Sustancias Quimicas

El uso de sustancias químicas se ha generalizado en todas las actividades económicas, incluso en la vida doméstica. Muchas de ellas pueden entrañar, sin la adopción de determinadas precauciones, riesgos para la salud y el medio ambiente. Los riesgos químicos pueden ser debidos, bien a factores intrínsecos a los propios productos, bien a factores externos relacionados fundamentalmente con la inseguridad con la que se manipulan.

Sustancias químicas

Una sustancia química es cualquier sustancia con una composición química definida, sin importar su procedencia. Por ejemplo, una muestra de agua tiene las mismas propiedades y la misma proporción de hidrógeno y oxígeno sin importar si la muestra se aísla. Una sustancia pura no puede separarse en otras sustancias por ningún medio mecánico. Estas sustancias pueden clasificarse en dos grupos: sustancias simples y sustancias compuestas. Las sustancias simples están formadas por átomos de un mismo elemento y los compuestos están formados por dos o más tipos de átomos de distintos elementos.

El concepto de sustancia química se estableció a finales del siglo XVIII con los trabajos del químico Joseph Proust sobre la composición de algunos compuestos químicos puros tales como el carbonato cúprico. Proust dedujo que:

"Todas las muestras de un compuesto tienen la misma composición; esto es, todas las muestras tienen las mismas proporciones, por masa, de los elementos presentes en el compuesto."

Las sustancias químicas son los pilares de la vida. Existen en nosotros, en todo lo que nos rodea y en cada producto que compramos.

Los seres humanos y los animales están hechos de sustancias químicas; la cocción de los alimentos es química pura; los fármacos que previenen y tratan enfermedades están hechos de sustancias químicas; e incluso el sol que permite la vida en la Tierra está compuesto por sustancias químicas. Las sustancias químicas son tanto naturales como artificiales. No existiría la vida sin ellas.

Las sustancias químicas pueden también definirse como "cualquier material con una composición química definida" en un libro de texto de química general introductoria. De acuerdo con esta definición, una sustancia química o bien puede ser un elemento químico puro o un compuesto químico puro. Sin embargo, hay excepciones a esta definición; una sustancia pura también se puede definir como una forma de materia que tiene tanto la composición definida y propiedades distintas. El índice de sustancia química publicado por CAS también incluye varias aleaciones de composición incierta. Compuestos no estequiométricos son un caso especial que viola la ley de la composición constante, y para ellos, a veces es difícil trazar la línea divisoria entre una mezcla y un compuesto, como en el caso de hidruro de paladio. Definiciones más amplias de productos químicos o sustancias químicas se pueden encontrar.

En geología, sustancias de composición uniforme, se les llama minerales, mientras que las mezclas físicas de varios minerales se definen como rocas. Muchos minerales, sin embargo, se disuelven mutuamente en soluciones sólidas, de tal manera que una sola roca es una sustancia uniforme a pesar de ser una 'mezcla'. Los feldespatos son un ejemplo común: anortoclasa es un silicato de aluminio alcalino, donde el metal alcalino es intercambiable ya sea de sodio o de potasio.

Historia

El concepto de una "sustancia química" se estableció firmemente a finales del siglo XVIII después de trabajar por el químico Joseph Proust sobre la composición de algunos compuestos químicos puros tales como el carbonato básico de cobre. Se deduce que, "Todas las muestras de un compuesto tienen la misma composición; es que, todas las muestras tienen las mismas proporciones, en masa, de los elementos presentes en el compuesto." Esto ahora se conoce como la ley de la composición constante. Más tarde, con el avance de los métodos de síntesis química en particular en el ámbito de la química orgánica, el descubrimiento de muchos más elementos químicos y las nuevas técnicas en el campo de la química analítica utilizada para el aislamiento y purificación de los elementos y compuestos de productos químicos que llevó a la creación de la química moderna, el concepto se define como se encuentra en la mayoría de los libros de texto de química. Sin embargo, existen algunas controversias en cuanto a esta definición, principalmente debido a que el gran número de sustancias químicas reportados en la literatura química necesita ser indexado.

