INTRODUCCIÓN A LA QUÍMICA Y CONCEPTOS BÁSICOS
La Química suele intervenir en la resolución de problemas del medio
ambiente, la industria y las áreas que se relacionan con la salud.
La Química es el estudio de la composición, estructura,
propiedades y reacciones de la materia.
Las sustancias químicas están presentes
en los alimentos, medicinas, vitaminas, pinturas, pegamentos, productos de
limpieza, materiales de construcción, automóviles, equipo electrónico y
deportivo, y cualquier otra cosa que tengas al alcance.
Etapas evolutivas de la Química
Durante muchos siglos, la Química se ha encargado de estudiar la
materia. Los filósofos griegos y alquimistas del siglo V a.C., pensaban que
toda la materia se componía de cuatro elementos: tierra, aire, fuego y agua,
con las cualidades de calor, frío, húmedo y seco. Esa teoría estuvo presente
toda la Edad Media (hasta el siglo 1500 d.C., aproximadamente).
Robert Boyle, científico inglés, publicó su libro The sceptical chymistk (El
químico escéptico) en 1661 donde explica acerca de las sustancias a
las que llamó elementos: no se pueden descomponer en algo más
simple; también menciona que si combinan dos o mas elementos se formaría una
sustancia completamente diferente a la que se le llamaríacompuesto.
Antoine Lavoisier (1743 – 1794), científico francés,
incluyó una tabla de 33 elementos en el primer texto de Química moderno
llamado Tratado elemental de Química (1789), algunos de estos
materiales no eran elementos pero Lavoisier fue el primero en utilizar nombres
modernos y sistemáticos. Lavoisier llevó a cabo muchos experimentos
cuantitativos, encontró que cuando se quema carbón mineral, se combina con
oxígeno para formar dióxido de carbono, fue el primero en comprender el rol del
oxígeno en la combustión, descubrió que un animal que respira consume oxigeno y
forma dióxido de carbono, entonces ligó la combustión con la respiración. No se
equivocó. Por su trabajo enfocado a establecer a la Química como una ciencia
cuantitativa se le considera el “padre de la Química moderna”.
Ramas de la Química y su relación con otras ciencias
La Química es una ciencia que estudia la materia, su estructura interna,
sus cambios, sus relaciones con energía, estudia las leyes que rigen a los
cambios y las relaciones con la energía. Es decir, estudia cómo está formada la
materia, y sus transformaciones.
A la Química se le describe con frecuencia como la ciencia fundamental.
Ya que si estudias biología, geología o física, encontrarás temas en donde la
Química intervendrá.
El campo de estudio de la Química es muy amplio, sin embargo se enlistan
algunas ramas que se derivan de la Química:
Química general: rama que estudia los principios básicos generales
de la estructura interna de la materia y sus propiedades.
Química inorgánica: estudia las sustancias de origen mineral, es
decir, todos los compuestos de la tabla periódica, excepto el carbono, a menos
que esté oxigenado.
Química orgánica: su campo de estudio se refiere a los compuestos
derivados del carbono que están hidrogenados y el nombre de orgánica es debido
al origen de su teoría que se pensaba que las sustancias orgánicas solamente
son las que tienen vida o son originadas por los seres vivos, en la actualidad
no es así.
Química analítica: estudia los métodos para determinar y reconocer
los constituyentes de los compuestos, analizando cualitativamente (calidad,
qué) y cuantitativa (cantidad, cuánto).
Fisicoquímica: comprende las leyes básicas de la Química, comprende también las
teorías e hipótesis que la explican.
Bioquímica: estudia los procesos químicos que ocurren en (o por causa de) los
seres vivos.
Al relacionar a la Química con otras ciencias, se originan ciencias
intermediarias que enlazan a la Química.
ACTIVIDAD:
1.
Menciona un producto de cada una de las siguientes industrias:
a.
Agrícola
b.
Ganadera
c.
Papelera
d.
Alimentaria
e.
Metalúrgica
f.
Electrónica
g.
Del vidrio
h.
Textil
i.
Farmacéutica
j.
Petroquímica
k.
Minera
l.
Cerámica
m.
Cosmética
n.
Cementera
o.
Automotriz
p.
Biomédica
2. Escribe la definición de Química Inorgánica y cual es su
importancia para la carrera que estudias.
