Quimica 1-apuntes Primera Unidad

LA QUIMICA Y SU IMPORTANCIA SOCIAL ¿Alguna vez te has preguntado cómo se forma la lluvia ácida, y por qué es peligrosa al medio ambiente?, ¿cómo actúa un medicamento en nuestro cuerpo para curar una cierta enfermedad?, ¿qué es lo que produce el olor en una fragancia o cosmético? El estudio de la Química te proporciona los conocimientos para dar respuesta a estas y otras preguntas. La Química no es una ciencia abstracta y complicada; por el contrario, es una ciencia aplicada que forma parte de nuestra vida. La interacción e interrelación que tenemos los seres humanos con la Química es asombrosa, muchas veces sin darnos cuenta estamos en contacto con ella, en cosas tan simples y sencillas como encender un cerillo, o tomarnos un medicamento. A su vez nos encontramos rodeados de una diversidad de productos que se obtienen por procesos químicos tales como el jabón y el shampoo con el que nos bañamos, la pintura de nuestra casa, los alimentos, la pasta de dientes, la ropa, etc. Ya no se diga de nosotros como seres humanos, que estamos constituidos por 4 elementos químicos fundamentales como lo son el oxígeno, el hidrógeno, el nitrógeno y el carbono; además somos un sistema biológico muy complejo donde se llevan a cabo un gran número de reacciones químicas durante las funciones vitales como la digestión, la respiración y la reproducción. Como puedes ver la Química esta presente en nosotros mismos, así como en nuestras actividades cotidianas. Como podrás darte cuenta el estudio de la Química tiene infinidad de aplicaciones y gracias a su investigación y desarrollo se han obtenido grandes adelantos tecnológicos para beneficio de la humanidad, haciendo más fácil y mejor la vida en nuestro planeta. Debemos considerar que los avances tecnológicos, aunque tienen como objetivo servir al hombre, algunos producen efectos adversos como son la contaminación ambiental y los cambios climáticos debido a la alteración irreversible de los ecosistemas naturales, lo cual, ya esta causando consecuencias a la humanidad. De los ejemplos más dramáticos de la contradicción que existe entre el beneficio y el perjuicio que causa la tecnología, se encuentra la aplicación de la energía nuclear. La humanidad tiene planteado el gran desafío de continuar su desarrollo sin destruir el planeta que nos dio origen, asumiendo una actitud responsable en la utilización del conocimiento científico.

DEFINICIÒN Y CLASIFICACIÒN DE LA QUÌMICA

El origen de la palabra Química no se sabe con seguridad, pero algunos autores suponen que procede del vocablo “Khemeia o Quemia”, nombre que los griegos daban antiguamente a Egipto. Otros lo derivan de “Quemia”, negro, interpretándolo como arte negro o ciencia del misterio. En el año 640 D.C. los árabes invadieron Egipto. Durante su conquista aprendieron el arte de los egipcios conocido con el nombre de “Quemia” y al continuar su invasión hacia España, llevaron estos conocimientos con el nombre de “Al-Quemia” palabra que surge al anteponer al vocablo egipcio Quemia, el artículo árabe, significando así “El arte de los egipcios”. En España por razones de fonética cambia la palabra a Alquimia y con este nombre se extiende por Europa. Para finalmente quedar como Química. La Química es la ciencia que estudia la materia y la energía, las transformaciones en su estructura, así como las leyes o principios que rigen estos cambios. Para su estudio la Química se divide en : Química General Orgánica Química Descriptiva Inorgánica Cualitativa Química Analítica Cuantitativa Agroquímica Bioquímica Química Aplicada Petroquímica Química Fisiológica, etc.

La Química General se avoca al estudio de las leyes, principios, teorías, reglas, etc, en fin, todo lo que rige a la química como ciencia. Por ejemplo: la regla de Hund, Principio de Incertidumbre, Teoría de Bohr, etc. La Química Descriptiva tiene como fin el estudio de las propiedades y características de las sustancias, sus métodos de obtención y sus principales usos o aplicaciones. Se divide en Inorgánica y Orgánica. La Química Inorgánica estudia las sustancias minerales, sobre todo a aquéllas que no tienen en su composición al elemento carbono, pero si sustancias como carbonatos, bióxidos de carbono, carbón vegetal y mineral. La Química Orgánica o del Carbono se encarga del estudio de hidrocarburos, carbohidratos, proteínas y, en general, todos los compuestos que llevan en su composición al elemento carbono, a excepción del bióxido de carbono, carbonatos metálicos y sus derivados. La Química analítica estudia, a través del análisis, que elementos constituyen a una sustancia determinada (Química Analítica Cualitativa) y, a la vez, investiga la relación en masa que guardan dichos elementos en la formación de esa sustancia, es decir, la cantidad que existe de cada elemento en una sustancia determinada (Química Analítica Cuantitativa). La Química Aplicada la podemos considerar como la culminación o aplicación de las anteriores clasificaciones, pues su dirige su atención al estudio o preparación de sustancias útiles al hombre o a su economía. Ejemplos: la Agroquímica, Bioquímica, la Petroquímica, etc.

