¿Que es la Química?
La química es una de las ramas básicas de la ciencia que se ocupa de estudiar la estructura, composición y propiedades de la materia así como los cambios energéticos e internos que experimenta, con un origen basado en el conocimiento desarrollado por los antiguos alquimistas la química actual ha permitido la creación de nuevos materiales, nuevas medicinas así como nuevas fuentes de energía entre otros avances tecnológicos.
Ramas de la Química
Podemos considerar a la química como el tronco de un gran árbol cuyas ramas son diferentes disciplinas científicas las cuales se nutren y se basan en los principios desarrollados e investigados por la química. Existen numerosas ramas de este gran árbol citando entre las más importantes:
Química inorgánica - Estudia todos aquellos compuestos y reacciones de materiales que no contienen átomos con enlaces de carbono/hidrógeno como son los metales, los minerales o los materiales cerámicos. La fibra óptica, el hormigón utilizado en las construcciones o los chips electrónicos son aplicaciones de la química inorgánica.
Química orgánica - A diferencia de la inorgánica esta disciplina estudia el resto de compuestos que contengan átomos con enlaces carbono/hidrógeno como los hidrocarburos, las células o las proteínas.
Bioquímica - Estudia la materia y las reacciones que se producen en los organismos vivos como plantas, animales y seres humanos
Química analítica - Estudia los procedimientos y técnicas para la determinación de la composición interna de cualquier sustancia mediante técnicas de laboratorio. La cantidad de contaminantes contenidos en el aire, los detectores de alcohol o incluso el estudio del genoma humano son aplicaciones de esta rama.
Fisicoquímica - Estudia la materia y sus transformaciones aplicando conocimientos físicos como el movimiento, el tiempo, la energía, las fuerzas, etc...
Tabla Periódica
No Metales
Metales
Metales de valencia variable (M.V.V)
Escalas Termométricas
Las escalas termométricas son las que se usan para
indicarnos la temperatura tomando como base unos puntos de referencia.
Escala celsius o centigrados
El cientifico sueco Anders Celsius (1709-1744) construyo por
primera vez la escala termométrica, eligió como puntos fijos la fusión de hielo
y la ebullicion del agua verificando que los cambios eran constantes a la presión atmosférica.
los valores se escriben como:
100º c y 0ºc leyéndose cien y cero grados centigrados
respectivamente.
Escala Fahrenheit
Propuesta por Gabriel Fahrenheit 1724. esta escala difiere
de la celsius de los valores de los puntos fijos y el tamaño de los grados. los
puntos fijos son los de ebullicion y fusión de una disolución de cloruro de amoniaco en agua.
el punto fijo vale 32 y el segundo 212.
Escala Kelvin o absoluta
Propuesta por Lord Kelvin, en la escala absoluta al 0º le
corresponde a
273.15k mientras que los 100º corresponde a 373.15.
en la escala kelvin no existen temperaturas bajo o
(negativas).
Escala Rankie
fue propuesta por el físico e ingeniero escoses Willian
Rankie en 1859, tiene su punto absoluto en -459.67ºf y los intervalos de grado
Fahrenheit, carece de valores negativos.
Ley de Conservación de la Energía Einstein
La energía no se puede crear ni destruir; se puede
transformar de una forma a otra, pero la cantidad total de energía nunca
cambia. Esto significa que no podemos
crear energía, es decir, por ejemplo: podemos transformarla de energía cinética
a energía potencial y viceversa.
La energía cinética y la energía potencial son dos
ejemplos de las muchas formas de energía.
La energía mecánica considera la relación entre ambas.La energía
mecánica total de un sistema se mantiene constante cuando dentro de él solamente
actúan fuerzas conservativas.
Fuerzas conservativas
Las fuerzas conservativas tienen dos propiedades
importantes
Si el trabajo realizado sobre una partícula que se
mueve entre cualesquiera dos puntos es independiente de la trayectoria seguida
de la partícula.
El trabajo realizado por una fuerza conservativa a lo
largo de cualquier trayectoria cerrada es cero.
Fuerzas no conservativas
La propiedad más importante para clasificar una fuerza
como no conservativa es cuando esa fuerza produce un cambio en la energía
mecánica, definida como la suma de la energía cinética y potencial. El tipo de energía asociada a una fuerza no
conservativa puede ser un aumento o disminución de la temperatura.