3. Leer "La Química y el buceo en aguas profundas
(Burns, 2003)" para contestar unas preguntas que se encuentran
debajo de la lectura:
La Química y el buceo en aguas profundas
Joel
Hilderbrand, químico destacado y profesor de la Universidad de California en
Berkeley, publicó en 1916 un trabajo de investigación sobre solubilidad. En
su artículo, Hilderbrand describía una investigación básica sobre la
solubilidad de los gases en los líquidos; es decir, qué cantidad de cierto
gas se disuelve en un líquido determinado en condiciones específicas. Predijo
que el helio seria menos soluble que cualquier otro gas, y propuso entonces
una mezcla de helio y oxígeno en vez de aire, que es una mezcla
principalmente de nitrógeno y oxígeno, para el buceo en aguas profundas.
Cuando el buzo utiliza aire, el nitrógeno se disuelve en su sangre. Conforme
el buzo sube a la superficie, se separan burbujas de nitrógeno de la sangre,
las cuales provocan una dolorosa afección medica conocida como enfermedad del
buzo, o trombosis por descompresión. Este problema se evita utilizando una
mezcla de oxígeno y helio, porque el helio es menos soluble que el nitrógeno
en la sangre.
Los buzos profesionales de aguas profundas utilizan ahora mezclas de helio y
oxígeno. Gracias a que Hilderbrand tuvo curiosidad por la solubilidad de los
gases en los líquidos (un tema de investigación básica), estos buzos ya no
necesitan preocuparse tanto como antes por esa dolorosa afección (una
aplicación básica). […]
|
a.
¿Qué gas es el que les produce malestar a los buzos?
b.
¿Cuál es la “enfermedad de los buzos”?
c.
¿Qué es trombosis?
d.
¿Qué gas se utiliza en los tanques de los buzos profesionales?
e.
¿Por qué los buzos no tienen de qué preocuparse?
CONCEPTOS BÁSICOS:
Materia es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio y además posee masa e
inercia.
La materia se presenta en estados como:
Gaseoso
|
La
distancia entre moléculas es muy grande y las fuerzas intermoleculares son
despreciables. Las colisiones entre moléculas y las paredes del recipiente
son perfectamente elásticas (no pierden energía).
• Expansión:
llenan todo el espacio donde se contienen (ejemplo: los tanques de gas).
• Forma:
indefinida.
• Volumen:
indefinido.
• Compresibilidad:
se pueden comprimir, disminuir el volumen al aplicar una fuerza.
• Baja
densidad: las densidades son inferiores a líquidos y sólidos.
• Miscibilidad:
si dos o más gases no reaccionan al juntarse, se mezclan de manera uniforme.
|
Liquido
|
La
distancia entre moléculas es pequeña y éstas cambian de lugar ordenadamente
sin ocupar posiciones definidas; las fuerzas de cohesión y repulsión están en
equilibro.
• Expansión
limitada: no se expanden indefinidamente como los gases.
• Forma:
del recipiente que los contiene.
• Volumen:
presentan volumen fijo.
• Compresibilidad:
se comprimen ligeramente cuando ocurre algún cambio de temperatura o presión.
• Alta
densidad: su densidad es mucho mayor a la de los gases.
• Miscibilidad:
un líquido se mezcla con otro cuando es soluble.
|
Sólido
|
Las
moléculas se encuentran más cercanas entre sí. Las fuerzas que predominan
entre ellas es cohesión. Por tanto el movimiento de moléculas consiste en
vibración en torno a puntos fijos.
• Expansión:
no se expanden, a menos que la temperatura varíe y es muy pequeña la
expansión.
• Forma:
tienen forma definida.
• Volumen:
su volumen es definido.
• Compresibilidad:
los sólidos no se pueden comprimir.
• Alta
densidad.
• Miscibilidad:
se mezclan con gran lentitud de tal forma que no lo podemos apreciar,
ejemplo: la formación de las rocas.
|
Cristal liquido
|
Al
fundir un sólido se desintegran sus redes cristalinas y pueden perder su
patrón tridimensional, pero los cristales líquidos pierden
su rigidez de sólo dos dimensiones. Las fuerzas interpartículas son débiles y
su ordenamiento se rompe con facilidad y puede fluir como líquido.
Se usa
en las pantallas de cristal líquido (LCDLiquid Cristal Display ,
en inglés), en relojes digitales, termómetros digitales, calculadoras ylaptop, porque
además este material puede cambiar de color a temperaturas específicas.
|
Material amorfo
|
Tiene
una red cristalina desarticulada e incompleta, a pesar de tener forma y
volumen fijos no se consideran sólidos. Ejemplos: cera, mantequilla, algodón
de dulce, etcétera.
|
Plasma
|
Es un
gas ionizado que conduce corriente eléctrica pero es eléctricamente neutro.
Se forma a temperaturas muy elevadas, cuando la materia absorbe energía y se
separa formando iones positivos y electrones. En las estrellas, la energía
que ionizan los gases se produce como consecuencia de reacciones de fusión
nuclear.
|
Energía es aquella que provoca cambios, pueden ser físicos, químicos o
nucleares. La energía existe en forma potencial y cinética. La energía se puede
manifestar en energía:
·
Química
·
Nuclear
·
Mecánica
·
Magnética
·
Calorífica
·
Luminosa
·
Eléctrica
·
Sonora
Energía cinética. Es la energía que tienen los cuerpos en virtud a
su actividad química. Depende de dos factores: masa y velocidad. Desde el punto
de vista químico, es la energía liberada o absorbida mientras se reaccionan los
compuestos.
Energía potencial. Es la energía que se encuentra almacenada en un
cuerpo. Desde el punto de vista químico, es la capacidad que tienen las
sustancias de liberar o absorber energía antes de reaccionar con otra
sustancia.
Calor específico. Es la propiedad específica de la materia que
expresa la cantidad de calor que requiere elevar un grado Celsius de
temperatura a un gramo de sustancia.
Mezcla, compuesto y elemento
La materia, como puedes observar en el diagrama, se compone de
sustancias puras y mezclas.
Sustancia pura. Es un tipo de materia que tiene una composición fija o definida. Hay
dos tipos de sustancia pura: elementos y compuestos.
Elemento. Es una sustancia pura que no se puede descomponer en sustancias más
simples por métodos físicos o químicos. En la naturaleza se encuentran 91
elementos, entre ellos el cobre, el oxígeno y el oro; también hay varios
elementos que no existen en la naturaleza sino que han sido desarrollados por
los científicos.
Compuesto. Es una combinación de dos o más elementos diferentes que se unen
químicamente. Muchas de las sustancias con las que estas familiarizado, y
también gran parte de la materia del universo se presenta en forma de
compuesto. El agua, la sal de mesa, el azúcar y la aspirina son ejemplos de
compuestos.
Mezclas. Es la reunión de dos o mas sustancias puras, en la cual cada una de
ellas mantiene sus propiedades químicas individuales. La composición es
variable y la cantidad de mezclas que se pueden crear es infinita. Las mezclas
se clasifican en homogéneas y heterogéneas.
Homogéneas. Tiene composición constante, siempre está en una fase única.
Heterogéneas. Se les conoce como soluciones y están presentes en los tres estados:
sólido, líquido y gaseoso.
Métodos físicos de separación.
Como la mayor parte de la materia esta mezclada, los científicos para
analizarla separan las mezclas en sus sustancias componentes.
Filtración. Técnica que usa una barrera porosa para separar un sólido de un
líquido.
Destilación. Se basa en las diferencias de los puntos de ebullición de las
sustancias involucradas. Se calienta hasta que la sustancia más volátil se
convierte en vapor y luego se puede condensar y recoger.
Cristalización. Da como resultado la formación de partículas sólidas puras de la
sustancia a partir de una solución que contenía dicha sustancia.
Cromatografía. Separa los componentes de una mezcla aprovechando la tendencia de cada
componente a desplazarse por la superficie de otro material
Decantación . En este método se deja reposar durante cierto
tiempo una mezcla de componentes sólidos y líquidos, para que la acción de la
gravedad los separe.
Centrifugación . En ocasiones la sedimentación del sólido es muy
lenta y se puede acelerar mediante la fuerza centrifuga. Se coloca la mezcla en
recipientes que se hacen girar a gran velocidad y los componentes menos densos
(menos pesados) se depositan en el fondo.
Evaporación. Separa un sólido de un líquido, cuando se quiere recuperar el sólido.
Se calienta la mezcla, se evapora el componente líquido, y queda el sólido en
el recipiente.
Sublimación. Se usa para separar al yodo de otros materiales sólidos (el yodo se
sublima al calentarlo, pasa de sólido a gaseoso sin pasar por el líquido) luego
el gas se condensa en una superficie fría.
Propiedades y cambios
Propiedades físicas. Son las características que presenta la materia
sin alterar su estructura interna, sin transformarse en otras sustancias.
Ejemplos:
·
Cambios de estado.
·
Color.
·
Olor (organolépticas).
·
Sabor (organolépticas).
·
Dureza.
·
Punto de fusión.
·
Punto de ebullición.
·
Densidad.
·
Calor específico.
·
Maleabilidad.
·
Ductilidad.
·
Solubilidad.
·
Etcétera.
Propiedades químicas. Son aquellas que presenta la materia al
transformarse de una sustancia a otra diferente, alterando su estructura
interna. Ejemplo:
·
Combustibilidad.
·
Comburencia.
·
Oxidación.
·
Facilidad de transformarse en otra sustancia.
·
Facilidad de combinarse con otra sustancia.
Cambios físicos. Son aquellos fenómenos físicos cuando la materia
sufre cambios sin alterar su estructura interna. Ejemplos:
·
Doblar un alambre.
·
Fragmentar un trozo de madera.
·
Calentar agua.
·
Cualquier cambio de estado.
Cambios químicos. Son los fenómenos químicos que producen
alteraciones en la estructura interna de la materia. Se le denomina reacciones
químicas. Ejemplos:
·
Combustión.
·
Oxidación de hierro.
·
Agriado de la leche.
·
Cocinar alimentos.
·
Digestión.
Cambios de estado de la materia
Los cambios de estado son cambios físicos ,
ya que no se modifica la composición interna de la sustancia. Los cambios de
estado pueden ser endotérmicos y exotérmicos.
Cambios endotérmicos de estado, absorben energía para
llevarse a cabo: requiere que se les aplique calor o incremento de temperatura.
Son: fusión, vaporización y sublimación.
Cambios exotérmicos de estado, son los que liberan energía
o calor, se enfrían o disminuye la temperatura. Son condensación, salificación
y deposición.
Fusión: cambio de estado sólido a estado líquido.
Vaporización: estado líquido se convierte en estado gaseoso.
Sublimación: cambia de estado sólido a gaseoso sin pasar por el estado líquido.
Condensación: cambio de estado gaseoso a estado líquido.
Solidificación: cambio del estado líquido a estado sólido.
Deposición: cambio del estado gaseoso al estado sólido sin pasar por el estado
líquido.
ACTIVIDAD:
Realiza
los siguientes ejercicios.
I.Identifica cada uno de los siguientes ejemplos
como una propiedad física o química:
a.El oro es brillante.
b.El oro se funde a 1064º C.
c.El oro es buen conductor de electricidad.
d.Cuando el oro reacciona con azufre amarillo se
forma un compuesto sulfuroso negro.
II.Clasifica cada uno de los siguientes ejemplos
como una mezcla homogénea o heterogénea:
a.Pastel con helado.
b.Té de hierbas.
c.Aceite vegetal.
d.Agua y arena.
e.Mostaza.
III.Identifica cada uno de los siguientes ejemplos
como una propiedad física o química:
a.Una vela tiene 10 pulgadas de alto y 2 pulgadas
de diámetro.
b.Una vela arde.
c.La cera de una vela se suaviza en un día cálido.
d.Una vela es azul.
IV.Clasifica cada uno de los siguientes ejemplos
como elemento, compuesto o mezcla:
a.Carbono en los lápices.
b.El dióxido de carbono (CO2) que exhalas.
c.Jugo de naranja.
d.Gas neón en luces.
e.Un aderezo de aceite y vinagre para ensaladas.
V.Identifica cada uno de los siguientes estados
como sólido, líquido o gas:
a.Palomitas de maíz en una bolsa.
b.Agua en una manguera de jardín.
c.Un ratón de computadora.
d.Aire en una llanta.
e.Té caliente en una taza.
VI.De los ejemplos que se mencionan, identifica aquellos
que implican un cambio químico:
a.La madera arde en una estufa de leña.
b.A una planta le brota una nueva hoja.
c.La madera se corta para la chimenea.
d.En el pasto se forma escarcha de nieve.
VII.Identifica cada uno de los siguientes casos como
un cambio físico o cambio químico:
a.El cabello corto crece hasta que está largo.
b.Las zanahorias se rayan para usarse en la
ensalada.
c.La malta experimenta fermentación para hacer
cerveza.
d.Una tubería de cobre reacciona con el aire y se
vuelve verde
|
links de consulta:
Desde la Antigüedad, el ser humano se ha cuestionado de qué estaba hecha la materia.
