La química y sus ramas

Introducción

En este trabajo pretendemos dar a conocer que todo lo que encontramos a nuestro alrededor podemos decir que se relaciona con la química y sus ramas. Se podrá ver como con el paso del tiempo va evolucionando cada concepto, también podemos observar que todo tiene masa, materia y energía. Todo lo que vemos a nuestro alrededor tiene una forma y figura, un peso, una dimensión, etc. Podemos decir que el agua tiene tres estados físico (Líquido, solido y gaseoso). El presente trabajo lo realizamos con la intención de que las persona puedan entender mejor sobre estos temas ya que esta brevemente resumido aunque existe mucha más información, pero en este trabajo pusimos la información que creemos que era la más conveniente. La información de los conceptos de los cuales hablamos están desarrollados a través de libros y páginas de internet altamente confiable lo cual se puede decir que este trabajo está bien realizado y puedes tener confianza en todo lo que encuentres en el. Queremos lograr que este informe sea la fuente de búsqueda más confiable.

Desarrollo

Modelos atómicos

Hoy en día el conocimiento de la estructura del átomo nos ha permitido identificar y controlar algunos comportamientos de la materia, de tal forma que se han creado nuevos materiales y se han modificado las propiedades de otros. Prácticamente el estudio de la materia impacta en todos los ámbitos de nuestro entorno. A continuación se presentan algunos de los hechos más importantes que antecedieron el desarrollo de los modelos atómicos.

Dalton

Químico y físico británico (1766 – 1844) que conjuntó las ideas que hasta el momento se tenían sobre la estructura de la materia.

El explica su posición ideológica sobre la estructura de la materia que llamó postulados, es el inicio de la Teoría atómica. 

Primer postulado

Las sustancias se pueden dividir hasta partículas indivisibles y separadas llamadas átomos. Como en la [Figura 1.1] que se muestra a continuación.

Segundo postulado:

Los átomos de un mismo elemento son iguales esencialmente en masa y propiedades, los de otros elementos tienen diferente masa y no se pueden crear o destruir. Tercer postulado: Al combinarse dos o más átomos forman un compuesto y la fracción más pequeña de éste es un átomo compuesto, integrado por átomos compuestos idénticos en una relación numérica sencilla de átomos de cada elemento que lo conforma. Cuarto postulado: En una reacción química, los átomos se reacomodan para formar nuevos compuestos.

Thompson Joseph John Thompson 1856 – 1940. Los experimentos que dieron origen a la propuesta del modelo atómico de Thompson se realizaron en 1897 sin embargo, los reportó hasta 1902; en éstos considera al átomo como una gran esfera con carga eléctrica positiva, en la que se distribuyen los electrones como pequeños granitos al que llamó "budín con pasas", este modelo lo retoma Millikan en 1909 con sus experimentos de "la gota de aceite" en donde logra determinar la carga negativa del electrón.

Rutherford

Ernest Rutherford (1871-1937) El centro del átomo está constituido por el núcleo donde reside su masa con carga positiva, a la que llamó protón, y una atmósfera electrónica compuesta de órbitas indeterminadas en las que se encuentran los electrones como el sistema planetario, por lo que debe haber espacio vacío; sin embargo, se tenían algunas dudas sobre este modelo y fue hasta 1920 que James Chadwick , con experimentos semejantes a los de Rutherford lo confirma y además descubre una partícula atómica con una masa igual a la del protón y sin carga a la que llamó neutrón . A continuación te mostramos una animación para que observes el experimento que realizó Rutherford. [Figura 1.2]

Figura 1.2

Bohr

Niels Bohr (1885-1962) supuso que los electrones se encuentran y giran en órbitas definidas y que cada una contiene una cantidad de energía, por esta razón los llamó niveles de energía. Planteó que en estado basal los electrones se encuentran girando en torno a su nivel de energía, pero que éstos pueden pasar de uno a otro, para ello necesitan absorber energía, si el electrón "salta" a  un nivel de energía superior adquieren un estado excitado y se produce un espectro de absorción.Al regresar a su estado basal emiten energía en forma de luz o fotones y producen un espectro de emisión. El éxito del modelo de Bohr consistió en que pudo predecir con precisión basándose en su modelo el espectro del Hidrógeno. 

