Fundamentos de Química

Fundamentos de Química

by Norberto Arango

​CLASES DE MATERIA

​La materia puede existir en tres estados físicos deiferentes: El sólido, el líquido y el gaseoso.

​También se puede clasificar en 2 grandes categorías: homogénea (materia que muestra en toda su extención las mismas propiedades y la misma consistencia), y heterogénea (materia que presenta diferentes partes con propiedades diferentes).

​Una mezcla es un material constituído por dos o más clases de materia, donde cada una mantiene sus propiedades caracteristicas. La separación de las sustancias que intervienen en una mezcla se realiza por medios físicos, es decir, sin efectuar cambios químicos.

​Propiedades Físicas y Químicas

​Las propiedades físicas tales como el color, el sabor, el gusto, la dureza, el punto e fusión y el punto de ebullición. Al efectuarse un cambio físico como cuando un cubo de hielo se funde, la sustancia no ha cambiado químicamente, pero su forma física es diferente.

​Las Propiedades Químicas son los cambios de una sustancia en presencia de otro material, asi, se tiene que el hierro reacciona con el oxígeno para producir oxido de hierro. La facilidad de interacción del hierro y el oxígeno es una propiedad de estos elementos. La nueva sustancia, oxido de hierro, tiene sus propiedades químicas particulares que son diferentes de las caracteristicas exhibidas por las sustancias originales.

​CLASES DE MEZCLAS

​Se tienen dos tipos de mezclas: homogéneas y heterogéneas.

​En las segundas, las partes diferentes tienen propiedades diferentes y en las primeras cada parte es exactamente igual a cualquier otra parte.

​SOLUCIONES

​Las soluciones son mezclas homogéneas; significa que son uniformes en su composición. Cada parte de la solución es idéntica a cualquier otra parte

​ELEMENTOS

​También se clasifica la materia en función de los elementos que la constituyen.

​Los elementos son los ladrillos básicos de la construcción de toda la materia. Existen 118 elementos conocidos de los cuales 26 han sido obtenidos en el laboratorio. Se representan por un símbolo que sirve para identificarlos en un espacio y tiempo cortos, cuando intervienen en reacciones , procesos o fórmulas. Un leemento no puede romperse físicamente o por procedimientos químicos ordinarios. Se clasifican en tres grupos generales: metales, no metales y metaloides.

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​Ejemplos de elementos metálicos: el sodio (Na), el calcio (Ca), hierro (Fe), cobalto (Co) y plata (Ag) todos ellos tienen propiedades comunes: brillantez, buena conductividad calorifica y eléctrica.

​Ejemplos de no metales: cloro (Cl), oxígeno (O), carbono (C) y yodo (I), son clasificados como no metales porque tienen ciertas propiedades comunes: no tienen brillo y no conducen muy bien la electricidad ni el calor.

​Los metaloides se encuentran entre los metales y los no metales y possen algunas propiedades de los unos y de los otros. Ejemplos: arsenico (As), germamio (Ge) y silicio (Si). Importantisimos en la vida diaria, algunos de ellos constituyen la base de los transistores.

​EL ÁTOMO

​Es cierto que los elementos son el fundamento de la materia, pero estos a su vez están constituidos por particulas muy pequeñas que no pueden ser divididas sin perder sus propiedades físicas y químicas. Estas particulas se denominan ÁTOMOS. El átomo es la partícula última que da lugar a la existencia de los elementos y cada elemento está constituido por su propio tipo de átomos.

​COMPUESTOS

​Los compuestos son sustancias constituidas por dos o mas elementos, combinados químicamente en una proporción definida de masa o peso. A diferencia de las mezclas los compuestos tienen composición definida;

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​así por ejemplo, el agua está formada por hidrógeno y oxígeno en la relación del 11.11% de hidrógeno a 88.88% de oxígeno en peso. No importa cual sea el origen del agua siempre estará formada por oxígeno e hidrógeno en la proporcion indicada.

​Este es un ejemplo de la ley de la composición definida o ley de las prporciones definidas. Al rededor de 1800 Joseph Proust efectúo observaciones que lo llevaron a la formulación de esta Ley.

​Los compuestos pueden descomponerse en sus elementos solamente por medios químicos, diferente a lo que sucede con las mezclas, que pueden separar sus constituyentes por medios físicos.

​LA MOLÉCULA

​Cuando se divide un elemento se alcanza un átomo. Cuando se divide un compuesto como el azucar, se llega a una particula pequeña que no puede romperse sin llegar a perder las propiedades físicas y químicas del azucar. Esta última particula distintiva de un compuesto se llama molécula, y también como el átomo es extremadamente pequeña.

​Para concretar: Un átomo es la particula mas pequeña de un elemento que puede participar en combinaciónes químicas. De igual manera una molécula es la parte mas pequeña de un compuesto que puede participar en combinaciones químicas.

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​Las moléculas están constituidas por dos o más átomos y pueden tener átomos de diferente clase, como el agua, que contiene átomos de hidrógeno y oxígeno y de la misma clase de átomos como el cloro, Cl₂ .

La ley de la composición definida​ establece que en un compuesto los átomos están combinados en proporciones definidas en peso

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​LA MASA ATÓMICA

​De acuerdo con Dalton, cada clase de átomo químicamente diferente posee una masa característica. Pero como el no pudo pesar átomos individuales, midió las masas relativas de los elementos requeridos para formar un compuesto y de éstas dedujo las masas atómicas relativas. Así por ejemplo, se puede determinar experimentalmente que 1,000 gramos de hidrógeno gaseoso reacciona con 7,9367 gramos de oxígeno para dar agua. Si se conoce la fórmula del agua, se puede determinar facilmente la masa (relativa) de un átomo de oxígeno respecto a la de un átomo de hidrógeno. Dalton no tuvo forma de hallar esta fórmula y supuso la posibilidad más simple: Que la fórmula era HO.

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​A partir de este supuesto se concluyó que cualquier muestra de agua contiene el mismo número de átomos de hidrógeno y oxígeno. Esto significaba, que el átomo de oxígeno debería tener una masa que fuera 7,9367 veces la del átomo de hidrógeno. Más tarde al establecer la fórmula correcta del agua como H₂O, se propuso que la masa relativa de un átomo de oxígeno fuera 2 x 7,9367 = 15,873 veces la de un átomo de hidrógeno.

​La escala de masas relativas de Dalton, basada en el hidrógeno, fue reemplazada eventualmente por otra basada en el oxígeno y luego en 1961 y hasta el presente se estableció la escala de masa fundamentada en el carbono 12

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​Esta última que difiere numericamente muy poco de la del oxígeno, depende de las medidas de masa atómica por medio de un instrumento conocido como espectrómetro de masas. Los espectrómetros de masa determinan las masas atómicas a partir de la desviación de los iones atómicos en presencia de campos eléctricos y magnéticos.

​Utilizando el espectrómetro de masas, se encontró que la mayoría de los elementos consisten de átomos con mas de una masa característica, es decir que constan de isótopos. Los isótopos son átomos de un mismo elemento que poseen diferentes masas. Así por ejemplo, el carbono natural es una mezcla, principalmente de dos isótopos:

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​Carbono 12 con masa de 1,99268 x 10^-23 g y carbono 13 con masa de 2,15929 x 10^-23 g

​En la escala de masas atómicas del carbono 12, al isótopo ¹²C, se le asignó arbitrariamente una masa de exactamente 12 unidades de masa atómica.

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​Una Unidad de masa atómica (uma) por lo tanto, es igual exactamente a 1/12 de la masa del átomo de carbono 12.

​1 uma = 1/12 x 1,99268 x 10^-23 g = 1,66057 x 10^-24 g.

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Las muestras de un elemento que se encuentre en la naturaleza, usualmente tienen la misma composición en cualquier sitio de la tierra. Así una muestra de carbón natural, consiste de 98,889 % de carbón 12 y 1,111 % de carbón 13. La masa promedio del átomo de carbono en dicha muestra es de 12,011 uma.

​La masa atómica promedio para un elemento en la naturaleza, expresada en unidades de masa atómica se conoce como masa atómica