ENFOQUE CIENTÍFICO

La Química es importante para el desarrollo de cualquier país, ya que hacia donde quiera que miremos encontramos aplicaciones suyas. Por ello podemos asegurar que es necesaria para el avance tecnológico y cultural de todos los pueblos. Por ejemplo: En la época prehistórica los pueblos progresaron con el descubrimiento del cobre. Cuando dicho elemento fue aleado con el estaño se obtuvo el bronce, lo cual los hizo progresar aun mas. Posteriormente se descubrió el hierro y al alearlo con el carbón mineral se produjo el acero, lo cual dio origen a la Revolución Industrial del siglo XVIII. Actualmente, la química es uno de los puntales del despegue tecnológico e industrial de los países. Así tenemos, por ejemplo, el caso de los fertilizantes, pues es sabido que el país que los produzca en abundancia tendrá un mayor desarrollo agrícola y ganadero. También podemos citar, entre los productos químicos importantes para el desarrollo de los países, los productos petroquímicos, los minerales, el carbón el uranio, etc. México cuenta con la mayoría de los elementos y compuestos químicos necesarios para su desarrollo; debemos conservar el equilibrio ecológico, el cual se esta olvidando en muchos países; tenemos que progresar y avanzar tecnológicamente, pero respetando la naturaleza.

LA MATERIA

Todo lo que existe en el universo está constituido de materia. La materia es parte del hombre y constituye el hábitat que lo rodea; por tanto, desde sus orígenes el hombre ha tratado de descubrir de que están hechas las cosas. Materia.- Es todo lo que nos rodea, ocupa un lugar en el espacio, que tiene masa y

volumen. Es el material del que esta hecho el universo. Por ejemplo: aire, vidrio, planetas, estudiantes, agua, etc. Masa.- Es la medida de la materia. Es la cantidad de materia que tiene un cuerpo.

Su unidad de medida es el Kg. 1 kg.---------------1000 gr. 1 tn.---------------1000kg. Cuerpo.- Es toda porción limitada de materia.

En la naturaleza podemos encontrar cuerpos de gran masa como el sol, los planetas, las estrellas, o cuerpos de masa muy pequeña como una partícula de polvo, una célula, un átomo, una molécula, un electrón. La masa es una propiedad de la materia que se considera universal, pues un cuerpo tiene la misma cantidad de masa en cualquier punto del universo. La masa puede ser medida con una balanza, para medir cantidades pequeñas se utiliza en el laboratorio la balanza granataria o analítica. Peso.- Es la fuerza gravitacional de atracción ejercida por la tierra sobre el cuerpo.

Una persona tendrá en la luna la misma masa, pero la sexta parte del peso que tiene en la tierra. El peso de un cuerpo es directamente proporcional a su masa como también a la aceleración gravitacional de atracción de la tierra. En un mismo lugar, por lo tanto dos objetos de igual masa tienen pesos iguales. Volumen.- Es el espacio que ocupa un cuerpo.

La unidad de medida del volumen es el metro cúbico (m3). 1 m3---------------1000 dm3

1dm3--------------1 Lt.

1cm3--------------1 ml

Densidad.- Representa la masa de un cuerpo contenida en la unidad de volumen.

D = m/V Su unidad de medida es el gramo por centímetro cuadrado (gr/cm3). La densidad nos da una idea de la pesadez o ligereza de un cuerpo. Cada sustancia tiene su propia densidad, es decir, no existen dos o más sustancias que tengan la misma densidad (por esto es una propiedad específica de la materia). Sustancia.- Es una porción de materia con propiedades físicas y químicas totalmente

bien definidas. Ahora definiremos las características o propiedades que nos permitan describir, identificar y diferenciar a una sustancia de otra.

PROPIEDADES DE LA MATERIA Todas las propiedades de la materia, pertenecen a una de dos categorías: Propiedades Extensivas Propiedades Intensivas

Propiedades Extensivas.- Se refieren a características que son generales para varias

sustancias. Dependen de la cantidad de materia considerada. La masa es un ejemplo, ya que mas materia significa más masa. Propiedad Intensiva.-

Se refieren a características propias de cada sustancia.

No dependen de cuánta materia se considere. Como ejemplo tenemos el punto de ebullición; cuando se calienta agua en un recipiente pequeño y uno grande la temperatura de ebullición siempre será de 100 ºC; por lo tanto, esta medida de temperatura no depende de la cantidad de sustancia. Dentro de las propiedades intensivas podemos encontrar la siguiente clasificación: Propiedades Físicas.- Es una propiedad que tiene una muestra de materia mientras no cambie su composición. Se manifiestan sin la presentación de un cambio en la estructura interna de la materia. Son aquéllas que la materia muestra por si misma, sin cambiar a otra ni por la interacción con otra sustancia. Algunos ejemplos son: el color, el punto de fusión el punto de ebullición, conductividad eléctrica, densidad, etc.

Propiedades Químicas.- Es la capacidad o (incapacidad) de una muestra de materia para experimentar un cambio en su composición bajo ciertas condiciones. Se manifiestan a través de un cambio interno en la estructura de la materia. Son aquéllas que muestran una sustancia a medida que cambia o interactúa con otra (s) sustancia (s). Algunos ejemplos son: la oxidación de un metal, la combustión de la gasolina, la corrosividad, la inflamabilidad, la incapacidad del oro para reaccionar con el ácido clorhídrico, una determinada sustancia es explosiva, etc.

CAMBIOS EN LA MATERIA----FENÒMENOS FÌSICOS Y QUÌMICOS

Fenómenos.- Son los cambios que sufre la materia, en los cuales se alteran sus

propiedades. Pueden ser físicos o químicos.

Fenómeno Físico.- Es el cambio transitorio que sufre la materia, en donde no se altera

su estructura íntima, ni se origina otro compuesto. Ocurre cuando una sustancia altera su forma física, no su composición. Un cambio físico resulta en diferentes propiedades físicas. Por ejemplo, en la siguiente figura se muestra el cambio físico que ocurre cuando el hielo se funde. El agua líquida se ve diferente del hielo, porque varias propiedades físicas han cambiado, tales como dureza, densidad y habilidad de fluir. Pero la muestra no ha cambiado su composición porque aún es agua. Hielo (sólido)

Agua (líquido)

Cambio físico (la misma sustancia antes y después del cambio. Ejemplo de fenómenos físicos podemos citar: la elasticidad, la evaporación, la cristalización, la fusión, etc.

Fenómeno Químico.- Es el cambio permanente, en el cual la estructura interna de la

materia se altera y no es reversible, originándose un nuevo compuesto químico. Un cambio químico, también llamado reacción química ocurre cuando una sustancia ( o sustancias) es convertida a una sustancia (o sustancias diferentes). Porque la nueva sustancia (o sustancias) tiene diferente composición, además de propiedades físicas y

químicas distintas. La siguiente figura muestra que un cambio químico (reacción) sucede cuando se hace pasar una corriente eléctrica a través del agua, el agua se descompone (se parte) en dos sustancias, gas hidrógeno y gas oxígeno, cada una con propiedades químicas y físicas diferentes entres ellas y con las del agua. La muestra ha cambiado su composición porque ya no es agua. Corriente eléctrica Agua

gas hidrógeno + gas oxígeno

Cambio químico (diferentes sustancias antes y después) Dentro de los ejemplos clásicos de fenómenos químicos tenemos: la oxidación, la digestión, la combustión, la fotosíntesis, etc.

CLASIFICACIÒN DE LA MATERIA

Los cuerpos o materiales pueden clasificarse ampliamente en: Homogéneos Heterogéneos

Material Homogéneo.- Es uniforme, es decir, en cualquiera de sus partes, presenta la

misma propiedad. Algunos ejemplos de estos materiales son : el agua de mar, la sal, la harina, la cal, el vidrio de una ventana, el pizarrón, un alambre de cobre, etc. Estos materiales homogéneos se pueden dividir en : Sustancias Puras Mezclas.

Las sustancias puras a su vez se subdividen en: Compuestos Elementos. Material Heterogéneo.- Únicamente tenemos una sola clasificación, que son las

Mezclas Heterogéneas. Compuestos

Sustancias Puras Homogéneos

Elementos Mezclas Homogéneas

Materiales Heterogéneos

Mezclas Heterogéneas

La materia puede clasificarse ampliamente en tres tipos: Elementos Compuestos Mezclas

ELEMENTO

Los cuerpos o materiales que nos rodean se componen de sustancias simples, las cuales no se pueden descomponer en otras mas simples, a través de un cambio químico. A este tipo de sustancias se les llama Elementos.

Elemento.- Es un conjunto de átomos que se caracteriza por tener el mismo numero

atómico. Elemento.- Es toda sustancia que ocupa un lugar en la tabla periódica.

1. Un elemento es el tipo de materia mas simple con propiedades físicas y químicas

únicas. 2. Un elemento consiste en una sola clase de átomo. Por consiguiente no puede

separarse en materia mas simple por ningún método físico o químico; es un tipo de materia cuya composición es fija. Una muestra de Silicio contiene solamente átomos de Silicio. Un punto importante a recordar es que las propiedades macroscòpicas de una pieza de Silicio, como el color, la densidad y la combustibilidad, son diferentes a las de una pieza de cobre, en otras palabras, “ cada elemento es único, porque sus propiedades atómicas son únicas”. En la antigüedad, los elementos químicos se representaban con signos, cuyo origen se remonta a épocas lejanas.

La representación de los elementos por medio de los símbolos que conocemos actualmente se debe a John Berzelius (1779 – 1848), quien propuso que el símbolo de los elementos correspondiera a la primera letra de su nombre y, si existiera repetición; entonces se agregaría una segunda letra (la primera mayúscula,y la segunda minúscula). 3. Todos los elementos tienen simbología o formula.

Por ejemplo:

Boro Carbono Oxígeno

B C O

Bismuto Selenio Cloro

Bi Se Cl

Los nombres mas antiguos de los elementos y su símbolo provienen del latìn. Por ejemplo:

El nombre de un elemento puede diferir de un idioma a otro, sin embargo el símbolo no. Por ejemplo, el nitrógeno, se llama azoto en italiano y en alemán stickstolf, pero el símbolo para el Nitrógeno en cualquier lengua es N. Algunos otros elementos se les ha denominado con el nombre del país o continente donde fueron descubiertos. Francio Europio Americio

Fr Eu Am

De igual manera se han incluido en la tabla periódica a elementos con el nombre de importantes personajes a lo largo de la historia: Einstenio Mendelevio

Es Md

Actualmente se conocen 118 elementos diferentes que se encuentran clasificados en la tabla periódica de los cuales 90 existen naturalmente en nuestro mundo y el resto han sido creados por el hombre.

COMPUESTO Compuesto.- Son producto de las reacciones químicas (fenómenos químicos) entre dos

elementos, dos compuestos, o entre un elemento y un compuesto. Compuesto.- Es un tipo de materia constituida por dos o mas elementos diferentes unidos

químicamente entre ellos. Compuesto.- Es la unión química de dos o mas sustancias cuya proporción en peso debe

ser constante y estar bien definida. Los compuestos tienen las siguientes características: 1. Los elementos que forman al compuesto son llamados constituyentes.

2. Los elementos se encuentran en proporciones definidas de masa.

Una molécula del compuesto mantiene esta masa de combinación fija, ya que consiste en una cantidad fija de los átomos que constituyen al elemento. Por ejemplo, una muestra de amoníaco contiene 14 partes de nitrógeno por masa, mas 3 partes de hidrógeno por masa. Puesto que 1 átomo de nitrógeno tiene 14 veces la masa de 1 átomo de hidrógeno, una molécula de amoníaco consta de 1 átomo de nitrógeno y 3 átomos de hidrógeno. 3. Los elementos pierden sus propiedades individuales y originales para adquirir las

características del nuevo compuesto que forman. Ejemplo: El sodio en su forma metálica reacciona violentamente con el agua, y el gas cloro venenoso de color amarillo verdoso poseen propiedades muy diferentes a las del compuesto que forman, el cloruro de sodio, blanco, cristalino, la sal de mesa.

4. Los elementos constituyentes no se pueden distinguir, son sustancias homogéneas.

5. En la formación de un compuesto existe la intervención de energía.

6. A diferencia de un elemento, un compuesto puede separarse en las sustancias mas

simples, los elementos que lo constituyen .Por definición esta separación es mediante métodos químicos y no físicos. Por ejemplo; la corriente eléctrica, puede separa el cloruro de sodio, en sodio metálico y en gas cloro. Electrólisis 2NaCl

2 Na

+

Cl2

7. Todos los compuestos tienen formula.

Ejemplos de algunos compuestos son: el agua, el azúcar, la cal, la sosa, el alcohol.

MEZCLA

Aunque hemos puesto una gran atención a las sustancias puras, casi nunca están alrededor de nosotros. En el mundo natural, la materia usualmente se encuentra en forma de mezclas; por ejemplo, una muestra de aire puro, consiste en una mezcla de muchos elementos y compuestos físicamente juntos, incluyendo oxígeno (O 2), nitrógeno (N2), bióxido de carbono (CO2), los seis gases nobles (grupo 8 A) y vapor de agua (H2O). Los océanos son una mezcla compleja de iones disueltos y sustancias covalentes incluyendo Na+, Mg2+, Cl-, SO42-, O2, CO2 y por supuesto H2O. Las rocas y los sólidos son mezclas de numerosos compuestos como: carbonato de calcio (CaCO), dióxido de silicio (SiO2), óxido de aluminio (Al2O3), óxido de hierro (III) (Fe2O3), tal ves algunos elementos (oro, plata y carbono en forma de diamante, el petróleo.

Los seres vivos contienen miles de sustancias: carbohidratos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos, etc. Mezcla.- Es la unión física, no química, de dos o más sustancias (elementos y/o

compuestos). Las mezclas en general cuentan con las siguientes características: 1. Las sustancias que forman las mezclas se llaman fases o componentes.

Se llama fase a una porción físicamente distinta de materia, que es uniforme en su composición y propiedades. Los materiales homogéneos consisten de una sola fase. Las fases de mezclas heterogéneas tienen límites y son fácilmente reconocibles. Por ejemplo, en la mezcla heterogénea de Granito, es posible identificar cristales rosados de feldespato, cristales incoloros de cuarzo y cristales negros brillantes de mica. Al determinarse el número de fases en una muestra, todas las porciones de la misma clase, se cuentan como una sola fase. Por lo tanto, se dice que el Granito consiste en 3 fases. Las proporciones pueden variar en cada muestra. 2. Los componentes o fases al unirse, no absorben ni desprenden energía.