Historia: modelos atómicos
1808 John Dalton
Durante el s.XVIII y principios del XIX algunos
científicos habían investigado distintos aspectos de las reacciones químicas,
obteniendo las llamadas leyes clásicas de la Química.
La imagen del átomo expuesta por Dalton en su
teoría atómica, para explicar estas leyes, es la de minúsculas partículas
esféricas, indivisibles e inmutables,
iguales entre sí en cada elemento químico.
1897 J.J. Thomson
Demostró que dentro de los átomos hay unas
partículas diminutas, con carga eléctrica negativa, a las que se llamó
electrones.
De este descubrimiento dedujo que el átomo debía
de ser una esfera de materia cargada positivamente, en cuyo interior estaban
incrustados los electrones.
(Modelo atómico de Thomson.)
1911 E. Rutherford
Demostró que los átomos no eran macizos, como se
creía, sino que están vacíos en su mayor parte y en su centro hay un diminuto
núcleo.
Dedujo que el átomo debía estar formado por una
corteza con los electrones girando alrededor de un núcleo central cargado
positivamente.
(Modelo atómico de Rutherford.)
1913 Niels Bohr
Espectros atómicos discontinuos originados por la
radiación emitida por los átomos excitados de los elementos en estado gaseoso.
Propuso un nuevo modelo atómico, según el cual
los electrones giran alrededor del núcleo en unos niveles bien definidos.
(Modelo atómico de Bohr.)
Ley de las Octavas
John Newlands un químico inglés, redactó un
trabajo en 1863 en el que clasificaba los 56 elementos estableciendo 11 grupos
basados en propiedades físicas similares y mencionaba que en muchos pares de
elementos similares existían diferencias en la masa atómica relacionadas con
algún múltiplo de ocho.
En 1864 Newlands publicó su versión de la tabla
periódica y propuso la Ley de las Octavas (por analogía con los siete intervalos
de la escala musical). Esta ley establecía que un elemento dado presentaría
unas propiedades análogas al octavo elemento siguiendo la tabla.
Tipos de fórmulas químicas
Las fórmulas químicas proporcionan información
sobre la composición química de un compuesto dando las cantidades relativas de
sus elementos. Es posible utilizar diferentes tipos de fórmulas químicas para
determinar cómo dos o más elementos reaccionarán cuando se combinen, cómo se
verá la estructura molecular de un compuesto o simplemente las proporciones
entre los elementos.
Fórmula empírica
La fórmula empírica, de acuerdo a los Free
Teaching Resources, expresa las relaciones entre los elementos en un compuesto
en sus formas más simples. Por ejemplo, la fórmula de una sola molécula de
glucosa, o azúcar, es C6H12O6. Esto se traduce en seis átomos de carbono, 12
átomos de hidrógeno y seis átomos de oxígeno. Reducido a su forma empírica, la
glucosa se lee como CH2O. Por cada átomo de carbono u oxígeno, la glucosa
tiene dos átomos de hidrógeno. Cuando se proporciona una sustancia de una masa
de conjunto, puedes utilizar la fórmula química empírica para determinar las
masas relativas de los elementos que la componen.
Fórmula estructural
La fórmula estructural de un compuesto utiliza un
boceto para denotar diferentes elementos que componen una sola molécula de un
compuesto. Los compuestos totalmente diferentes, llamados isómeros, pueden
formarse incluso con el mismo número de átomos, dependiendo de la estructura de
la unión. De acuerdo con el Departamento de Química de la Universidad Estatal
de Michigan, puedes representar uniones de tres dimensiones en dos dimensiones
dibujando cuñas sólidas de color para representar las uniones que llegan a un
primer plano y el dibujo de cuñas de trazos horizontales para las uniones que
llegan a un segundo plano. Las líneas rectas denotan las uniones en el plano de
la superficie del átomo original, generalmente de carbono. Las fórmulas
estructurales, cuando se trata de sólidos, pueden darte una imagen de cómo se
formará una posible estructura cristalina.
Fórmula molecular
Cuando se trata de compuestos que tienen un
enlace covalente a nivel molecular, debes utilizar la fórmula molecular. Ésta
denota el número de átomos de cada elemento que existe en una sola molécula.