Isomería causado mucha consternación a los primeros investigadores, desde isómeros tienen exactamente la misma composición, pero se diferencian en la configuración de los átomos. Por ejemplo, hubo mucha especulación para la identidad química de benceno, hasta que la estructura correcta fue descrito por Friedrich agosto Kekul. Del mismo modo, la idea de estereoisomerismo – que los átomos tienen una estructura tridimensional rígida y por lo tanto pueden formar isómeros que difieren sólo en su disposición tridimensional – fue un paso crucial en la comprensión del concepto de sustancias químicas distintas. Por ejemplo, el ácido tartárico tiene tres isómeros diferentes, un par de diastereómeros con la formación de dos enantiómeros de un diastereómero.

Elementos químicos

Un elemento es una sustancia química que se compone de un tipo particular de átomos y por lo tanto no se puede romper o se transforma por una reacción química en un elemento diferente, aunque puede ser transmutado en otro elemento a través de una reacción nuclear. Esto es así, debido a que todos los átomos en una muestra de un elemento tienen el mismo número de protones, aunque pueden ser diferentes isótopos, con diferentes números de neutrones.

A partir de 2012, hay 118 elementos conocidos, acerca de los cuales 80 son estable – es decir, que no cambian por la desintegración radiactiva en otros elementos. Algunos elementos pueden ocurrir como más de una sola sustancia química. Por ejemplo, existe tanto oxígeno como oxígeno diatómico y el ozono. La mayoría de los elementos se clasifican como metales. Estos son los elementos con un brillo característico, tales como el hierro, cobre, y oro. Metales normalmente conducen la electricidad y el calor también, y son maleables y dúctiles. Alrededor de una docena de elementos, como el carbono, el nitrógeno y el oxígeno, se clasifican como no metálicos. Los no metales carecen de las propiedades metálicas descritas anteriormente, sino que también tienen una alta electronegatividad y una tendencia a formar iones negativos. Algunos elementos como el silicio a veces se asemejan a los metales ya veces se asemejan a los no metales, y son conocidos como metaloides.

Los elementos químicos que tienen propiedades similares se agrupan en lo que se denominan familias o grupos. Las familias más importantes son:

Alcalinos (grupo 1):

Este grupo incluye elementos como litio (Li), sodio (Na) y potasio (K). Son metales sólidos a temperatura ambiente, blandos (se pueden cortar hasta con una espátula) y forman iones con una carga positiva. Tienen gran facilidad para reaccionar con otras sustancias, por lo que no se encuentran libres en la naturaleza, sino formando compuestos químicos. Se oxidan fácilmente, es decir, reaccionan con el oxígeno en contacto con el aire, y reaccionan vigorosamente con el agua formando hidróxidos (que son un tipo de compuestos que estudiaremos más adelante), desprendiendo en este proceso hidrógeno gas.

Alcalinotérreos (grupo 2):

Pertenecen a esta familia elementos como berilio (Be), magnesio (Mg), calcio (Ca) y bario (Ba). Son también metales, aunque menos blandos y reactivos que los alcalinos y forman iones con dos cargas positivas. Se oxidan fácilmente en contacto con el aire y reaccionan, aunque no tan violentamente como los alcalinos, con el agua (excepto el berilio) para formar hidróxidos e hidrógeno gas.

Elementos de transición (grupos 3 al 12):

Incluye elementos como manganeso (Mn), hierro (Fe), cobalto (Co), ní- quel (Ni), cobre (Cu), cinc (Zn), plata (Ag), cadmio (Cd), platino (Pt), oro (Au) y mercurio (Hg). Son los que comúnmente denominamos metales. Son sólidos a temperatura ambiente, excepto el mercurio. En la Naturaleza se encuentran compuestos de todos ellos aunque algunos se hallan habitualmente libres, es decir, sin combinar. Conducen fácilmente la corriente eléctrica y el calor y forman iones con diversos valores de carga positiva.

Térreos o boroideos (grupo 13):

Incluyen elementos como boro (B) y aluminio (Al). Se presentan en estado sólido a temperatura ambiente, no se encuentran libres en la naturaleza y forman iones con tres cargas positivas.

Carbonoideos (grupo 14):

Algunos elementos de este grupo son carbono (C), silicio (Si), estaño (Sn) y plomo (Pb). El carbono en estado elemental es sólido y se halla en la naturaleza en dos formas cristalinas: diamante y grafito. Su forma amorfa constituye los diversos tipos de carbón. El silicio, que siempre se encuentra combinado, se halla en forma de sílice (arena) o rocas de tipo silicato. El estaño y el plomo aparecen habitualmente en combinación con otros elementos.

Nitrogenoideos (grupo 15):

Algunos de estos elementos son nitrógeno (N) y fósforo (P). El nitrógeno se halla formando multitud de compuestos y, en estado libre, en forma de molécula diatómica, es decir, con dos átomos de nitrógeno (N2 ). Es el gas más abundante de la atmósfera, ya que constituye el 78 % de su volumen. Es muy poco reactivo. A partir de los nitratos origina compuestos nutrientes de las plantas que a su vez son ingeridas por los animales para producir proteínas. El fósforo es un sólido que puede presentarse en color blanco o rojo, aunque normalmente se encuentra formando unos compuestos denominados fosfatos. Ambos forman iones con tres cargas negativas.

Anfígenos (grupo 16):

Los principales son oxígeno (O) y azufre (S). En la Naturaleza el oxígeno se halla en forma de agua, óxidos, y en multitud de ácidos y sales; y libre en forma de molécula diatómica (O2 ). Constituye el 21 % en volumen de la atmósfera. Es esencial para el progreso y preservación de la vida. El azufre es un sólido de color amarillo. Ambos forman iones con dos cargas negativas.

Halógenos (grupo 17):

En este grupo están flúor (F), cloro (Cl), bromo (Br) y yodo (I). En la naturaleza siempre están combinados, aunque cuando los sintetizamos (los separamos de otros elementos) siempre se presentan en forma de moléculas diatómicas, como el flúor (F2 ), que es un gas amarillo pálido; el cloro (Cl2 ), que es un gas verdoso; el bromo (Br2 ), que es un líquido pardo rojizo; y el yodo (I2 ), que es un sólido de color púrpura oscuro con brillo.

Gases nobles o inertes (grupo 18):

Algunos de ellos son helio (He), neón (Ne) y argón (Ar). Son gases que no forman moléculas, es decir se encuentran como átomos libres. No reaccionan con otros elementos; de ahí la denominación de gases inertes. El helio se halla habitualmente en las estrellas como resultado de la fusión del hidrógeno que contienen. También se encuentran en la atmósfera terrestre junto con el neón y el argón, que constituye el 0,93 % del volumen de nuestra atmósfera.

Hidrógeno:

Es el elemento más abundante del Universo, totalizando hasta el 70 % de su masa total. Es el gas que forma el Sol y las estrellas, y del que, mediante fusión nuclear, obtienen su energía en forma de luz y calor. En la Tierra es el tercer elemento más abundante y normalmente se encuentra combinado; por lo general se encuentra unido al oxígeno en forma de agua, y al carbono, constituyendo la materia viva y las sustancias orgánicas. En estado libre se presenta en estado gaseoso en forma de molécula diatómica (H2 ). Forma iones de dos tipos: con una carga positiva o con una negativa.

Principales elementos químicos

Compuestos químicos

Un compuesto químico puro es una sustancia química que se compone de un conjunto particular de moléculas o iones. Dos o más elementos combinados en una sustancia a través de una reacción química que forman un compuesto químico. Todos los compuestos son sustancias, pero no todas las sustancias son compuestos.

Un compuesto químico puede ser o bien átomos unidos juntos en moléculas o cristales en los que los átomos, moléculas o iones forman una red cristalina. Los compuestos basados principalmente en carbono y átomos de hidrógeno se denominan compuestos orgánicos, y todos los otros son llamados compuestos inorgánicos. Los compuestos que contienen enlaces entre el carbono y un metal se llaman compuestos organometálicos.

Los compuestos en los que los componentes comparten electrones se conocen como compuestos covalentes. Los compuestos que consisten de iones de carga opuesta se conocen como compuestos iónicos, o sales.

En química orgánica, no puede haber más de un compuesto químico con la misma composición y peso molecular. Generalmente, éstos se llaman isómeros. Los isómeros generalmente tienen sustancialmente diferentes propiedades químicas, pueden ser aislados y no se convierten espontáneamente entre sí. Un ejemplo común es la glucosa frente a la fructosa. El primero es un aldehído, este último es una cetona. Su interconversión requiere catálisis ya sea enzimática o ácido-base. Sin embargo, también existen tautómeros, donde la isomerización se produce de forma espontánea, de tal manera que una sustancia pura no se puede aislar en sus tautómeros. Un ejemplo común es la glucosa, que tiene de cadena abierta y formas de anillo. No se puede fabricar pura glucosa de cadena abierta porque la glucosa se cicla espontáneamente a la forma hemiacetal.

Sustancias frente mezclas

Toda la materia se compone de varios elementos y compuestos químicos, pero estos son a menudo íntimamente mezclados. Mezclas contener más de una sustancia química, y que no tienen una composición fija. En principio, pueden ser separados en las sustancias que componen por procesos puramente mecánicos. La mantequilla, el suelo y la madera son ejemplos comunes de mezclas.

Gris de metal de hierro y azufre amarillo son ambos elementos químicos, y que pueden mezclarse entre sí en cualquier proporción para formar una mezcla de color amarillo-gris. No hay ningún proceso químico se produce, y el material puede ser identificado como una mezcla por el hecho de que el azufre y el hierro se pueden separar por un proceso mecánico, como el uso de un imán para atraer la plancha lejos de la azufre.

Por el contrario, si el hierro y el azufre se calientan juntos en una cierta proporción, una reacción química se lleva a cabo y se forma una nueva sustancia, el compuesto de sulfuro de hierro, con fórmula química FeS. El compuesto resultante tiene todas las propiedades de una sustancia química y no es una mezcla. El sulfuro de hierro tiene sus propias propiedades distintas, tales como punto de fusión y solubilidad, y los dos elementos no puede ser separada por medio de procesos mecánicos normales; un imán será incapaz de recuperar el hierro, ya que no hay hierro metálico presente en el compuesto.

Productos químicos frente a sustancias químicas

Mientras que la sustancia química es un término técnico preciso que es sinónimo de "química" para los químicos profesionales, el significado de la palabra química varía para los no químicos en el mundo de habla Inglés, o los que utilizan Inglés. Por sectores, el gobierno y la sociedad en general, en algunos países, la palabra química incluye una clase más amplia de sustancias que contienen muchas mezclas de estas sustancias químicas, a menudo encontrando aplicación en muchas vocaciones. En los países que requieren de una lista de ingredientes de los productos, los "productos químicos" enumerados se equipara con "sustancias químicas".

