QUÍMICA

Materia

Definición: Materia es todo lo que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio

La Química es la ciencia que estudia su naturaleza, composición y transformación.

Las nubes son materia.

Si la materia tiene masa y ocupa un lugar en el espacio significa que es cuantificable, es decir, que se puede medir.

 Todo cuanto podemos imaginar, desde un libro, un auto, el computador y hasta la silla en que nos sentamos y el agua que bebemos, o incluso algo intangible como el aire que respiramos, está  hecho de materia.

Los planetas del Universo, los seres vivos como los insectos y los objetos inanimados como las rocas, están también hechos de materia.

De acuerdo a estos ejemplos, en el mundo natural existen distintos tipos de materia, la cual puede estar constituida por dos o más materiales diferentes, tales como la leche, la madera, un trozo de granito, el azúcar, etc. Si un trozo de granito se muele, se obtienen diferentes tipos de materiales

La cantidad de materia de un cuerpo viene dada por su masa, la cual se mide normalmente en kilogramos o en unidades múltiplo o submúltiplo de ésta (en química, a menudo se mide en gramos). La masa representa una medida de la inercia o resistencia que opone un cuerpo a acelerarse cuando se halla sometido a una fuerza. Esta fuerza puede derivarse del campo gravitatorio terrestre, y en este caso se denomina peso.  (La masa y el peso se confunden a menudo en el lenguaje corriente; no son sinónimos).

Volumen de un cuerpo es el lugar o espacio que ocupa. Existen cuerpos de muy diversos tamaños. Para expresar el volumen de un cuerpo se utiliza el metro cúbico (m³) y demás múltiplos y submúltiplos.

Composición de la materia

Átomos forman la materia.

La materia está integrada por átomos, partículas diminutas que, a su vez, se componen de otras aún más pequeñas, llamadas partículas subatómicas, las cuales  se agrupan para constituir los diferentes objetos.

Un átomo es la menor cantidad de un elemento químico que tiene existencia propia y puede entrar en combinación.  Está constituido por un núcleo, en el cual se hallan los protones y neutrones y una corteza, donde se encuentran los electrones.  Cuando el número de protones del núcleo es igual al de electrones de la corteza, el átomo se encuentra en estado eléctricamente neutro. 

Se denomina número atómico al número de protones que existen en el núcleo del átomo de un elemento.  Si un átomo pierde o gana uno o más electrones adquiere carga positiva o negativa, convirtiéndose en un ion.  Los iones se denominancationes si tienen carga positiva y aniones si tienen carga negativa.

La mayoría de los científicos cree que toda la materia contenida en el Universo se creó en una explosión denominada Big Bang, que desprendió una enorme cantidad de calor y de energía.  Al cabo de unos pocos segundos, algunos de los haces de energía se transformaron en partículas diminutas que, a su vez, se convirtieron en los átomos que integran el Universo en que vivimos.

En la naturaleza los átomos se combinan formando las moléculas. Una molécula es una agrupación de dos o más átomos unidos mediante enlaces químicos.  La molécula es la mínima cantidad de una sustancia que puede existir en estado libre conservando todas sus propiedades químicas.

Todas las sustancias  están formadas por moléculas. Una molécula puede estar formada por un átomo (monoatómica), por dos átomos (diatómica), por tres átomos (triatómica) o más átomos (poliatómica)

Las moléculas de los cuerpos simples están formadas por uno o más átomos idénticos (es decir, de la misma clase). Las moléculas de los compuestos químicos están formadas al menos por dos átomos de distinta clase (o sea, de distintos elementos).

Continuidad de la materia

Si se tiene una determinada cantidad de una sustancia cualquiera, como por ejemplo, de agua y se desea dividirla lo más posible, en mitades sucesivas, llegará un momento en que no podrá dividirse más, ya que se obtendría la cantidad más pequeña de agua.

 Esta mínima cantidad de agua,  tal como se dijo anteriormente, corresponde a una molécula. Si esta molécula se dividiera aún más, ya no sería agua lo que se obtendría, sino que átomos de hidrógeno y de oxígeno que son los constituyentes de la molécula de agua.

 Por lo tanto, una molécula es la partícula de materia más pequeña que puede existir como sustancia compuesta. Cuando la molécula de agua: (H₂O) se divide en dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno, la sustancia dejó de ser agua.