3. En contraste con un compuesto, los componentes de una mezcla pueden variar en su

masa de combinación o dicho de otra forma los componentes que forman una mezcla se unen en proporciones variables.. Así el agua y el azúcar pueden combinarse en cantidades distintas para formar soluciones mas o menos azucaradas. Como su composición no es fija, no es una sustancia. 4. Los componentes de una mezcla conservan muchas de sus propiedades físicas y

químicas. Por ejemplo: sal en agua, la mezcla es incolora como el agua y tiene un ligero sabor al cloruro de sodio. 5. A diferencia de los compuestos, las mezclas pueden separarse en sus componentes

por métodos físicos, los métodos químicos no son necesarios.

En el caso del agua con sal, la primera puede ser eliminada por evaporación. 6. Las mezclas no tienen formula.

Existen dos clases de mezclas: Mezcla Homogénea.- Son aquéllas cuya composición y propiedades son las mismas en

cualquier punto de la mezcla, ya que sus componentes están distribuidos de manera uniforme y no se identifican a simple vista. Ejemplos tenemos: agua con azúcar, gelatina, pasta de dientes, perfumes, mayonesa, aire. Mezcla Heterogénea.- Son aquéllas cuya composición y propiedades son diferentes en

cualquier punto de la mezcla, ya que sus componentes no se distribuyen uniformemente y se pueden distinguir fácilmente. Algunos ejemplos son: agua con aceite, agua con canicas, el pozòle, los minerales, ladrillo molido con azúcar.

SEPARACIÓN DE MEZCLAS Cuando las mezclas se forman, sus componentes no se unen químicamente, por lo que es posible separarlas por medio de operaciones físicas y mecánicas, que son relativamente sencillas. La separación de mezclas se divide en:

Métodos Físicos Métodos Mecánicos

Métodos Físicos.- Son aquellos que provocan un cambio de estado físico de uno o más componentes de una mezcla con el fin de separarlos. Por ejemplo: 

Evaporación



Cristalización



Destilación



Sublimación



Solubilidad

Métodos Mecánicos.- Son aquellos que no modifican ni el estado físico ni la naturaleza química de los componentes de una mezcla al separarlos. Ejemplos: 

Decantación



Filtración



Separación Magnética



Centrifugación

Evaporación: Es la separación de un sólido disuelto en un líquido por incremento de la temperatura, evaporándose el líquido, quedando el sólido como residuo en forma de polvo seco; o dos líquidos con diferentes puntos de ebullición por medio de calor.

Agua Evaporada

Mezcla de sal y agua

Cristales de Sal

Ejemplo de Sal con Agua. En el interior de un líquido, la energía cinética de las moléculas nunca llega a ser lo suficientemente grande como para que puedan alejarse demasiado unas de otras. De tal forma que necesitamos de la aplicación de calor (energía externa- mechero de bunsen) para aumentar la energía cinética de las moléculas y sobrepasar las fuerzas de atracción, logrando con ello que las moléculas finalmente se separen y se de el cambio de fase a gas (evaporación). Esto hace que la concentración del soluto aumente hasta llegar a tener una solución saturada, es decir, tenemos contenida en la solución la máxima cantidad de soluto disuelto (hay equilibrio entre el soluto y el disolvente); es así que al seguir calentando la solución se rebasa el límite de la saturación y el soluto se manifiesta en forma de cristales (Cristalización).

Cristalización: Se basa en diferencias de solubilidad. Este procedimiento consiste en provocar la separación de un sólido que se encuentra disuelto en un líquido, mediante la evaporación de un sólido propiciando que las moléculas del sólido se agrupen en forma de cristales, el proceso involucra cambios de temperatura. Un compuesto puro se cristaliza fuera de la solución cuando se enfría. Las sustancias esenciales en chips de

computadora y otros dispositivos electrónicos modernos son purificados por este tipo de cristalización. Destilación.- Separa los componentes a través de las diferencias de volatilidad, la tendencia de una sustancia a convertirse en gas. Es la separación de una mezcla líquida cuyos componentes tienen diferentes puntos de ebullición. Consiste en la evaporación de los componentes y posteriormente la condensación utilizando un refrigerante. El éter, por ejemplo, es más volátil que el agua, que es mucho más volátil que el cloruro de sodio. A medida que se calienta la mezcla, el vapor es más rico en el componente más volátil, que puede ser condensado y colectado por separado. Punto de Ebullición.- Es la temperatura en la cual un líquido se convierte en vapor. La destilación tiene gran aplicación en la fabricación de aguardientes y alcoholes. El agua destilada, es agua que mediante este proceso ha sido purificada y así se usa en los laboratorios. Los derivados del petróleo también se obtienen por destilación: gasolina, aceite, diesel, queroseno, etc.

Sublimación.- Procedimiento utilizado en la separación de sólidos, aprovechando que algunos de ellos es sublimable; o sea, que puede pasar del estado sólido al gaseoso o viceversa, sin pasar por el estado líquido. Mediante la sublimación se purifica el azufre (S), el Yodo (I) y el Naftaleno (C10H8).

Decantación.- Es la separación de sólidos insolubles o líquidos no miscibles, de acuerdo con su densidad. Se utiliza para separar partículas grandes e insolubles en un líquido. Consiste en dejar reposar la mezcla para que el sólido sedimente y vaciar el líquido en otro recipiente. Cuando se trata de mezclas líquidas (agua y aceite) se utiliza un embudo de separación.

Filtración.- Es la separación de sólidos insolubles a través de una membrana porosa (papel filtro. Separa los componentes de una mezcla con base en las diferencias en el tamaño de la partícula; lo anterior se usa mucho para separar un líquido (partículas pequeñas) de un sólido (partículas grandes). La filtración es el paso clave de la purificación del agua que bebes del grifo.

Separación Magnética.- Consiste en colocar un imán cerca de una mezcla que contiene componentes ferromagnéticos. Centrifugación.- Es la separación de mezclas heterogéneas mediante rotación a gran velocidad, lo que provoca sedimentación de los componentes por diferencia de densidades. Se utiliza para separar un sólido insoluble, de grano muy fino y de difícil sedimentación, de un líquido. El aparato con el que se efectúa se llama Centrífuga.

Solubilidad.- Es la propiedad que tienen las sustancias de poder formar una mezcla homogénea con un disolvente. Es la cantidad que se disuelve en un volumen fijo de disolvente a una temperatura dada. Procedimiento que permite separar sólidos de líquidos o líquidos de líquidos, al contacto con un solvente que selecciona uno de los componentes de la mezcla.

Una solución es una mezcla homogénea. Con frecuencia describimos una solución es términos de una sustancia disuelta en otra: el soluto se disuelve en el disolvente. Normalmente el disolvente es el componente más abundante en una solución dada.

ESTADOS DE AGREGACION DE LA MATERIA Nuestros sentidos perciben a la materia bajo 3 presentaciones diferentes que llamamos estados físicos, los cuales dependen de dos características importantes; la intensidad de

la atracción de las moléculas de un cuerpo (cohesión), la otra característica tiene que ver por la manera que llenan los recipientes. Estado Sólido.- Las partículas que lo forman se encuentran perfectamente ordenadas, los cuerpos presentan el grado mayor de cohesión, lo que hace que las partículas que lo forman tengan muy poca movilidad y determinen el peso y la fuerza del sólido, lo que le da forma y volumen. No contienen huecos intermoleculares, lo que origina posiciones definidas y estructuras cristalinas. Los sólidos no se definen por su rigidez o dureza: el hierro sólido es rígido, pero el plomo sólido es flexible y la cera sólida es suave. Estado Líquido.- La fuerza de cohesión entre las partículas disminuye, por lo que el movimiento de las partículas aumenta, produciendo huecos intermoleculares y que se deslicen unas con otras dando origen a un volumen definido. Un líquido se adapta a la forma del recipiente, pero lo llena solo hasta la extensión que permite el propio volumen del líquido; por tanto el líquido forma una superficie. Debido a los pocos huecos intermoleculares, los líquidos son poco compresibles, lo cual hace que no se aprecie la reducción de su volumen. Estado Gaseoso.- Las partículas tienen un gran movimiento (energía cinética) debido a que desaparece la fuerza de cohesión entre moléculas. Lo anterior hace que los gases ocupen cualquier espacio que se les ponga (no tienen volumen definido), además no tienen forma, pues adquieren la del recipiente que los contenga. Un gas se adapta a la forma del recipiente pero además lo llene por completo; por tanto un gas no forma una superficie. Las partículas en estado gaseoso tienen un gran movimiento, lo cual provoca que los espacios intermoleculares sean muy grandes y que los gases sean fácilmente compresibles, o bien expandirse hasta llenar el espacio donde se encuentran.

TRANSFORMACIONES DE FASES Dependiendo de la temperatura y presión del entorno, muchas sustancias pueden existir en cada uno de los tres estados físicos y también experimentar cambios de estados. Al aumentar la temperatura, el agua sólida se convierte en agua líquida, y cuando el agua líquida hierve se cambia a agua gaseosa (llamada también vapor de agua). De manera similar, con la disminución de la temperatura, el vapor de agua se condensa a agua líquida y con mayor enfriamiento el líquido se congela a hielo. Muchas otras sustancias se comportan de la misma manera: el hierro sólido se funde a hierro líquido (fundido) y luego hierve a hierro gaseoso a mayor temperatura. Al enfriar el hierro gaseoso, éste cambia a líquido y luego a hierro sólido.