Utiliza la abreviatura periódica de los elementos junto con los números
subíndices. Por ejemplo, podrías escribir la fórmula molecular de la glucosa
como C6H12O6. Un coeficiente en el principio de la fórmula indica cuántas
moléculas tiene. La fórmula de dos átomos de glucosa se traduce a 2C6H12O6.
Nomenclatura Inorgánica: Compuestos binarios
En la naturaleza existen numerosos compuestos que
deben representarse e identificarse de acuerdo a la capacidad de combinación
con que actúan los elementos que intervienen en ellos.
Por tanto la nomenclatura química es el sistema
de normas, comunes en todo el mundo, para denominar a los elementos y
compuestos químicos.
El organismo encargado de dictar tales normas se
llama Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC).
Clasificación de los compuestos químicos según el
número de elementos que los constituyen.
Compuestos binarios:
Óxidos básicos: Son combinaciones binarias de
un metal con el oxígeno en las que el oxígeno utiliza el grado o estado de
oxidación -2. La fórmula general que identifica a estos óxidos es la siguiente,
donde M es el metal, 2 es la valencia o estado de oxidación del oxígeno, O es
el oxígeno y v es la valencia del metal.
Para su nomenclatura se puede utilizar la
nomenclatura IUPAC ,Stock o funcional (la más utilizada) y la nomenclatura
tradicional.
Nomenclatura IUPAC: Utiliza la palabra
"óxido" seguida de la partícula "de" y el "nombre del
metal"; si este posee más de una valencia o grado de oxidación, se indica
con cifras romanas.
Ejemplos
Na2O Óxido de sodio
FeO Óxido de ferro(II)
Fe2O3 Óxido de ferro(III)
OBS: En el caso de la fórmula del óxido de hierro
(II) se han simplificado las valencias Fe2O2 ------ FeO.
Nomenclatura Tradicional: Consiste en agregar a
la palabra óxido el nombre del elemento terminado en "ico" (si actúa
con su valencia mayor) u "oso" (si actúa con su valencia menor). Si
el elemento posee una sola valencia se le hará terminar en "ico".
Ejemplos:
Na2O óxido sódico
CaO óxido cálcico
Hg2O óxido mercurioso
Fe2O3 óxido férrico
Para nombrarlos, se utiliza la nomenclatura de
proporciones o sietmática (clásicamente se les denominaba anhídridos). Para
nombrarlos también se utiliza la nomenclatura de Stock y tradicional, teniendo
presente que cuando se les nombra en la nomenclatura tradicional la palabra
óxido se cambia por anhídrido.
Ejemplo: Nota:
Cuando nombremos algunos compuestos en la
nomenclatura tradicional, debemos tener en cuenta que algunos elementos cambian
su nombre por su raíz correspondiente.
Como en la nomenclatura tradicional se utilizan
las terminaciones oso e ico, para identificar la valencia o estado de oxidación
con la cual participa el elemento en el compuesto, debemos realizar una
diferenciación de estas terminaciones para aquellos elementos que poseen más de
2 valencias o estados de óxidación. Por esta razón, se resumen a continuación estas
diferencias.
Casos especiales
En el caso del cromo y el manganeso, como ambos
son elementos anfóteros, es decir pueden actuar como metal y no metal, con su
valencia 2 y 3 respectivamente forman óxidos básicos y con sus valencias 4, 6 y
7 respectivamente forman óxidos ácidos. Por lo cual con los primeros se
originan hidróxidos y con los segundos oxiácidos.
Para hidruros metálicos, se utiliza la palabra
hidruro seguida de la partícula de y el nombre del metal (notación de Stock).
También pueden ser nombrados por la nomenclatura tradicional. La fórmula
general de los hidruros metálicos es:
Para hidruros no metálicos, que son combinacións
del hidrógeno con elementos del grupo VA, con el C y Si del grupo del carbono
(grupo VIA), y con el B del grupo IIIA. Se nombran con la nomenclatura
tradicional aunque también es correcto emplear la nomenclatura estequiométrica
o sistemática.
Hidrácidos: Cuando se trata de los elementos
más no metálicos (del grupo VI y VIIA, los cuales actúan con su valencia o
estado de oxidación menor) y dado su carácter ácido (ácidos hidrácidos) se les
puede nombrar utilizando el prefijo ácido seguido de la partícula de y el
nombre del no metal acabado en hídrico. La fórmula general de estos compuestos
es:
