Química
Química
Se denomina química a la ciencia que estudia tanto la composición, estructura y propiedades de la materia como los cambios que ésta experimenta durante las reacciones químicas y su relación con la energía. Históricamente la química moderna es la evolución de la alquimia tras la Revolución química (1733).
Las disciplinas
de la química se han agrupado según la clase de materia bajo estudio o el tipo
de estudio realizado. Entre éstas se tienen la química inorgánica, que estudia la materia inorgánica; la química orgánica, que trata con
la materia orgánica; la bioquímica, el estudio de substancias en organismos
biológicos; la físico-química, que comprende los aspectos energéticos de
sistemas químicos a escalas macroscópicas, moleculares y atómicas; la química analítica, que analiza
muestras de materia y trata de entender su composición y estructura. Otras
ramas de la química han emergido en tiempos recientes, por ejemplo, la neuroquímica estudia los aspectos químicos del cerebro.
Método Científico en la Química
La
química es una de las ciencias básicas como lo es la física, la comprencon para
muchos fenómenos que ocurren en la naturaleza y que han permitido al hombre
adaptarse al mundo, haciendo invenciones y desarrollando tecnología. Es
necesario para la comprencion de la agricultura, la astronomía, la zoología, la
geología, la medicina, la ciencia de la materia. Todos utilizamos la química en
nuestra vida diaria para enfrentar el mundo.
Etapas de la Quimica
Primera Etapa, se presenta con el manejo y
dominio del fuego por las diferentestribus, lo cual utilizaban no solo para
obtener el calor en las noches de frio, sinotambién para protegerse de los
animales salvajes del momento, para laelaboración de los alimentos, lo cual
sucedió en la época del Homo Erectus, hacemás de 500.000 años.
Segunda etapa. Los griegos. Con el desarrollo
del ser humano en forma integralfueron surgiendo pensamientos acerca de la
materia y su conformación,concretamente en Grecia surgió en el siglo IV a.c.
con Empédocles de Agripentoquien esbozo la tesis de que los elementos
fundamentales eran la tierra, el aire, elagua y el fuego, considerando que las
objetos son precisamente el producto de lacombinación de las diferentes
proporciones de ellos.
Tercera etapa. La química Moderna, surge en
el siglo XIII, cuando surge lanecesidad de explicar los cambios de cualidad y
de sustancia, en las sustanciasinanimadas.Los árabes desarrollaron más el
conocimiento sobre la alquimia, en el siglo III a.c.,considerando que la
alquimia solo buscaba la piedra filosofal, método hipotéticocapaz de
transformar todos los metales en oro, poniendo en practica su objetivoes que
desarrollan nuevos productos y técnicas químicas, lo que a la postre es labase
de la química experimentalSe empieza a desarrollar la química como ciencia en
los siglos XVI y XVII, cuandose empieza analizar el comportamiento y
propiedades de los gases, se instaura latécnica de medición, se desarrolla el
concepto de elemento, considerando queeste es una sustancia que tiende a
descomponerse en otro, se desarrollo la teoríade Flogisto.
En el
siglo XVIII, la química adquiere las características de
ciencia experimental,al desarrollarse métodos de medición, conocimiento de
algunos homólogos comola combustión de la materia, Lavoisier quien descubre el
oxigeno.
En el
siglo XIX se va de la hipótesis a la teoría científica, interpretando
losfenómenos cuantitativos de la química, y el concepto de átomo se
identifica con elelemento químico; nace aquí las bases de la química moderna.
Cuarta etapa: La Atómica se inicia con la
organización del sistema de clasificaciónde los elementos, agrupándolos
Johann Dobereiner en grupos de 3 elementosconocido como triadas, teniendo en
cuenta las propiedades físicas quemodificaban de manera ordenada, con
su masa atómica.Posteriormente cuando se dieron cuenta que esta
clasificación no correspondíacon la realidad frente a otros elementos Henry G
Moseley, ordeno los elementosquímicos por el número atómico, quedando así
solucionado el problema de latabla periódica.
Ramas de
la Quimica
La química cubre un campo de estudios bastante amplio,
por lo que en la práctica se estudia de cada tema de manera particular. Las
seis principales y más estudiadas ramas de la química son:[cita requerida]
§
Química inorgánica:
síntesis y estudio de las propiedades eléctricas, magnéticas y ópticas de los
compuestos formados por átomos que no sean de carbono (aunque con algunas excepciones). Trata
especialmente los nuevos compuestos con metales de transición, los ácidos y las
bases, entre otros compuestos.
§
Bioquímica: estudia las reacciones químicas en los seres
vivos, estudia el organismo y los seres vivos.
§
Química física: estudia
los fundamentos y bases físicas de los sistemas y procesos químicos. En
particular, son de interés para el químico físico los aspectos energéticos y
dinámicos de tales sistemas y procesos. Entre sus áreas de estudio más
importantes se incluyen la termodinámica química,
la cinética química,
la electroquímica, lamecánica estadística y
la espectroscopia. Usualmente se la asocia también con la química cuántica y
la química teórica.
§
Química industrial: Estudia
los métodos de producción de reactivos químicos en cantidades elevadas, de la
manera económicamente más beneficiosa. En la actualidad también intenta aunar
sus intereses iniciales, con un bajo daño al medio ambiente.
§
Química analítica: estudia
los métodos de detección (identificación)
y cuantificación (determinación)
de una sustancia en una muestra. Se subdivide en Cuantitativa y Cualitativa.
Además existen múltiples subdisciplinas que, por ser
demasiado específicas o bien multidisciplinares, se estudian individualmente:[cita requerida]
§
química macromolecular: estudia
la preparación, caracterización, propiedades y aplicaciones de las
macromoléculas o polímeros;
§
química medioambiental: estudia
la influencia de todos los componentes químicos que hay en la tierra, tanto en
su forma natural como antropogénica;
propiedades de la Materia
Están constituidas por el comportamiento de las
sustancias al combinarse con otras, y los cambios con su estructura íntima como
consecuencia de los efectos de diferentes clases de energía.
Ejemplos:
Ley de la
conservación de la materia
Como hecho científico la idea de que la masa se
conserva se remonta al químico Lavoisier, el científico francés considerado padre de
la Química moderna que midió cuidadosamente la masa de las
sustancias antes y después de intervenir en una reacción química, y llegó a la
conclusión de que la materia, medida por la masa, no se crea ni destruye, sino
que sólo se transforma en el curso de las reacciones. Sus conclusiones se
resumen en el siguiente enunciado: En
una reacción química, la materia no se crea ni se destruye, solo se transforma. El
mismo principio fue descubierto antes por Mijaíl Lomonosov, de manera
que es a veces citado como ley de Lomonosov-Lavoisier, más o menos en los
siguientes términos: La masa de
un sistema de sustancias es constante, con independencia de los procesos
internos que puedan afectarle, es decir, "La suma de los productos,
es igual a la suma de los reactivos, manteniéndose constante la masa". Sin
embargo, tanto las técnicas modernas como el mejoramiento de la precisión de
las medidas han permitido establecer que la ley de Lomonosov-Lavoisier, se
cumple sólo aproximadamente.
La equivalencia entre masa y energía descubierta
por Einstein obliga a rechazar la afirmación de que la masa
convencional se conserva, porque masa y energía son mutuamente convertibles. De
esta manera se puede afirmar que la masa relativista equivalente (el total de masa
material y energía) se conserva, pero la masa en reposo puede cambiar, como ocurre en aquellos
procesos relativísticos en que una parte de la materia se convierte en fotones. La conversión en reacciones nucleares de
una parte de la materia en energía radiante, con disminución de la masa en
reposo; se observa por ejemplo en procesos de fisión como la explosión de
una bomba atómica, o en procesos de fusión como la emisión
constante de energía que realizan las estrellas.
Clasificación de la Materia
Las presentan los cuerpos sin distinción y por tal motivo no
permiten diferenciar una sustancia de otra. Algunas de las propiedades
generales se les da el nombre de extensivas, pues su valor depende de la
cantidad de materia, tales el caso de la masa, peso, volumen, la
inercia, la energía, impenetrabilidad, porosidad, divisibilidad, elasticidad,
maleabilidad, tenacidad y dureza entre otras.
Átomo,
elemento, molécula, compuesto y mezcla
Átomo
El átomo es la unidad de materia más pequeña de un elemento químico que mantiene su identidad o sus propiedades, y que
no es posible dividir mediante procesos químicos. Está compuesto
por un núcleo atómico, en el que se
concentra casi toda su masa, rodeado de una nube de electrones. El núcleo está
formado por protones, con carga positiva, y neutrones, eléctricamente neutros.nota 1 Loselectrones, cargados negativamente, permanecen ligados a este
mediante la fuerza electromagnética.
Los átomos se
clasifican de acuerdo al número de protones y neutrones que contenga su núcleo.
El número de protones o número atómico determina su elemento químico, y el número de
neutrones determina su isótopo. Un átomo con el mismo número de protones que de
electrones es eléctricamente neutro. Si por el contrario posee un exceso de
protones o de electrones, su carga neta es positiva o negativa, y se denomina ion.
El nombre átomo proviene del latín atomum, y éste del griego ἄτομον, sin partes; también, se deriva de «a» (no) y «tomo» (divisible);
no divisible.1 El concepto de átomo como bloque básico e
indivisible que compone la materia del universo fue postulado por la escuela atomista en la Antigua Grecia. Sin embargo, su existencia no
quedó demostrada hasta el siglo XIX. Con el desarrollo de la física nuclearen el siglo XX se comprobó que el átomo puede subdividirse en partículas más pequeñas.2 3
Los átomos son
objetos muy pequeños con masas igualmente minúsculas: su diámetro y masa son
del orden de la billonésima parte de un metro y cuatrillonésima parte de un gramo. Solo pueden
ser observados mediante instrumentos especiales tales como unmicroscopio de
efecto túnel. Más de un 99,94% de la masa del átomo está
concentrada en su núcleo, en general repartida de manera aproximadamente
equitativa entre protones y neutrones. El núcleo de un átomo puede ser
inestable y sufrir una transmutación mediante desintegración
radioactiva. Los electrones en la nube del átomo están
repartidos en distintos niveles de energía u orbitales, y determinan las propiedades químicas del mismo.
Las transiciones entre los distintos niveles dan lugar a la emisión o absorción
deradiación
electromagnética en forma de fotones, y son la base de la espectroscopia.
Elemento
Un elemento químico es un tipo de materia, constituida por átomosde la misma clase. En su forma más simple posee un
número determinado de protones en su núcleo, haciéndolo
pertenecer a una categoría única clasificada con el número atómico, aún cuando
este pueda desplegar distintas masas atómicas. Es un átomo con
características físicas únicas, aquella sustancia que no puede ser descompuesta mediante una reacción química, en otras más
simples. No existen dos átomos de un mismo elemento con características
distintas y, en el caso de que estos posean masa distinta, pertenecen al mismo elemento pero en lo
que se conoce como uno de susisótopos. También es importante diferenciar entre un
«elemento químico» de una sustancia simple.Los elementos se encuentran en latabla periódica.
El ozono (O3) y el oxígeno (O2) son dos sustancias simples, cada
una de ellas con propiedades diferentes. Y el elemento químico que forma estas
dos sustancias simples es el oxígeno (O). Otro ejemplo es el elemento químico carbono, que se presenta en la naturaleza comografito o como diamante (estados alotrópicos).
Algunos
elementos se han encontrado en la naturaleza, formando parte de sustancias
simples o de compuestos químicos. Otros han sido
creados artificialmente en los aceleradores de
partículas o en reactores atómicos. Estos últimos
son inestables y sólo existen durante milésimas de segundo. A lo largo de la
historia del universo se han ido generando la variedad de elementos químicos a
partir de nucleosíntesis en varios procesos, fundamentalmente debidos a estrellas.
Molecula
En química, se llama molécula a un conjunto de al menos dos átomos enlazados covalentemente que forman un sistema estable y eléctricamente neutro.1 2
Casi toda la química orgánica y buena parte de la química inorgánica se ocupan de la síntesis y reactividad de moléculas y compuestos moleculares. La química física y, especialmente, la química cuántica también estudian, cuantitativamente, en su caso,
las propiedades y reactividad de las moléculas. La bioquímica está íntimamente relacionada con la biología molecular, ya que ambas
estudian a los seres vivos a nivel molecular. El estudio de las interacciones
específicas entre moléculas, incluyendo el reconocimiento molecular es el campo de estudio de la química
supramolecular. Estas fuerzas explican las propiedades físicas
como la solubilidad o el punto de ebullición de un compuesto molecular.
Las moléculas
rara vez se encuentran sin interacción entre ellas, salvo en gases enrarecidos.
Así, pueden encontrarse en redes cristalinas, como el caso de las moléculas de
H2O en el hielo o con interacciones intensas pero que cambian
rápidamente de direccionalidad, como en el agua líquida. En orden creciente de
intensidad, las fuerzas intermoleculares más relevantes son: las fuerzas de Van der
Waals y los puentes de hidrógeno. La dinámica molecular es un método de simulación por computadora que
utiliza estas fuerzas para tratar de explicar las propiedades de las moléculas.
Compuesto
En química, un compuesto es una sustancia formada por la unión de dos o más elementos de la tabla
periódica. Una característica esencial es que tiene una fórmula química. Por ejemplo,
el agua es un compuesto
formado por hidrógeno y oxígeno en la razón de 2 a 1 (en número de átomos): 
.
.
En general, esta
razón fija es debida a una propiedad intrínseca (ver valencia). Un compuesto está
formado por moléculas o iones conenlaces estables y no obedece a una selección humana
arbitraria. Por este motivo el bronce o el chocolate son denominadas mezclas oaleaciones, pero no compuestos.
Los elementos de
un compuesto no se pueden dividir o separar por procesos físicos (decantación,
filtración, destilación, etcétera), sino sólo mediante procesos químicos.
Mezcla
En química, una mezcla es un sistema material formado por dos
o más sustancias puras pero no combinadas químicamente. En una mezcla no
ocurre una reacción química y cada uno de sus componentes mantiene su identidad
y propiedades químicas. No obstante, algunas mezclas pueden ser reactivas, es decir, que sus componentes pueden reaccionar
entre sí en determinadas condiciones ambientales, como una mezcla aire-combustible en un motor de combustión
interna.
Los componentes
de una mezcla pueden separarse por medios físicos como destilación, disolución, separación magnética, flotación, filtración, decantación o centrifugación. Si después de mezclar algunas sustancias,
éstas reaccionan químicamente, entonces no se pueden recuperar por medios
físicos, pues se han formado compuestos nuevos. Aunque no hay cambios químicos, en una
mezcla algunas propiedades físicas, como el punto de fusión, pueden diferir respecto a la de
sus componentes.
Las mezclas se
clasifican en homogéneas y heterogéneas. Los componentes de una mezcla pueden
ser sólidos, líquidos o gaseosos.
Teoría
Atomica de Dalton
Durante el siglo
XVIII y los primeros años del siglo XIX, en su afán por conocer e interpretar
la naturaleza, los científicos estudiaron intensamente las reacciones químicas
mediante numerosos experimentos. Estos estudios permitieron hallar relaciones
muy precisas entre las masas de las sustancias sólidas o entre los volúmenes de
los gases que intervienen en las reacciones químicas. Las relaciones encontradas
se conocen como leyes de la química. Entre las
leyes fundamentales de la Química, hay algunas que establecen las relaciones
entre masas, llamadas leyes gravimétricas y otras que relacionan volúmenes,
denominadas leyes volumétricas. John Dalton desarrolló su modelo atómico, en la que
proponía que cada elemento químico estaba compuesto por átomos iguales y
exclusivos, y que aunque eran indivisibles e indestructibles, se podían asociar
para formar estructuras más complejas (los compuestos químicos). Esta teoría
tuvo diversos precedentes.
El primero fue
la ley de conservación
de la masa, formulada por Antoine Lavoisier en 1789, que afirma que la masa total en una reacción
química permanece constante. Esta ley le sugirió a Dalton la idea de que la
materia era indestructible.
El segundo fue
la ley de las
proporciones definidas. Enunciada por el químico francés Joseph Louis Proust en 1799, afirma que, en un compuesto, los elementos
que lo conforman se combinan en proporciones de masa definidas y
características del compuesto.
Dalton estudió y
amplió el trabajo de Proust para desarrollar la ley de las
proporciones múltiples: cuando dos elementos se combinan para originar
diferentes compuestos, dada una cantidad fija de uno de ellos, las diferentes
cantidades del otro se combinan con dicha cantidad fija para dar como producto
los compuestos, están en relación de números enteros sencillos.
En 1803, Dalton publicó
su primera lista de pesos atómicos relativos para cierta cantidad de
sustancias. Esto, unido a su rudimentario material, hizo que su tabla fuese muy
poco precisa. Por ejemplo, creía que los átomos de oxígeno eran 5,5 veces más
pesados que los átomos de hidrógeno, porque en el agua midió 5,5 gramos de
oxígeno por cada gramo de hidrógeno y creía que la fórmula del agua era HO (en
realidad, un átomo de oxígeno es 16 veces más pesado que un átomo de
hidrógeno).
La ley de Avogadro le permitió deducir la naturaleza diatómica de
numerosos gases, estudiando los volúmenes en los que reaccionaban. Por ejemplo:
el hecho de que dos litros de hidrógeno reaccionasen con un litro de oxígeno
para producir dos litros de vapor de agua (a presión y temperatura constantes),
significaba que una única molécula de oxígeno se divide en dos para formar dos
partículas de agua. De esta forma, Avogadro podía calcular estimaciones más
exactas de la masa atómica del oxígeno y de otros elementos, y estableció la
distinción entre moléculas y átomos.
Ya en 1784, el
botánico escocés Robert Brown, había observado que las
partículas de polvo que flotaban en el agua se movían al azar sin
ninguna razón aparente. En 1905, Albert Einstein tenía la teoría de que este movimiento browniano lo causaban las moléculas de agua que "bombardeaban"
constantemente las partículas, y desarrolló un modelo matemático hipotético
para describirlo. El físico francés Jean Perrin demostró experimentalmente este modelo en 1911, proporcionando
además la validación a la teoría de partículas (y por extensión, a la teoría
atómica).
No hay comentarios:
Publicar un comentario