Puede ver que los cambios de estado son físicos y no químicos. Más aún, un cambio físico causado por calentamiento usualmente puede revertirse, por enfriamiento y viceversa. Para los cambios químicos, en general esto no es cierto. La materia puede cambiar de una fase o estado de agregación molecular a otro si gana o pierde energía en forma de calor. El que una sustancia sea un gas, un líquido o un sólido, depende de las interacciones entre la energía potencial de las atracciones intermoleculares (que tiende a mantener a las moléculas juntas, cohesión) y la energía cinética de las moléculas (que tiende a dispersarlas). Según la Ley de Coulomb, la energía potencial depende de las cargas de las partículas y las distancias entre ellas. El promedio de energía cinética, la cual se relaciona con la velocidad promedio, es proporcional a la temperatura absoluta. Esta interrelación entre las energías potencial y cinética afecta directamente las propiedades que definen los tres estados. La siguiente vista cinética molecular de los tres estados es una extensión del modelo usado para entender los gases. Gas.- La energía de atracción es relativamente pequeña respecto de la energía de movimiento; entonces en promedio las partículas están alejadas. Esta gran distancia interpartícula tiene varias consecuencias macroscópicas, un gas se mueve aleatoriamente a través del contenedor y lo llena. Los gases son altamente compresibles, y fluyen y se difunden a través de otro fácilmente. Líquido.- Las atracciones son fuertes porque las partículas están virtualmente en contacto. Pero su energía cinética todavía les permite voltearse aleatoriamente y rodearse unas a otras. Por tanto, un líquido adquiere la forma de su contenedor pero tiene una superficie. Con un pequeño espacio libre entre las partículas, los líquidos resisten la aplicación de una fuerza externa y así solo se comprimen levemente. Fluyen y se difunden pero mucho más lentamente que los gases. Sólido.- Las atracciones dominan el movimiento semejante a una extensión donde las partículas permanecen en una posición relativa unas con otras vibrando en su lugar. Con las partículas usualmente más cercanas que en un líquido y en posiciones fijas, un sólido tiene una forma específica. Consecuentemente los sólidos se comprimen aun menos que los líquidos, y sus partículas no fluyen de manera significativa.

Los cambios de fase están determinados también por la interacción entre la energía cinética y las fuerzas intermoleculares. Cuando se incrementa la temperatura, también aumenta la energía cinética promedio; entonces el movimiento rápido de las partículas puede sobrepasar las atracciones más fácilmente; por el contrario, las bajas temperaturas permiten a las fuerzas unir las partículas, por lo que se mueven lentamente. Que sucede cuando el agua gaseosa se congela? Primero, aparece vapor cuando las partículas forman pequeñas microgotas que luego son colectadas en un volumen de muestra de líquido con una superficie simple. El proceso de cambio de gas a líquido se denomina Condensación; el proceso opuesto, el cambio de un líquido a gas, se llama Evaporación. Con enfriamiento adicional, las partículas se mueven más lentamente y toman una posición fija, entonces el líquido se solidifica en el proceso de Congelamiento; el cambio opuesto se denomina Fundición, o Fusión. En lenguaje común, el congelamiento implica la disminución de la temperatura; porque sabemos pensar en agua, pero muchas otras sustancias se congelan a temperaturas mucho mayores. El Oro, por ejemplo, se congela (solidifica) a

1 064o C.

Los cambios de entalpía acompañan a los de fase. Como las moléculas de un gas se atraen unas a otras y se acercan en el líquido, y luego se fijan en el sólido, el sistema de partículas pierde energía, que se libera como calor. Entonces, la condensación y el congelamiento son procesos exotérmicos. Por otro lado, debe absorberse energía para sobrepasar las fuerzas de atracción en un líquido que mantiene las partículas juntas y en un sólido que las conserva fijas en su lugar. Por tanto, la fusión y la evaporación son procesos endotérmicos.

El agua es típicamente la más pura de las sustancias y requiere menos energía para fundir 1 mol de sólido que para vaporizar 1 mol de líquido. La diferencia ocurre porque un cambio de fase es esencialmente un cambio en la distancia intermolecular y la libertad de movimiento. Entonces, para sobrepasar las fuerzas que mantienen a las moléculas en sus posiciones fijas (para fundir un sólido) se requiere menos energía que para separarlas completamente unas de otras (para vaporizar un líquido).

Estamos familiarizados con los tres estados del agua porque son estables bajo condiciones ordinarias. El dióxido de carbono, por otro lado, existe comúnmente como gas y como sólido (hielo seco), pero el CO2 líquido se encuentra sólo a presiones externas mayores de 5 atm. Así, en condiciones ordinarias, CO2 el sólido se convierte en gas sin convertirse primero en líquido. Este proceso se denomina Sublimación. En un día frío, puede secar su ropa en un lazo, aunque puede estar tan frío para que el hielo se funda, porque el hielo se sublima. Los alimentos congelados se preparan por sublimación. El proceso opuesto, el cambio de un gas directamente en sólido, se denomina Depositación – habrá visto los cristales de hielo formados en una ventana fría por depositación de vapor de agua. Fusión.-

Es el cambio del estado sólido al líquido por calentamiento. Por ejemplo, cuando

se derrite una barra de mantequilla en un sartén caliente. Es el cambio del estado líquido al sólido por disminución de la

Solidificación.-

temperatura. Por ejemplo, la formación de cubos de hielo al enfriarse el agua en el congelador. Evaporación.-

Es el cambio del estado líquido al gaseoso por incremento de la

temperatura. Por ejemplo, cuando hervimos agua parte de ésta se evapora. Condensación.-

Es el cambio de estado gaseoso al líquido por enfriamiento. Por ejemplo,

cuando se empañan los vidrios de las ventanas. Licuefacción.-

Un gas cambia al estado líquido por el aumento de presión.