Masa, materia y energía

Materia

La materia es todo aquello que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio. La masa es la medida de la cantidad de materia contenida en una muestra de cualquier materia. Mientras más masa tenga un objeto, más fuerza se requerirá para ponerlo en movimiento. Debido a que todos los cuerpos en el universo cumplen con la definición de materia, todos están formados por ella. Los sentidos de la vista y el tacto permiten reconocer que un objeto ocupa un lugar en el espacio. En el caso de gases incoloros, inodoros e insípidos (tales como el aire), los sentidos pueden fallar.

Energía

La energía se define como la capacidad de realizar trabajo o transferir calor. Se conocen diversas formas de energía, que incluyen energía mecánica, eléctrica, calorífica y luminosa. Los vegetales utilizan la energía luminosa del sol para su crecimiento. La energía eléctrica permite iluminar un cuarto. La energía calorífica permite cocinar los alimentos y calentar los hogares. La energía se puede clasificar en dos tipos principales: cinética y potencial.

La energía cinética representa la capacidad de realizar trabajo en forma directa y se transfiere fácilmente de un objeto a otro. La energía potencial es la que posee un cuerpo debido a su posición o su composición. (Whitten, 1992)

Masa y peso

Aunque los términos "masa" y "peso" suelen usarse indistintamente, en sentido estricto se trata de cantidades diferentes. Mientras que la masa es una medición de la cantidad de materia en un objeto, el peso, es la fuerza que ejerce la gravedad sobre un objeto. Una manzana que cae de un árbol es atraída hacia abajo por la gravedad de la Tierra. La masa de la manzana es constante y no depende de su ubicación, en tanto que el peso sí. Los químicos se interesan principalmente en la masa, que puede determinarse con facilidad con una balanza; por extraño que parezca, el proceso de medir la masa se llama pesada.

La unidad básica de la masa del SI es el Kilogramo (kg). A diferencia de las unidades de longitud y tiempo, que se basan en procesos naturales que los científicos pueden repetir en cualquier momento, el kg se define en función de un objeto en particular.

Elementos, compuestos y mezclas

Elementos

Las sustancias pueden ser elementos o compuestos. Un elemento es una sustancia que no se puede separar en otras más sencillas por medios químicos. (Chang, 2010)

En la actualidad se conocen 117 elementos. Estos elementos varían ampliamente en su abundancia. Por ejemplo, tan sólo cinco elementos – oxigeno, silicio, aluminio, hierro y calcio – conforman más del 90% de la corteza terrestre (incluidos los océanos y la atmosfera). Asimismo, tan sólo tres elementos (oxigeno, carbono e hidrógeno) constituyen más del 90% de la masa del cuerpo humano. El símbolo de cada elemento consiste en una o dos letras, en el que la primera letra es mayúscula. Estos símbolos se derivan, en su mayoría, del nombre en inglés y latín del elemento. (Brown, 2009)

Compuestos

Un compuesto, es 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 así como el agua. (Chang, 2010)

La mayoría de los elementos puede interactuar con otros para formar compuestos. Por ejemplo, considere que cuando el hidrogeno gaseoso arde en oxígeno, estos dos elementos se combinan para formar el compuesto de agua. De manera inversa, el agua puede descomponerse en sus elementos componentes al pasar una corriente eléctrica a través de ella. El agua pura, independientemente de su fuente, consiste en 11% de hidrógeno y 89% de oxígeno en masa. Esto corresponde a la composición molecular, la cual consiste en dos átomos de hidrogeno combinados con un átomo de oxígeno. (Brown, 2009)

Mezclas

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. Las mezclas no poseen composición constante. Estas pueden ser homogéneas o heterogéneas. Cuando se disuelve una cucharada de azúcar en agua, se obtiene una mezcla homogénea, en la que la composición de la mezcla es uniforme (también se le conoce como disolución). Sin embargo, al mezclar arena con virutas de hierro tanto una como las otras se mantienen separadas. La mezcla hierro-arena, es posible usar un imán para separar las virutas de hierro, ya que el imán no atrae a la arena misma [Figura 3.1]. En este caso, se habla de una mezcla heterogénea porque su composición no es uniforme. Cualquier mezcla, sea homogénea o heterogénea, se puede formar y después separar por medios físicos en sus componentes puros sin cambiar la identidad de tales componentes. (Chang, 2010)

Figura 3.1 La primera mezcla contiene virutas de hierro y arena. En la segunda se usa un imán que permite separar las virutas de hierro de la mezcla. Esta misma técnica se usa en mayor escala para separar hierro y acero de objetos magnéticos, como aluminio, vidrio y plásticos.