Los científicos han demostrado que la materia, sea cual fuere su estado físico, es de naturaleza corpuscular, es decir, la materia está compuesta por partículas pequeñas, separadas unas de otras.

Elementos, compuestos y mezclas

Las sustancias que conforman la materia se pueden clasificar en elementos, compuestos y mezclas.

Los elementos son sustancias que están constituidas por átomos iguales, o sea de la misma naturaleza. Por ejemplo: hierro, oro, plata, calcio, etc. Los compuestos están constituidos por átomos diferentes.

El agua y el hidrógeno son ejemplos de sustancias puras. El agua es un compuesto mientras que el hidrógeno es un elemento. El agua está constituida por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno y el hidrógeno únicamente por dos átomos de hidrógeno.

 Si se somete el agua a cambios de estado, su composición no varía porque es una sustancia pura, pero si se somete a cambios químicos el agua se puede descomponer en átomos de hidrógeno y de oxígeno. Con el hidrógeno no se puede hacer lo mismo. Si se somete al calor, la molécula seguirá estando constituida por átomos de hidrógeno. Si se intenta separarla por medios químicos siempre se obtendrá hidrógeno.

En la naturaleza existen más de cien elementos químicos conocidos (Ver Tabla Periódica de los Elementos) y más de un millón de compuestos.

Las mezclas se obtienen de la combinación de dos o más sustancias que pueden ser elementos o compuestos. En las mezclas no se establecen enlaces químicos entre los componentes de la mezcla. Las mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas.

Las mezclas homogéneas son aquellas en las cuales todos sus componentes están distribuidos uniformemente, es decir, la concentración es la misma en toda la mezcla, en otras palabras en la mezcla hay una sola fase. Ejemplos de mezclas homogéneas son la limonada, sal disuelta en agua, etc. Este tipo de mezcla se denomina solución o disolución.

Las mezclas heterogéneas son aquellas en las que sus componentes no están distribuidos uniformemente en toda la mezcla, es decir, hay más de una fase; cada una de ellas mantiene sus características. Ejemplo de este tipo de mezcla es el agua con el aceite, arena disuelta en agua, etc; en ambos ejemplos se aprecia que por más que se intente disolver una sustancia en otra siempre pasado un determinado tiempo se separan y cada una mantiene sus características.

Propiedades de la materia

Las propiedades de la materia corresponden a las características específicas por las cuales una sustancia determinada puede distinguirse de otra. Estas propiedades pueden clasificarse en dos grupos:

Propiedades físicas: ependen fundamentalmente de la sustancia misma. Pueden citarse como ejemplo el color, el olor, la textura, el sabor, etc.

Propiedades químicas: dependen del comportamiento de la materia frente a otras sustancias. Por ejemplo, la oxidación de un clavo (está constituido de hierro).

Las propiedades físicas pueden clasificarse a su vez en dos grupos:

Propiedades físicas extensivas: dependen de la cantidad de materia presente. Corresponden a la masa, el volumen, la longitud.

Propiedades físicas intensivas: dependen sólo del material, independientemente de la cantidad que se tenga, del volumen que ocupe, etc. Por ejemplo, un litro de agua tiene la misma densidad que cien litros de agua

Estados físicos de la materia

En condiciones no extremas de temperatura, la materia puede presentarse en tres estados físicos diferentes: estado sólido, estado líquido y estado gaseoso.

Los sólidos poseen forma propia como consecuencia de su rigidez y su resistencia a cualquier deformación.  La densidad de los sólidos es en general muy poco superior a la de los líquidos, de manera que no puede pensarse que esa rigidez característica de los sólidos sea debida a una mayor proximidad de sus moléculas; además, incluso existen sólidos como el hielo que son menos densos que el líquido del cual provienen. Además ocupan un determinado volumen y se dilatan al aumentar la temperatura.

Esa rigidez se debe a que las unidades estructurales de los sólidos, los átomos, moléculas y iones, no pueden moverse libremente en forma caótica como las moléculas de los gases o, en menor grado, de los líquidos, sino que se encuentran en posiciones fijas y sólo pueden vibrar en torno a esas posiciones fijas, que se encuentran distribuidas, de acuerdo con un esquema de ordenación, en las tres direcciones del espacio.

La estructura periódica a que da lugar la distribución espacial de los elementos constitutivos del cuerpo se denomina estructura cristalina, y el sólido resultante, limitado por caras planas paralelas, se denomina cristal.  Así, pues, cuando hablamos de estado sólido, estamos hablando realmente de estado cristalino.

