. Estos números incluyen:

  • Número cuántico principal (n): Indica el nivel de energía de un orbital, comúnmente conocido como el número de capa.
  • Número cuántico de momento angular (l): Determina la forma del orbital. Su valor depende de n y varía desde 0 hasta n-1. Por ejemplo, l = 0 representa un orbital-s, l = 1 representa un orbital-p, y así sucesivamente.
  • Número cuántico magnético (ml): Describe la orientación del orbital en el espacio. Su valor puede variar de -l a +l.
  • Número cuántico de espín (ms): Indica el espín del electrón dentro del orbital, que toma el valor de +1/2 o -1/2.

Importancia de los orbitales en el enlace químico

Los orbitales atómicos desempeñan un papel importante en la formación de enlaces químicos.

Cuando dos átomos se aproximan, sus orbitales atómicos se superponen. Esta superposición conduce a la formación de orbitales moleculares, que se describe por la interferencia constructiva o destructiva de las funciones de onda atómicas.

  • Orbital de enlace: Se forma debido a la interferencia constructiva, resultando en una menor energía entre los núcleos y un aumento de la densidad electrónica, lo que estabiliza el enlace.
  • Orbital antienlace: Se forma debido a la interferencia destructiva, caracterizándose por un nodo entre los núcleos, que apunta a la inestabilidad.

Por ejemplo, en la molécula de hidrógeno (H2), los dos orbitales 1s del hidrógeno se superponen para formar orbitales moleculares σ (sigma).

Visualización de clases con densidad de probabilidad

Una forma efectiva de observar los orbitales es a través de un gráfico de densidad de probabilidad, que muestra dónde es más probable encontrar el electrón. Por ejemplo, como se expresa gráficamente con una función de distribución radial:

0RPosibilidad

La curva roja muestra la densidad de probabilidad de un electrón dentro del orbital-s.

Configuración electrónica y principio de Aufbau

El concepto de orbitales es importante para explicar la configuración electrónica de los átomos, la cual predice la distribución de electrones entre los orbitales. Según el principio de Aufbau, los electrones llenan los orbitales de baja energía antes de llenar los de alta energía. Así, el orden general de llenado de orbitales es:

1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p...

Este orden se ve afectado por el apantallamiento de electrones y los niveles de energía de subcapas.

Explicar los orbitales atómicos es fundamental para entender temas avanzados en química, desempeñando un papel vital en la determinación de la forma molecular, la reactividad química y las propiedades de enlace. Familiarizarse con este concepto ayuda a explorar fenómenos moleculares más complejos y el comportamiento de la materia en diferentes condiciones.


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Orbitales atómicos

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