Química, conceptos básicos

Introducción

Desde la antigüedad filósofos, físicos y químicos se han preguntado de que están hechas las cosas, y como poden ser diferentes unas de otras. Tras largos esfuerzos se pudo llegar a una conclusión que es la que conocemos hoy en día. Después de que se formulara una respuesta fueron siguiendo varios conceptos más acerca de la creación y existencia de las cosas.

Aquí se verá unos de los conceptos principales de la masa y como está formado y antes de eso, los átomos y su historia.

Modelos atómicos

El mundo que nos rodea se compone de muy diversos materiales, algunos vivos, otros inanimados. Además, la materia cambia con frecuencia de una forma química a otra. En sus intentos por explicar estas observaciones, los filósofos desde los tiempos más antiguos han especulado acerca de la naturaleza del material fundamental del que está hecho el mundo. Demócrito (460-370 a.C.) y otros filósofos griegos de la antigüedad pensaban que todo el mundo material debía estar constituido por diminutas partículas indivisibles a las que llamaron atomismo (átomo), que significa "indivisible". Posteriormente, Platón y Aristóteles propusieron la noción de que no puede haber partículas indivisibles. La perspectiva "atómica" de la materia se desvaneció muchos siglos, durante los cuales la filosofía aristoteliana domino la cultura occidental.

El concepto de átomo volvió a surgir en Europa durante el signo XVII cuando los científicos trataron de explicar las propiedades de los gases (leyes clásicas de la química). (Brown, 2004)

John Dalton (1808)

Durante el siglo XVIII y principios del XIX, Dalton tras largas observaciones químicas acerca del mundo microscópico, tuvo pruebas directas de la existencia de los átomos, posteriormente público los siguientes postulados:

• Las moléculas están compuestas de átomos.

• Los átomos son indestructibles y las reacciones químicas no son otra cosa que un reacomodo de estas.

• Todos los átomos de un elemento son iguales en lo que respecta a su peso y otras propiedades.

• Los distintos elementos se componen de diferentes tipos de átomos cuya principal diferencia reside en sus pesos.

• En formación de un compuesto a partir de sus elementos, un número definido aunque pequeño de átomos de cada elemento se una para formar las partículas compuestas.

Modelo atómico

La imagen del átomo expuesta por Dalton en su teoría atómica, para explicar estas leyes, es la minúscula partícula esférica e inmutable igual entre sí en cada elemento químico.

J.J. Thomson (1897)

Descubrió que los rayos catódicos cambian de dirección al ser sujetos a campos magnéticos.

Thomson dedujo que los rayos catódicos están compuestos de "corpúsculos negativos", posteriormente llamados electrones (-).

Modelo atómico:

De este descubrimiento dedujo que el átomo debía de ser una esfera de materia cargada positivamente, en cuyo interior estaban incrustados los electrones. También conocido como modelo de "pudin con pasas".

E. Rutherford (1911)

Dirigió un experimento conocido como Hans Geiger y Ernest Mardsen, donde una delgada lamina de oro fue bombardeada con rayos (posteriormente llamadas partículas) alpha.

Los resultados mostraron que las partículas alpha sufrían modificaciones importantes en su trayectoria.

Modelo atómico:

Dedujo que el átomo debía estar formado por una corteza con los electrones girando alrededor del núcleo central cargado positivamente.

Niels Bohr (1913)

El modelo propuesto elimina las orbitas elípticas y los sustituye por ciruelas.

Considera el concepto de "cuanto" energético propuesto por Einstein y Planck. Precursor del modelo atómico actual. Bohr propuso lo siguiente:

• Los electrones orbitan al núcleo de manera circular, sin emisión de energía (sin física clásica).

• Las orbitas están limitadas por niveles energéticos.

• Los electrones pueden "saltar" de nivel al ganar o perder energía.

Modelo atómico:

Según el cual los electrones giran alrededor del núcleo en unos niéveles bien definidos.

Masa materia y energía

Todo lo que nos rodea, incluidos nosotros mismos, está formado por un componente común: la materia. Normalmente, para referimos a los objetos usamos términos como materia, masa, peso, volumen. Para clarificar los conceptos, digamos que:

Materia se define como todo lo que ocupa un lugar en el espacio, se encuentra en constante movimiento y transformación mediante fenómenos y químicos  principalmente.

Materia es todo lo que ocupa un lugar en el espacio, tiene masa y peso y por ende impresiona a nuestros sentidos.

El hombre estudia la materia según la forma que se manifiesta:

a) forma condensada– según Albert Einstein, posee dos características impredecibles: masa y volumen.

b) forma dispersada– según Albert Einstein simplemente la energía.

También podemos definir a materia como todo aquello que

Requiere de una fuerza para que cambie la velocidad en que se encuentra.

Masa es una de las magnitudes fundamentales de la química y física, muchos fenómenos de la naturaleza están directamente o indirectamente asociados con la materia. Una porción de masa se puede reducir a la más pequeña de sus partículas que la compone y se llega a los átomos.

También decimos que la masa es la medida de la cantidad de la materia en un objeto, es una propiedad extensiva de la materia, y aunque a menudo se usa como sinónimo de peso, son cantidades diferentes, ya que la masa es una magnitud escalar y el peso una magnitud vectorial.

La masa de un cuerpo es constante y no depende de la situación gravitatoria en la que se encuentre, en cambio el peso va  a variar dependiendo de la gravedad a la que se someta el cuerpo en cuestión.  (javrock, 2009)

Energía-es la capacidad de los cuerpos para producir un trabajo o movimiento.

Se define a energía como toda causa capaz de producir trabajo o de producir transformaciones de la materia.

La energía es importante para el ser humano porque nos ayuda a nuestro funcionamiento social nos ayuda a hacer varias actividades, cualquier tipo de actividad que hagamos por la más mínima utilizamos lo que se le llama energía. (Cesar martinez)

Tipos de energía– Energía eléctrica, energía mecánica, energía térmica, energía eólica,  solar, energía  nuclear, energía cinética, energía potencial, energía hidráulica entre otras muchas más.

Clasificación de la materia

Los químicos distinguen varios subtipos de materia con base en su composición y propiedades. La clasificación de la materia incluye: sustancias, mezclas, elementos y compuestos.

Sustancias y mezclas

Una sustancia es una forma de materia que tiene composición definida y propiedades

Distintivas. Son ejemplos de ello el agua, amoniaco, azúcar de mesa (sacarosa), oro y

Oxigeno. Las sustancias difieren entre sí por su composición y se pueden identificar según su

Aspecto, color, sabor y otras propiedades.

Una mezcla es una combinación de dos o más sustancias en la que éstas conservan sus

Propiedades. Algunos ejemplos familiares de ello son el aire, las bebidas gaseosas, la leche

Y el cemento. (Chang, 2010)

Las mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas.

• mezcla homogénea, en la que la composición de la mezcla es uniforme.  Las mezclas homogéneas de líquidos se conocen con el nombre de disoluciones y están constituidas por un soluto y un disolvente, siendo el primero el que se encuentra en menor proporción y además suele ser el líquido.

• mezcla heterogénea, su composición no es uniforme.

Cualquier mezcla, sea homogénea o heterogénea, se puede formar y luego separar por medios físicos en sus componentes puros sin cambiar la identidad de tales componentes.

Elementos y compuestos

Las sustancias pueden ser elementos o compuestos. Un elemento es una sustancia que no se

Puede separar en otras más sencillas por medios químicos. Hasta la fecha se han identificado

117 elementos. La mayoría de ellos se encuentran de manera natural en la Tierra. Los otros se

han obtenido por medios científicos. Por conveniencia, los químicos usan símbolos de una o dos letras para representar a los elementos.

Los átomos de muchos elementos pueden interactuar entre sí para formar compuestos. Un compuesto, o sea, una sustancia formada por átomos de dos o más elementos unidos químicamente en proporciones fijas. A diferencia de las mezclas, los compuestos solo se pueden separar en sus componentes puros por medios químicos. (Chang, 2010)

Estados físicos de la materia

La materia se presenta en tres estados o formas de agregación: sólido, líquido y gaseoso. Sin embargo, existe un cuarto estado denominado plasma. Dadas las condiciones existentes en la superficie terrestre, sólo algunas sustancias pueden hallarse de modo

Natural en los tres estados, tal el caso del agua.

La mayoría de sustancias se presentan en un estado concreto. Así, los metales o las sustancias que constituyen los minerales se encuentran en estado sólido y el oxígeno o el CO2 en estado gaseoso: (PORTAL ESDUCATIVO, n.d.)

Estado líquido

Las partículas están unidas, pero las fuerzas de atracción son más débiles que en los sólidos, de modo que las partículas se mueven y chocan entre sí, deslizándose unas sobre otras.

Estado Gaseoso

Igual que los líquidos, no tienen forma fija pero, a diferencia de éstos, su volumen tampoco es fijo. También son fluidos, como los líquidos. Las fuerzas de atracción son casi inexistentes, por lo que las partículas están muy separadas unas de otras y se mueven rápidamente y en cualquier dirección.