Sublimación.-

Es el paso directo de sólido a gas sin pasar por el estado líquido. Por

ejemplo, las pastillas desodorantes para el baño, el yodo, la naftalina y el alcanfor se subliman. Deposición.-

Un gas cambia al estado sólido sin pasar por el estado líquido.

COMPOSICIÒN DE LA MATERIA ÀTOMO

-

MOLÈCULA

-

IÒN

Átomo.- Es la menor cantidad de una sustancia que interviene en una reacción química. Átomo.- Es una entidad esférica, eléctricamente neutra, compuesta de un núcleo central

cargado positivamente rodeado por uno o mas electrones con carga negativa. Las sustancias, sean compuestos o mezclas, están constituidas por pequeñas partículas llamadas moléculas. Molécula.- Es la parte más pequeña de la materia que conserva las propiedades del

cuerpo original. Molécula.- Es una unidad estructural independiente constituida por dos o mas átomos

unidos químicamente entre si. Por ejemplo, una gota de agua puede dividirse en infinidad de gotitas minúsculas que conservan todas las características del cuerpo original. Al final de esas divisiones vamos a llegar a lo que llamamos molécula (H2O); la cual esta compuesta por 2 átomos de Hidrógeno y 1 átomo de Oxígeno. Moléculas Diatòmicas.-

Contienen solo dos átomos.

Moléculas Poliatòmicas.-

Contienen más de dos átomos H2O

H2

Molécula

Las moléculas son consideradas como la parte unitaria de un compuesto, a su representación abreviada se le llama fórmula, la cuál nos indica en que proporción interviene cada elemento químico en una molécula. La relación que guardan entre si los elementos se expresa por medio de números colocados en la parte inferior de cada símbolo, a los cuales se les llama subíndices. Los coeficientes , al igual que en álgebra, son los números que anteceden a la formula, y nos indican el número de moléculas presentes. Así 5 H2SO4, nos indica que se trata de 5 moléculas de Ácido Sulfúrico, en donde existen 10 átomos de Hidrógeno, 5 de Azufre y 20 de Oxígeno. La fórmula tiene, por una parte, un valor cualitativo, es decir, sirve para conocer los elementos que forman un compuesto, por otra, un valor cuantitativo, o sea, permite

saber la cantidad de átomos de cada elemento que forman una molécula y su relación en pesos. La fórmula la podemos dividir en 3 clasificaciones: Fórmula Mínima o Empírica.- Es la representación más sencilla de los elementos de un

compuesto. Fórmula Molecular o Verdadera.- Es aquélla que representa el número real de átomos de

cada elemento presentes en la molécula de un compuesto. Fórmula Estructural o Desarrollada.- Es aquélla que nos muestra la disposición

espacial de los átomos en la molécula, esto es, el número de átomos y los enlaces entre ellos. FORMULAS Empírica

Molecular

Desarrollada

H CH4

C2H6

H

C

H

H

Iòn.- Es un átomo o grupos de átomos que tienen una carga neta positiva o negativa.

El número de protones, cargados positivamente del núcleo permanece igual durante los cambios químicos (reacciones químicas), pero se pueden perder o ganar electrones, cargados negativamente. Si catalogamos a los iones por su carga, tenemos la siguiente clasificación: •

Es un iòn con carga neta positiva; debido a que un átomo neutro

Catiòn (+).-

pierde uno o más electrones. •

Es un iòn cuya carga neta es negativa, debido a un incremento en

Aniòn ( - ).-

el número de electrones.

11

+

Na 2e-

8e-

1e-

17

7e-

8e-

2e-

Cl

+

Na11 2eElemento

Na

+

8e-

17

8e-

8e-

2e-

Protones (+)

Electrones (-)

Catiòn o Aniòn

Na

Neutro Iòn

11 11

11 10

Na+

Cl

Neutro Iòn

17 17

17 18

Cl-

Cl

Cl

Na+

+

Cl-

NaCl Cloruro de Sodio

Si clasificamos a los iones de acuerdo al número de átomos que conforman el iòn, tenemos la siguiente división: •

Iòn Monoatómico.- Contiene solo un átomo.

•

Iòn Poliatòmico.- Contiene más de un átomo.(OH)-, NH4+

Na+, Cl-