Los líquidos se caracterizan por tener un volumen propio, adaptarse a la forma de la vasija en que están contenidos, poder fluir, ser muy poco compresibles y poder pasar al estado de vapor a cualquier temperatura. Son muy poco compresibles bajo presión, debido a que, a diferencia de lo que ocurre en el caso de los gases, en los líquidos la distancia media entre las moléculas es muy pequeña y, así, si se reduce aún más, se originan intensas fuerzas repulsivas entre las moléculas del líquido.

El hecho de que los líquidos ocupen volúmenes propios demuestra que las fuerzas de cohesión entre sus moléculas son elevadas, mucho mayores que en el caso de los gases, pero también mucho menores que en el caso de los sólidos. Las moléculas de los líquidos no pueden difundirse libremente como las de los gases, pero las que poseen mayor energía cinética pueden vencer las fuerzas de cohesión y escapar de la superficie del líquido (evaporación).

Los gases se caracterizan porque llenan completamente el espacio en el que están encerrados.  Si el recipiente aumenta de volumen el gas ocupa inmediatamente el nuevo espacio, y esto es posible sólo porque existe una fuerza dirigida desde el seno del gas hacia las paredes del recipiente que lo contiene.  Esa fuerza por unidad de superficie es la presión.

Los gases son fácilmente compresibles y capaces de expansionarse indefinidamente.

Los cuerpos pueden  cambiar de estado al variar la presión y la temperatura. El agua en la naturaleza cambia de estado al modificarse la temperatura; se presenta en estado sólido, como nieve o hielo, como líquido y en estado gaseoso como vapor de agua (nubes).

Materia viva e inerte

La Tierra alberga a muchos seres vivos, como son las plantas y animales.  Una mariposa parece algo muy distinto de una piedra; sin embargo, ambas están compuestas de átomos, aunque éstos se combinan de manera diferente en uno y otro caso. Lamayor parte de la materia es inanimada; es decir, no crece, ni se reproduce, ni se mueve por sí misma.  Un buen ejemplo de materia inanimada lo constituyen las rocas que componen la Tierra.

Cambios de la materia

Los cambios que puede experimentar la materia se pueden agrupar en dos campos:

Cambios físicos

Cambios químicos

Los cambios físicos son aquellos en los que no hay ninguna alteración o cambio en la composición de la sustancia. Pueden citarse como cambios físicos los cambios de estado (fusión, evaporación, sublimación, etc.), y los cambios de tamaño o forma. Por ejemplo, cuando un trozo de plata se ha transformado en una anillo, en una bandeja de plata, en unos aretes, se han producido cambios físicos porque la plata mantiene sus propiedades en los diferentes objetos.

En general, los cambios físicos son reversibles, es decir, se puede volver a obtener la sustancia en su forma inicial

Los cambios químicos son las transformaciones que experimenta una sustancia cuando su estructura y composición varían, dando lugar a la formación de una o más sustancias nuevas. La sustancia se transforma en otra u otras sustancias diferentes a la original.

El origen de una nueva sustancia significa que ha ocurrido un reordenamiento de los electrones dentro de los átomos, y se han creado nuevos enlaces químicos. Estos enlaces químicos determinarán las propiedades de la nueva sustancia o sustancias.

La mayoría de los cambios químicos son irreversibles. Ejemplos: al quemar un papel no podemos obtenerlo nuevamente a partir de las cenizas y los gases que se liberan en la combustión; el cobre se oxida en presencia de oxígeno formando otra sustancia llamada óxido de cobre. Sin embargo, hay otros cambios químicos en que la adición de otra sustancia provoca la obtención de la sustancia original y en este caso se trata de un cambio químico reversible; así, pues, para provocar un cambio químico reversible hay que provocar otro cambio químico.

Cambios de estados físicos

La materia cambia de estado físico según se le aplique calor o se le aplique frío.

Cuando se aplica calor a los cuerpos se habla de Cambios de estado Progresivos de la materia. Cuandolos cuerpos se enfríanse habla de Cambios de estado Regresivos.

Los cambios de estado progresivos son:

• Sublimación Progresiva

• Fusión

• Evaporación

1. Sublimación progresiva: Este cambio se produce cuando un cuerpo pasa del estado sólido al gaseoso directamente.  La sublimación progresiva sólo ocurre en algunas sustancias, como, el yodo y la naftalina.

2. Fusión. Es el paso de una sustancia, del estado sólido al líquido por la acción del calor.  La temperatura a la que se produce la fusión es característica de cada sustancia.  Por ejemplo la temperatura a la que ocurre la fusión del hielo es O° C mientras la del hierro es de 1.525° C. La temperatura constante a la que ocurre la fusión se denomina punto de fusión.

3. Evaporación. Es el paso de una sustancia desde el estado líquido al gaseoso. Este cambio de estado ocurre normalmente a la temperatura ambiente, y sin necesidad de aplicar calor. Bajo esas condiciones, sólo las partículas de la superficie del líquido pasarán al estado gaseoso, mientras que aquéllas que están más abajo seguirán en el estado inicial. Sin embargo, si se aplica mayor calor, tanto las partículas de la superficie como las del interior del líquido podrán pasar al estado gaseoso.  El cambio de estado así producido se denomina ebullición. La temperatura que cada sustancia necesita para alcanzar la ebullición es característica, y se denomina punto de ebullición.  Por ejemplo, al nivel del mar el alcohol tiene un punto de ebullición de 78,5° C y el agua de 100°C.

La temperatura a la que ocurre la fusión o la ebullición de una sustancia es un valor constante, es independiente de la cantidad de sustancia y no varía aún cuando ésta continúe calentándose.

El punto de fusión y el punto de ebullición pueden considerarse como las huellas digitales de una sustancia, puesto que corresponden a valores característicos, propios de cada una y permiten su identificación.

Sustancia	Punto de fusión (ºC)	Punto de ebullición (ºC)
Agua (sustancia)	0	100
Alcohol (sustancia)	-117	78
Hierro (elemento)	1.539	2.750
Cobre (elemento)	1.083	2.600
Aluminio (elemento)	660	2.400
Plomo (elemento)	328	1.750
Mercurio (elemento)	-39	357

Los cambios de estado regresivos de la materia son:

• Sublimación regresiva

• Solidificación

• Condensación

1. Sublimación regresiva. Es el cambio de estado que ocurre cuando una sustancia gaseosa se vuelve sólida, sin pasar por el estado líquido.

2. Solidificación. Es el paso de una sustancia desde el estado líquido al sólido.  Este proceso ocurre a una temperatura característica para cada sustancia denominada punto de solidificación y que coincide con su punto de fusión.

3. Condensación. Es el cambio de estado que se produce en una sustancia al pasar del estado gaseoso al estado líquido. La temperatura a que ocurre esta transformación se llama punto de condensación y corresponde al punto de ebullición de dicha sustancia. Este cambio de estado es uno de los más aprovechados por el hombre en la destilación fraccionada del petróleo, mediante la cual se obtienen los derivados como la parafina, bencina y gas de cañería.

Ley de la Conservación de la Materia:

Antoine Lavoisier, químico francés, demostró luego de largos y cuidadosos trabajos con la balanza, que en las reacciones químicas la masa total del sistema no cambiaba. Este descubrimiento constituyó uno de los logros más importantes de la Química.

La ley puede enunciarse de la siguiente manera:

“En un sistema cerrado, en el cual se producen reacciones químicas, la materia no se crea ni se destruye, sólo se transforma; es decir, la masa de los reactantes es igual a la masa de los productos”.

        A       +      B      ---------->        C     +      D

A y B representan compuestos químicos que al reaccionar dan origen a C y D. Los compuestos A y B son los reactantes porque reaccionan para generar los productos C y D. La masa de los reactantes es igual a la masa de los productos.

                 masa _A       +     m _B    =     m _c       +     m _D

Como ejemplo, podemos ver la ecuación química que representa la oxidación catalítica del amonía:

4NH₃ + 5O₂ ———› 4NO + 6H₂O

En ambos lados de la ecuación química la suma de los átomos es la misma, aunque la suma de las moléculas sea distinta. En cada lado de la ecuación hay 4 átomos de nitrógeno (N), 12 átomos de hidrógeno (H) y 10 átomos de oxígeno (O), distribuidos en moléculas diferentes.

Hoy se sabe que la Ley de la Conservación de la Materia o Ley de Lavoisier no es totalmente exacta, ya que en reacciones nucleares puede desaparecer masa, que se transforma en energía.