Estados Físicos de la materia

Una muestra de materia puede ser un gas, líquido o un sólido. Estas tres formas de materia se conocen como estados de la materia. Estas difieren en algunas de sus propiedades observables más simples como se muestra en la [Figura 4.1].

Gas

Un gas (También es conocido como vapor) no tiene volumen o forma fija, ocupa el volumen y la figura de su recipiente. Sus moléculas están muy separadas y se mueven a altas velocidades, colisionan repetidamente entre sí. Al comprimirlo disminuye el espacio entre las moléculas, pero no altera el tamaño o la forma de estas.

Liquido

Un líquido tiene un volumen definido, independiente de su recipiente, pero no tiene forma específica, toma la forma de la que ocupa el recipiente. (Brown, 2009) El estado líquido representa un estado intermedio entre los estados sólido y gaseoso. Recordemos que las caracterizaciones macroscópicas del estado líquido, son:

– Tienen la capacidad de fluir, por lo que se los incluye en la categoría de "fluidos".

– Carecen de forma propia, adoptando la del recipiente que los contiene.

– Presentan una superficie libre, que determina el nivel horizontal.

– Son prácticamente incompresibles, lo cual permite aplicar los principios físicos de la hidráulica.

(Simes, 2012)

Sus moléculas están más cercanas unas de otras, pero aún se mueven rápidamente. Esto permite que se deslicen unas sobre otras; así, un líquido fluye con calidad.

Sólido

Un sólido tiene tanto forma como volumen definidos. Ni los líquidos, ni los sólidos pueden comprimirse de manera apreciable. Sus moléculas están firmemente unidas entre sí, solo pueden moverse ligeramente de sus posiciones fijas.

(Brown, 2009)

Figura 4.1 Representación microscópica de un sólido, un líquido y un gas

Propiedades del agua

Agua

Sustancia líquida sin olor, color ni sabor que se encuentra en la naturaleza en estado más o menos puro formando ríos, lagos y mares, ocupa las tres cuartas partes del planeta Tierra y forma parte de los seres vivos; está constituida por hidrógeno y oxígeno ( H2 O )

Propiedades Físicas

El agua es la única substancia natural que se encuentra en sus tres estados — líquida, sólida (hielo) y gaseosa (vapor) — a las temperaturas encontradas normalmente en la Tierra. El agua de la Tierra está cambiando constantemente y siempre está en movimiento. El agua se congela a 0° grados Celsius (C) y hierve a 100° C (al nivel del mar). Los puntos de congelamiento y ebullición son la base para medir la temperatura: 0° En la escala Celsius está el punto de congelamiento del agua, y 100° es el punto de ebullición del agua. En su forma sólida, hielo, es menos densa que en su forma líquida, por eso el hielo flota. Tiene una tensión superficial muy alta. Esto significa que el agua es pegajosa y elástica y tiende a unirse en gotas en lugar de separarse en una capa delgada y fina. La tensión de la superficie es la responsable  de que el agua pueda moverse (y disolver substancias) a través de las raíces de plantas y a través de los pequeños vasos sanguíneos en nuestros cuerpos.

Estas son algunas de las propiedades del agua:

• Peso: 62.416 libras por pié cúbico a 0°C

• Peso: 61.998 libras por pié cúbico a 38°C

• Peso: 8.33 libras/galón, 0.036 libras/pulgada cúbica

Propiedades Químicas

1) Los anhídridos u óxidos ácidos reaccionan con el agua y forman ácidos oxácidos.

2) Los óxidos de los metales u óxidos básicos reaccionan con el agua para formar hidróxidos. Muchos óxidos no se disuelven en el agua, pero los óxidos de los metales activos se combinan con gran facilidad.

3) Algunos metales descomponen el agua en frío y otros lo hacían a temperatura elevada.

4) El agua reacciona con los no metales, sobre todo con los halógenos, por ej.: Haciendo pasar carbón al rojo sobre el agua se descompone y se forma una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno (gas de agua).