Dentro de la industria química, fabricados "productos químicos" son sustancias químicas, que se pueden clasificar por el volumen de producción en productos químicos a granel, productos de química fina y productos químicos que se encuentran en investigación únicamente. Productos químicos a granel se producen en cantidades muy grandes, por lo general con procesos continuos altamente optimizados y a un precio relativamente bajo. Bellas productos químicos se producen a un alto costo en pequeñas cantidades para aplicaciones especiales de bajo volumen, tales como biocidas, productos farmacéuticos y productos químicos especializados para aplicaciones técnicas. Productos químicos de investigación se producen de forma individual para la investigación, como en la búsqueda de rutas sintéticas o sustancias de detección de la actividad farmacéutica. En efecto, su precio por gramo es muy alto, a pesar de que no se venden. La causa de la diferencia en el volumen de producción es la complejidad de la estructura molecular de la sustancia química. Productos químicos a granel suelen ser mucho menos complejo. Mientras que los productos químicos finos pueden ser más complejos, muchos de ellos son lo suficientemente simple como para ser vendido como "bloques de construcción" en la síntesis de moléculas más complejas destinadas a un solo uso, según lo nombrado anteriormente. La producción de un producto químico incluye no sólo su síntesis, sino también su purificación para eliminar los subproductos e impurezas que participan en la síntesis. El último paso en la producción debe ser el análisis de los lotes por lotes de productos químicos con el fin de identificar y cuantificar los porcentajes de impurezas para el comprador de los productos químicos. La pureza y el análisis requerido depende de la aplicación, pero una mayor tolerancia de las impurezas por lo general se espera que en la producción de productos químicos a granel. Por lo tanto, el usuario de la sustancia química en los EE.UU. podría elegir entre el mayor o "grado técnico" con mayores cantidades de impurezas o un mucho más puros "grado farmacéutico".

Sustancias peligrosas

Explosivas

Sustancias muy sensibles a la llama, al calor y a la fricción (choques, roces).Ejemplos: Gas natural (metano), gas de garrafas (propano, butano), partículas de polvo de semillas.InflamablesSustancias que a temperatura ambiente pueden encenderse en el aire sin aporte de energía.En general desprenden gases y vapores.Ejemplos: Hexano (solvente de extracción), naftas, solventes de uso general, etileno.CombustiblesSustancias que originan durante su combustión un gran desprendimiento de calor. Reaccionan con gran facilidad con las sustancias inflamables.Ejemplos: Papel, madera, hidrógeno.CorrosivasSustancias que en contacto con los materiales de cañerías, equipos y con el tejido vivo (piel, mucosas) ejercen una acción destructiva.Ejemplos: Soda cáustica, ácido fosfórico, ácido sulfúrico, cloruro de hidrógeno.OxidantesSustancias que en contacto con compuestos orgánicos o cualquier sustancia oxidable pueden provocar incendio o explosión.Ejemplos: Peróxido de hidrógeno (agua oxigenada), ácido nítrico, oxígeno.

IrritantesSustancias no corrosivas que por contacto inmediato, prolongado o repetido con la piel o las mucosas pueden provocar una reacción inflamatoria.Ejemplos: Tierras filtrantes, solventes de uso general, pinturas, polvo particulado, resinas epoxi, dióxido de nitrógeno.NocivasSustancias que por inhalación, ingestión o penetración por piel pueden producir dolencias.Ejemplos: Alcohol etílico, amoníaco.TóxicasSon aquellas sustancias químicas que, en determinadas concentraciones, pueden dañar en forma inmediata la salud de las personas afectadas, pudiendo incluso producir la muerte.Ejemplos: Monóxido de carbono.Peligrosas para el medio ambienteSon aquellas sustancias químicas que pueden producir daño inmediato, mediato o retardado al medio ambiente (que comprende comunidad y biodiversidad de las especies animales y vegetales).Ejemplos: Bromuro de metilo, freones. 

DEDICATORIA

Este trabajo va dedicado a nuestros padres por habernos apoyado en nuestros estudios superiores y a nuestros profesores que se esmeran por enseñarnos para ser futuros profesionales.

Autor:

Alberca Obeso, Jhon

Leiva León, Jhon

PROFESOR: Luis Sanz Signori

"AÑO DE LA DIVERSIFICACION PRODUCTIVA Y DEL FORTALECIMIENTO DE EDUCACION"

INSTITUTO DE EDUCACION SUPERIOR TECNOLOGICO PÚBLICO "ARGENTINA"

UNIDAD DIDACTICA:

Medio Ambiente y Desarrollo Sostenible

2015