Conceptos básicos de Química

Conceptos químicos

2008-04-22T16:23:00.000-07:00

Estructura Atómica

2006-08-15T11:09:00.000-07:00

Átomo:

Unidad básica de toda materia.
Los átomos están constituidos por tres principales partículas subatómicas: protones, neutrones y electrones.

La cantidad de protones es igual a la cantidad de electrones, lo cual determina la neutralidad del átomo.

La concepción moderna del átomo, es que es un sistema energético en equilibrio.

Está constituido por dos zonas importantes:

I. Zona interna:NÚCLEO
Aquí se encuentra concentrada casi la totalidad de la masa del átomo.
Se encuentran las partículas más estables: protones y neutrones, también llamados NUCLEONES

a) Protones: Son partículas de carga eléctrica positiva.
b) Neutrón: No tiene carga y su masa es igual al protón. Son buenos agentes desintegradores.

II. Zona externa: NUBE ELECTRÓNICA
En esta zona se encuentran los electrones, que giran alrededor del núcleo, formando una nube electrónica que lo envuelve.

Electrones: Tiene carga negativa igual al del protón pero de signo contrario. Cuando se le da valor en UMA (masa) se le atribuye el valor CERO. No significa que lo sea pero su valor es despreciable frente al del protón.

Constantes que definen un átomo

Número Atómico o Carga Nuclear (Z):

Nos indica el número de protones contenidos en el núcleo del átomo y determina a qué elemento pertenece un átomo; es decir, es único para cada elemento, ya que conociendo el Z se identifica el elemento.
Como en un átomo neutro la cantidad de protones es igual a la de electrones, el Z de un átomo también describe el número de electrones.

Z = p+

Para un átomo eléctricamente neutro se cumple que Z = p+ = e-
Ejemplo:

Z = 6
p+= 6
e- = 6

Número Másico o Masa Atómica (A):Nos indica la suma total de protones y neutrones contenidos en el núcleo atómico.

A = p + n

Como Z = p+, obtenemos:

A = Z + n

Despejando los neutrones (n) obtenemos:n = A - Z donde A > Z

IONES: Es todo átomo cargado eléctricamente, que se forma cuando un átomo gana o cede uno o más electrones. Los iones con carga eléctrica positiva se denominan cationes y los de carga eléctrica negativa, aniones.

Anión: Se forma cuando un átomo gana electrones quedando cargado negativamente. Ejemplo: 17Cl-

Catión: Se forma cuando un átomo pierde electrones quedando cargado positivamente. Ejemplo: 11Na+

Molécula: Partícula formada por dos o más átomos unidos entre sí por enlaces químicos. Por ejemplo. La molécula de oxígeno gaseoso (O2) tiene dos átomos de oxígeno iguales, la molécula de agua (H2O) tiene un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno.
Enlace químico: Conjunto de fuerzas que mantienen unidos a los átomos, iones y moléculas cuando forman distintas agrupaciones estables. Los electrones poseen una directa participación en la conformación del enlace.

TIPOS DE ÁTOMOS

ISÓTOPOS (HILIDOS): Son átomos de un mismo elemento químico que tienen igual número atómico (Z); pero diferente número de masa (A) y diferente número de neutrones.
Características:
ISOTOPO (iso = igual; topos = lugar), son átomos que ocupan el mismo lugar en la tabla periódica. Tienen propiedades químicas iguales, ya que tienen el mismo número de electrones. Tienen propiedades físicas diferentes, puesto que su masa es distinta para cada isótopo. Los isótopos radiactivos o artificiales reciben el nombre de RADIOISÓTOPOS. Todos los elementos presentan isótopos.

ISOBAROS: Son átomos de diferentes elementos que teniendo distinto número atómico y distinto número de neutrones poseen igual masa atómica.Poseen propiedades físicas semejantes pero difieren en sus propiedades químicas.

ISOTONOS: Son átomos de elementos diferentes que poseen igual número de neutrones y distinto número atómico y número másico.

ISOELECTRÓNICOS: Son átomos que poseen igual número de electrones en su estructura.Ejemplo: Ne , O2- , F- , Mg2+ 10 e-

Mezclas y técnicas de separación de mezclas

2006-08-15T11:02:00.000-07:00

A diferencia de los compuestos, una mezcla está formada por la unión de sustancias en cantidades variables y que no se encuentran químicamente combinadas. Por lo tanto, una mezcla no tiene un conjunto de propiedades únicas, sino que cada una de las sustancias constituyentes aporta al todo con sus propiedades específicas.
Las mezclas están compuestas por una sustancia, que es el medio, en el que se encuentran una o más sustancias en menor proporción. Se llama fase dispersante al medio y fase dispersa a las sustancias que están en él.
Ejemplo: Agua con azúcar
Agua → el medio → fase dispersante
Azúcar → fase dispersa

De acuerdo al tamaño de las partículas de la fase dispersa, las mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas.

a) Mezclas homogéneas: Son aquellas cuyos componentes no son identificables a simple vista, es decir, se aprecia una sola fase física.
Ejemplo:El agua potable es una mezcla homogénea de agua (fase dispersante) y varias sales minerales (fase dispersa). Sin embargo, no vemos las sales que están disueltas; sólo observamos la fase líquida.

Entre las mezclas homogéneas se distingue una de gran interés: la solución o disolución química.

b) Mezclas heterogéneas: Son aquellas cuyos componentes se pueden distinguir a simple vista, apreciándose más de una fase física.
Ejemplo: Agua con piedra, agua con aceite.

Las mezclas heterogéneas se pueden agrupar en: emulsiones, suspensiones y coloides.

Emulsiones: Conformada por 2 fases líquidas inmiscibles. Ejemplo: agua y aceite, leche, mayonesa.

Suspensiones: Conformada por una fase sólida insoluble en la fase dispersante líquida, por lo cual tiene un aspecto opaco. Las partículas dispersas son relativamente grandes. Ejemplo: Arcilla, tinta china (negro de humo y agua), pinturas al agua, cemento.

Coloides o soles: Es un sistema heterogéneo en donde el sistema disperso puede ser observado a través de un ultramicroscopio.

Técnicas de separación de mezclas

Independiente del tipo de mezcla, los componentes de la misma, pueden ser separados con cierta facilidad a través de las técnicas de laboratorio, sin que cambien las propiedades físicas y químicas que estos tienen. A continuación describiremos las técnicas más usadas por los químicos:

Filtración: A través de materiales porosos como el papel filtro, algodón o arena se puede separar un sólido que se encuentra suspendido en un líquido. Estos materiales permiten solamente el paso del líquido reteniendo el sólido.

Extracción: Esta técnica de separación se basa en las diferentes afinidades de los componentes de las mezclas en dos solventes distintos y no solubles entre sí. Es una técnica muy útil para aislar cada sustancia de sus fuentes naturales o de una mezcla de reacción.La técnica de extracción simple es la más común y utiliza un embudo especial llamado embudo de decantación.

Destilación: Técnica utilizada para purificar un líquido o separar los líquidos de una mezcla líquida. Comprende dos etapas: transformación del líquido en vapor y condensación del vapor.

Cromatografía: Técnica que permite separar los componentes de una mezcla haciéndola pasar a través de un medio adsorbente (adhesión a una superficie). Una de las más sencillas es la cromatografía en papel que emplea como medio adsorbente papel filtro y como solvente un líquido.Los distintos componentes se separan debido a que cada uno de ellos manifiesta diferentes afinidades por el papel filtro o por el disolvente.

Tamizado: Este método de separación es uno de los más sencillos y consiste en hacer pasar una mezcla de sólidos, de distinto tamaño, a través de un tamiz. Los granos más pequeños atraviesan el tamiz y los más grandes son retenidos.

Clases o Tipos de Materia

2006-08-15T10:53:00.000-07:00

I. Materia Homogénea: Es la materia que presenta un solo aspecto en toda su masa y posee las mismas propiedades físicas y químicas en cada punto. Se divide en:

a) Mezcla homogénea: Es una unión de 2 o más componentes, donde sólo se aprecia un solo aspecto en cada punto; es decir, no se pueden diferenciar sus componentes a simple vista.

b) Sustancia pura: Son especies químicas que tienen una composición definida e invariable; y porque presentan un conjunto de características por las cuales pueden ser identificadas (propiedades físicas y químicas). Se divide en:

b.1) Sustancia simple (elemento químico):

Los elementos químicos se caracterizan por estar formados por un solo tipo de átomos (átomos que tienen el mismo número de protones) y porque no pueden ser descompuestos en otras sustancias más simples.

Están definidos por sus propiedades físicas y químicas.

En la naturaleza hay más de 90 elementos químicos y cada uno se le ha asignado un símbolo. Es importante destacar que los símbolos de los elementos químicos se escriben siempre con mayúscula; cuando símbolo tiene 2 o más letras, solo la primera se denota con letra mayúscula y las demás con minúsculas. Ejemplo:
H= hidrógeno
Au= oro
Unq= unnilquadium.

También hay otro grupo de elementos que han sido sintetizados artificialmente en laboratorios. Entre ellos, están el mendelevio (Md) y el unnilquadium (Unq).

Los elementos químicos han sido ordenados en una tabla, conocida como Sistema Periódico de los Elementos Químicos.

b.2) Sustancia compuesta (compuesto químico):

Son combinaciones químicas de 2 o más elementos diferentes, cuya proporción es definida. En otras palabras, los compuestos son sustancias puras constituidas de más de una clase de átomos y los átomos se combinan siguiendo una relación numérica sencilla y determinada.

Los compuestos químicos también se encuentran definidos por sus propiedades físicas.

Los compuestos químicos pueden clasificarse de acuerdo al número y al tipo de elementos combinados.
Según el número de elementos, hay elementos binarios (2 elementos), ternarios (3 elementos) y cuaternarios (4 elementos). Considerando el tipo de elemento, se reconocen compuestos orgánicos e inorgánicos.

Así como los elementos se abrevian con símbolos, los compuestos se representan a través de fórmulas químicas. Una fórmula química muestra los símbolos de los elementos que forman el compuesto, es decir, señalan su composición química.

Para nombrar los compuestos químicos necesitamos de un sistema de normas comunes en todo el mundo, es decir, universales. Este sistema se llama Nomenclatura Química.
Ejemplo:
Fórmula química del agua: H2O (Posee 2 elementos diferentes H y O)
Propiedades
d = 1 g/cc
Tº1 = 100º C (ebullición)
Tº2 = 0º C (solidificación)

II. Materia heterogénea: Es la materia en la cual se pueden apreciar porciones que se diferencian de otras por las propiedades características.

Estados y Cambios de estado de la Materia

2006-08-15T10:48:00.000-07:00

La materia existe en cuatro estados, 3 fundamentales y el cuarto estado es el que más abunda en la naturaleza: Sólido, líquido, gas y plasmático. En toda molécula existen 2 tipos de fuerzas intermoleculares. Fuerza de atracción (Fa): Que nos permite la cohesión y el ordenamiento de las moléculas.

Fuerza de repulsión (Fr): Que permite la separación de las moléculas.

a) Estado sólido: Se caracteriza por tener forma y volumen definido, debido a que la fuerza de atracción intermolecular es mayor que la fuerza de repulsión.

b) Estado líquido: Se caracteriza por tener volumen definido y forma variable según el recipiente que lo contenga, debido al equilibrio existente entre la fuerza de atracción y la de repulsión.

c) Estado gaseoso: Estos carecen de forma y volumen definido, ya que la fuerza de repulsión intermolecular es mayor que la fuerza de atracción.

d) Estado Plasmático: Es el cuarto estado de la materia, es energético y se considera al plasma, como un gas cargado eléctricamente (ionizado); conformado por moléculas, átomos, electrones y núcleos; estos últimos provenientes de átomos desintegrados. Se encuentra a elevadísimas temperaturas de 20000º C. Ejemplo, el núcleo del sol, de las estrellas, energía atómica.En la superficie terrestre a una distancia de 200 Km, se encuentra el plasma de hidrógeno conformando el cinturón de Van Allen.

Cambios de estado de la materia:
La materia cambia de un estado a otro por efecto de la temperatura y presión, ya sea aumentando o disminuyendo la energía calórica. En la naturaleza es frecuente observar que la materia cambia de un estado a otro. Tal vez el ejemplo más conocido sea el caso del agua, que se puede encontrar en forma sólida, líquida y gaseosa.
Se reconocen 2 tipos de cambios de estado: Progresivos y regresivos.

a) Cambios de estado progresivos: Los cambios de estado progresivos se producen cuando se aplica calor a los cuerpos y son: sublimación progresiva, fusión y evaporación.

Sublimación progresiva: Este cambio se produce cuando un cuerpo pasa del estado sólido al gaseoso directamente. Ejemplo: sublimación del yodo, sublimación de la naftalina.

Fusión: Es el paso de una sustancia, del estado sólido al líquido por la acción del calor. La temperatura a la que se produce la fusión es característica de cada sustancia. Por ejemplo, la temperatura a la que ocurre la fusión del hielo es 0º C. La temperatura constante a la que ocurre la fusión se denomina Punto de Fusión. A esta temperatura existe un equilibrio entre el estado cristalino de alta ordenación y el estado líquido más desordenado.

Evaporación: Es el paso de una sustancia desde el estado líquido al gaseoso. Este cambio de estado ocurre normalmente a la temperatura ambiente, y sin necesidad de aplicar calor. Bajo esas condiciones, sólo las partículas de la superficie del líquido pasarán al estado gaseoso, mientras que aquellas que están más abajo seguirán en el estado inicial.
Sin embargo, si se aplica mayor calor, tanto las partículas de la superficie como las del interior del líquido podrán pasar al estado gaseoso. El cambio de estado así producido se llama Ebullición. La temperatura que cada sustancia necesita para alcanzar la ebullición es característica de cada sustancia y se denomina Punto de Ebullición. Por ejemplo, el punto de ebullición del H2O a nivel del mar es 100º C.

Observaciones: La temperatura a la que ocurre la fusión o la ebullición de una sustancia es un valor constante, es independiente de la cantidad de sustancia y no varía aún cuando ésta continúe calentándose.

b) Cambios de estado regresivos: Los cambios de estado regresivos son aquellos que se producen cuando los cuerpos se enfrían. Se reconocen 3 tipos: Sublimación regresiva, solidificación y condensación.

Sublimación regresiva: Es el cambio de estado que ocurre cuando una sustancia gaseosa se vuelve sólida, sin pasar por el estado líquido.

Solidificación: Es el paso de una sustancia desde el estado líquido al sólido. Este proceso ocurre a una temperatura característica para cada sustancia denominada punto de solidificación y que coincide con su punto de fusión.

Condensación: Es el cambio de estado que se produce en una sustancia al pasar del estado gaseoso al estado líquido. La temperatura a la que ocurre esta transformación se llama punto de condensación y corresponde al punto de ebullición.

Propiedades de la Materia

2006-08-15T10:45:00.000-07:00

Una propiedad de la materia es una cualidad de la misma que puede ser apreciada por los sentidos, por ejemplo el color, la dureza, el peso, el volumen, la impenetrabilidad, etc. Las sustancias se caracterizan por sus propiedades individuales y algunas veces únicas.
El color, el punto de fusión, el punto de ebullición y la densidad son ejemplos de las propiedades físicas de una sustancia. Una propiedad física se puede medir y observar sin modificar la composición o identidad de la sustancia, es decir la sustancia experimenta un cambio físico. Por otro lado, el enunciado “el hidrógeno gaseoso se quema en presencia de oxígeno gaseoso para formar agua” describe una propiedad química del hidrógeno porque para observar esta propiedad se debe realizar un cambio químico, en este caso la combustión.
Todas las propiedades medibles de la materia pertenecen a una de 2 categorías: propiedades extensivas y propiedades intensivas:

a) Propiedades extensivas: Son aquellas que varían con la cantidad de materia considerada. Por ejemplo, una bolita de vidrio pesa 5 gramos; una bolita más grande del mismo vidrio pesará más de 5 gramos. Luego, el peso al variar con la cantidad de materia considerada (tamaño de las bolitas), es una propiedad extensiva.

b) Propiedades intensivas o específicas: Son aquellas que no varían con la cantidad de materia considerada. Por ejemplo, cuando el agua pura hierve, la temperatura de sus vapores, a presión normal, es de 100º C cualquiera sea la cantidad de agua que se haga hervir.

Fenómeno y Materia

2006-08-15T10:41:00.000-07:00

1. Fenómeno: Es cualquier cambio que sufre la materia.

2. Fenómeno físico o cambio físico: Es un cambio pasajero que no altera la estructura interna de la materia.

Ejemplo: las dilataciones, un vidrio al romperse, sublimación del yodo, etc.

3. Fenómeno químico o cambio químico: Es el cambio que altera la estructura interna de la materia.

Ejemplo: la combustión de un papel se carboniza; y no puede convertirse nuevamente en ser papel, la oxidación de un clavo de hierro.

4. Fenómeno alotrópico: Cuando un elemento químico se encuentra en dos o más formas diferentes.

Ejemplo:
O2 (oxígeno) y O3 (ozono) sus propiedades químicas son diferentes.

C (grafito) y C (diamante)

P2 (fósforo blanco) y P4 (fósforo rojo)

5. Materia: Es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio, se caracteriza por tener masa y es perceptible por nuestros sentidos.Ejemplo: tiza, perfumes, aire, papel, etc.

La Química como una ciencia

2006-08-15T10:38:00.000-07:00

Es una ciencia experimental que estudia las propiedades, transformaciones y combinaciones que sufre la materia.

Siendo la química muy extensa, se divide en:

Química general: Estudia las leyes fundamentales que se relacionan con las sustancias y sus transformaciones.
Química inorgánica: Estudia los cuerpos químicos que, generalmente, forman parte de la naturaleza inanimada.
Química orgánica o química del carbón: La primera denominación se le dio porque estos compuestos sólo se formaban por la actividad vital de los seres vivos. Se le ha dado, posteriormente, el segundo nombre al comprobar que se puede obtener por síntesis Trata del estudio de los compuestos que contienen carbono.
Química analítica: Estudia los métodos para determinar la composición de las sustancias, tanto en lo que se refiere en la naturaleza de los constituyentes (cualitativa) como la cantidad (cuantitativa).
Química física: Estudia los principios teóricos de la química.
Química industrial: Estudia los procesos de obtención de productos químicos a gran escala.
Bioquímica: Estudia las transformaciones químicas que tiene lugar en los seres vivos.