5) El agua forma combinaciones complejas con algunas sales, denominándose hidratos. En algunos casos los hidratos pierden agua de cristalización cambiando de aspecto, y se dice que son eflorescentes, como le sucede al sulfato cúprico, que cuando está hidratado es de color azul, pero por pérdida de agua se transforma en sulfato cúprico anhidro de color blanco. (Comunidad Planeta Azul, 1993)

Separaciones

Debido a que cada componente de una mezcla mantiene sus propiedades, podemos separar una mezcla en sus componentes si aprovechamos las diferencias en sus propiedades. Por ejemplo, una mezcla heterogénea de limaduras de hierro y limaduras de oro podría separarse de manera individual mediante el color del hierro y del oro. También podemos aprovechar una importante diferencia química entre estos dos metales: muchos ácidos disuelven el hierro, pero no el oro entonces si colocamos nuestra mezcla en el ácido apropiado, este disolvería al hierro pero no al oro. Después podríamos sepáralos por:

FILTRACIÓN: La mezcla de un sólido y un líquido se vierte a través de un medio poroso, en este caso papel filtro. El líquido pasa a través del papel mientras que el sólido permanece en él.

EVAPORACIÓN: Es la separación de un sólido disuelto en un líquido, por calentamiento, hasta que hierve y se transforma en vapor. Como no todas las sustancias se evaporan con la misma rapidez, el sólido disuelto se obtiene en forma pura.

CENTRIFUGACIÓN: Proceso mecánico que permite, por medio de un movimiento acelerado de rotación, provocar la sedimentación de los componentes de una mezcla con diferente densidad. Para ello se usa una máquina especial llamada centrífuga.  Ejemplo: se pueden separar las grasas mezcladas en los líquidos, como la leche, o bien los paquetes celulares de la sangre, separándolos del suero sanguíneo.

CROMATOGRAFÍA: Es un procedimiento para separar, identificar y determinar con exactitud la cantidad de cada uno de los componentes de una mezcla.  (Brown, 2009)

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.

CRISTALIZACIÓN: es la separación de una mezcla en sus componentes puros, basándose en sus diferentes solubilidades. (Educarchile, 2013).

Conclusiones

Podemos decir que realizamos este trabajo para que la sociedad tenga una nueva fuente muy confiable para la realización de estos conceptos. Gracias a este trabajo a algunos de los alumnos se interesaron más en ello y es lo que se pretendía lograr en ellos y se pretende lograr en todas aquellas personas que no saben o no les gusta alguno de estos temas en especial. Otra cosa de las más importantes que consideró el equipo fue el tratar de hacer que las personas se capaciten mas sobre estos temas ya que a los que no les agradan no le toman la suficiente importancia. Gracias a este trabajo pudimos darnos cuenta de cuanta información que ignoramos en la vida cotidiana la debemos saber. Si te das cuenta de cuán importante son los temas que presentamos en este trabajo tal vez sea la clave para ya que gracias a esta información conocemos todo brevemente sobre los temas desarrollados.

Bibliografía

Raymond Chang. Química. 10ª.Edición. México: McGraw-Hill, 2010.

Kennet W. Whitten. Química General. 3ª Edición. México: McGraw-Hill, 1992.

Theodore L. Brown. Química la ciencia central. 11ª Edición. México: Pearson Educación, 2009.

Luis Simes. Química General. 2ª Edición. México: Jorge Sarmiento, 2012.

Comunidad planeta azul. Página web [en línea]. [Fecha de consulta: 01 octubre 2008]. Disponible en: http://comunidadplanetaazul.com/agua/aprende-mas-acerca-del-agua/propiedades-del-agua/

Ministerio de Educación de Chile y la Fundación Chile. Página web [en línea]. [Fecha de consulta: 01 octubre 2008]. Disponible en: http://www.educarchile.cl/ech/pro/app/detalle?id=216881

Universidad Nacional Autónoma de México. Página web [en línea]. [Fecha de consulta: 01 octubre 2008]. Disponible en: http://portalacademico.cch.unam.mx/alumno/quimica1/unidad2/modelos_atomicos/antecedentes

Autor:

Saul Gilberto Ramos Estrada

Daniel Anchondo Rodriguez

Juan Enrique Rodriguez Contreras

Homero Ruiz Lozoya

Equipo#5

QUÍMICA

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA I

TRABAJO A ENTREGAR

UNIDAD I