Estado sólido

Los sólidos se caracterizan por tener forma y volumen constante, las partículas están unidas por fuerzas de atracción muy grandes, por lo que se mantienen fijas en su lugar; solo vibran unas al lado de otras.

Estado de plasma

Se forman bajo temperaturas y presiones extremadamente altas, haciendo que los impactos entre los electrones sean muy violentos, separándose del núcleo y dejando sólo átomos dispersos.

El plasma, es así, una mezcla de núcleos positivos y electrones libres, que tiene la capacidad de conducir electricidad.

Un ejemplo de plasma presente en nuestro universo es el sol.

Plasmas terrestre:

– Los rayos durante una tormenta.

– El fuego.

– El magma.

Cambios de agregación:

En principio todas las sustancias pueden existir en tres estados: solido, líquido y gaseoso.

Son posibles las conversiones entre los tres estados de la materia sin que cambie la composición de la sustancia.

–        Líquido ha solido

= solidificación

–        Solido a líquido

= fusión

–        Solido a gaseoso

= sublimación

–        Gaseoso ha solido

= deposición

–        Líquido a gaseoso

= evaporación

–        Gaseoso a líquido

= condensación (PINTEREST, n.d.)

Propiedades del agua

Agua, sustancia líquida formada por la combinación de dos volúmenes de hidrógeno y un volumen de oxígeno, que constituye el componente más  abundante en la superficie terrestre. 

Hasta el siglo XVIII se creyó que el agua era un elemento, fue el químico ingles Cavendish quien  sintetizó agua a partir de una combustión de aire e hidrógeno.  Sin embargo los resultados de este experimento no fueron interpretados hasta años más tarde, cuando Lavoisier propuso que el agua  no era un elemento sino un compuesto formado por oxígeno y por hidrógeno, siendo su fórmula H2O. (Gago, 2000)

Propiedades físicas:

El agua es un líquido inodoro e insípido. El color del agua varía su estado: como líquido, puede parecer incolora en pequeñas cantidades, aunque en el espectrógrafo se comprueba que tiene un ligero tono azul verdoso, el hielo también tiende al azul y en edo. Gaseoso es incolora. A la presión atmosférica (760 mm de mercurio). El punto de fusión del agua pura es de 0ºC y el punto de ebullición es de 100ºC. El agua alcanza su densidad máxima a una temperatura de 4ºC, que es de 1g/cc. 

Propiedades químicas:

Su excepcional importancia, desde el punto de vista químico, reside en que casi la totalidad de los procesos químicos que ocurren en la naturaleza, no solo en organismos vivos, sino también en la superficie no organizada de la tierra, así como los que se llevan a cabo en el laboratorio y en la industria, tienen lugar entre sustancias disueltas en agua, esto es en disolución.

Propiedades fisicoquímicas:

• A) Acción disolvente: El agua es el líquido que más sustancias disuelve (disolvente universal), esta propiedad se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias, ya que estas se disuelven cuando interaccionan con las moléculas polares del agua.

• B) Fuerza de cohesión entre sus moléculas.Los puentes de hidrógeno mantienen a las moléculas fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible.

• C) Elevada fuerza de adhesión. De nuevo los puentes de hidrógeno del agua son los responsables, al establecerse entre estos y otras moléculas polares, y es responsable, junto con la cohesión de la capilaridad.

• D) Gran calor específico. El agua absorbe grandes cantidades de calor que utiliza en romper los puentes de hidrógeno. Su temperatura desciende más lentamente que la de otros líquidos a medida que va liberando energía al enfriarse.

• E) Elevada constante dieléctrica. Por tener moléculas dipolares, el agua es un gran medio disolvente de compuestos iónicos, como las sales minerales, y de compuestos covalentes polares como los glúcidos.

• F) Bajo grado de ionización. De cada 107 de moléculas de agua, sólo una se encuentra ionizada. Esto explica que la concentración de iones hidronio (H3O+) y de los iones hidroxilo (OH-) sea muy baja.

Separaciones

En la naturaleza, las sustancias se encuentran formando mezclas y compuestos que es necesario separar y purificar, para estudiar sus propiedades tanto físicas como químicas. Los Métodos de separación se basan en diferencias entre las propiedades físicas de los componentes de una mezcla, tales como: (BOSQUE, 2008)

• Filtración: Es un tipo de separación mecánica, que sirve para separar sólidos insolubles de grano fino de un líquido en el cual se encuentran mezclados; este método consiste en verter la mezcla a través de un medio poroso que deje pasar el líquido y retenga el sólido.  Los aparatos usados se llaman filtros; el más común es el de porcelana porosa, usado en los hogares para purificar el agua. Los medios más porosos más usados son: el papel filtro, la fibra de vidrio o asbesto, telas etc.

• Decantación: Consiste en separar componentes que contienen diferentes siempre y cuando exista una diferencia significativa entre las densidades de las fases. Se efectúa vertiendo la fase superior (menos densa) o la inferior (más densa).

• Evaporación: Consiste en aplicar incremento de temperatura hasta que el líquido hierve y pasa del estado líquido a estado de vapor, quedando el sólido como residuo en forma de polvo seco. El líquido puede o no recuperarse.

• Destilación: Es el proceso mediante el cual se efectúa la separación de dos o más líquidos miscibles y consiste en un a evaporación y condensación sucesivas, aprovechando los diferentes puntos de ebullición de cada uno de los líquidos, también se emplea para purificar un líquido eliminando sus impurezas.

• Centrifugación: Es un método utilizado para separar un sólido insoluble de grano muy fino y de difícil sedimentación de un líquido. Esta operación se lleva a cabo en un aparato llamado centrífuga, en el que aumenta la fuerza gravitación provocando la sedimentación del sólido.

• Cristalización: Separación de un sólido soluble y la solución que lo contiene, en forma de cristales. Los cristales pueden formarse de tres maneras: Por fusión, por disolución y sublimación.

• Cromatografía: Es un procedimiento para separar, identificar y determinar con exactitud la cantidad de cada uno de los componentes de una mezcla.

• Imantación: Con este método se aprovecha la propiedad de algún material para ser atraído por un campo magnético. Los materiales ferrosos pueden ser separados de otros componentes por medio de un electroimán, para su tratamiento posterior.

• Diferencia de solubilidad: Permite separar sólidos de líquidos o líquidos de líquidos al contacto con un solvente que selecciona uno de los componentes de la mezcla. Este componente es soluble en el solvente adecuado y es arrastrado para la separación ya sea por decantación, filtración vaporización, destilación, etc., dejándolo en estado puro. (Salazar, n.d.)

Conclusión

Como se vio en los temas anteriores se puede comprender de mejor manera de que está hecha la materia y los cambios – tanto físicos como químicos – que puede sufrir esta. A través de la historia grandes mentes se han preguntado de que están hechas las cosas y hoy podemos concluir que la materia existe gracias a los átomos y lo que conforma este y como el modelo ha cambiado alrededor de los años. Pero esto solo son los inicios de la química y sus conceptos más básicos.

Referencias

BOSQUE, R. D. (2008). QUIMICA INORGANICA. BACHILLERATO . MEXICO. Recuperado el 29 de septiembre de 2014

Brown, L. B. (2004). QUIMICA la ciencia central (9na ed.). Mexico: Pearson. Recuperado el septiembre de 2014

Cesar martinez, L. G. (s.f.). QUIMICA. santillana. Recuperado el septiembre de 2014

Chang, R. (2010). QUIMICA (10a ed.). (P. E. V., Ed., & E. J. D"Borneville, Trad.) mcGRaW-HiLL. Recuperado el septiembre de 2014

Gago, I. A. (4 de agosto de 2000). EL AGUA. Recuperado el septiembre de 2014, de PROPIEDADES DEL AGUA: http://platea.pntic.mec.es/~iali/personal/agua/agua/propieda.htm

javrock. (4 de noviembre de 2009). ciencia. Recuperado el septiembre de 2014, de materia: masa y energia: http://javrock-ciencia.blogspot.mx/

PINTEREST. (s.f.). Recuperado el septiembre de 2014, de Fullquimica.com: http://www.pinterest.com/pin/185843922096803282/

PORTAL ESDUCATIVO. (s.f.). Recuperado el septiembre de 2014, de estados de la materia: http://www.portaleducativo.net/

Salazar, F. J. (s.f.). Tiempo de exito. Recuperado el 29 de septiembre de 2014, de metodos de separacion de mezclas: http://tiempodeexito.com/quimicain/05.html

Autor:

Bolívar Garza Juan Carlos,

Domínguez Vázquez Sergio Paul,

Jiménez Contreras Banely Elizabeth,

Márquez Medina Rogelio Iván.

Gpo: 7

Profesor: Ing. Pedro Zambrano

Equipo: 8