         MASA ATÓMICA Y MASA MOLECULAR

En los postulados de la teoría atómica Dalton establece que los átomos de los distintos elementos tienen masas diferentes. Por otra parte, lo que ocurre en las reacciones químicas es una interacción de átomos, por lo que las sustancias no reaccionan entre sí gramo a gramo y resulta necesario conocer las masas de aquellos. Como éstas son sumamente pequeñas, se recurrió al procedimiento de determinar su masa relativa. O lo que es equivalente, encontrar cuán pesado era un átomo de un elemento comparado con un átomo de otro elemento. Para esto, habría que tomar los átomos de un determinado elemento como patrón de referencia, patrón que sería elegido arbitrariamente. El número resultante de la comparación de los pesos respectivos de esos dos átomos es lo que se denominó peso atómico.

En un principio, se tomó el hidrógeno como patrón, por su cualidad de ser el elemento más ligero, y se le adjudicó también arbitrariamente el peso unidad. A la masa correspondiente se la denominó «unidad atómicá de masa» (uam) y también «dalton».

La realización de estas primeras medidas tuvo como base teórica lá hipótesis de Avogadro: como dos volúmenes iguales de gases distintos -en iguales condiciones de presión y temperatura- contienen el mismo número de moléculas, la relación de pesos de esos dos volúmenes dará la relación de pesos de sus moléculas respectivas. Así, por ejemplo, como un volumen de oxígeno (O₂) pesa 16 veces más que el mismo volumen de hidrógeno (H₂), a igualdad de presión y temperatura, el peso de una molécula de O₂ es 16 veces mayor que el de una molécula de H₂. Se obtuvo así una escala de pesos moleculares y de ella una de pesos atómicos. (Actualmente, las masas atómicas relativas se determinan con enorme precisión en el aparato denominado espectrómetro de masas).

Debido al difícil manejo del hidrógeno y, sobre todo, a que con él se obtenían pesos moleculares no enteros para muchos gases, se adoptó como nuevo patrón al oxígeno en lugar del hidrógeno. Al átomo de oxígeno se le asignó, también arbitrariamente, una masa atómica de 16 uam. En la actualidad y desde 1961, para unificar criterios, la IUPAC (International Union 0f Pure and Applied Chemistry) acordó utilizar un nuevo patrón: el isótopo del carbono de número másico 12 (que se representa como C¹² ó como C-12), al que se le adjudicó la masa atómica exacta de 12 uam. (Isótopos son átomos de un mismo elemento que sólo difieren en su masa. Los elementos se presentan en la naturaleza como mezclas de varios isótopos).

De esta manera, el que el cloro tenga, por ejemplo, un peso atómico de 35,5, significa que sus átomos son 35,5 veces más pesados que 1/12 del átomo de C¹².

 En definitiva, hay que considerar que:

a)  El peso atómico de un elemento es un peso relativo, comparado con el peso de un átomo de C-12.

b) El peso atómico de un elemento es, en realidad, el peso atómico medio de todos los isótopos de ese elemento, teniendo en cuenta la cantidad relativa de cada isótopo, tal como se presenta dicho elemento en la naturaleza (abundancia relativa)

c) En compuestos, habremos de referirnos a pesos moleculares, suma de los pesos atómicos de todos los átomos que constituyen su molécula.

 Aunque los términos de peso atómico y molecular están muy extendidos, es más correcto hablar de masa atómica y molecular, ya que el peso deriva de la masa, necesitando la acción de un campo gravitatorio para su puesta en evidencia. Sin embargo, tradicionalmente se suele utilizar el término de peso atómico para designar la masa atómica media de un elemento teniendo en cuenta sus isótopos, y el de masa atómica para designar la masa de los átomos de cada isótopo de un elemento. Esta es la terminología más extendida que se utiliza. Los pesos atómicos de todos los elementos conocidos se encuentran recogidos en la actualidad en la Tabla Periódica.

ESTRUCTURA ATÓMICA

Modelo científico

Supongamos que nos dan una caja cerrada que no nos está permitido abrir y que contiene algo en su interior. Como no la podemos abrir, tendremos que recurrir a hacer una serie de pruebas o ensayos para averiguar lo que contiene: agitarla, pesarla. Con los datos obtenidos podremos forjar una idea, una imagen mental, sobre el contenido de la caja. Por otra parte, la idea o modelo que imaginamos nos permitirá formular predicciones: si, por ejemplo, concluimos que se trata de un líquido, podremos predecir que al hacerle un agujero, tal líquido se derramará.

Una idea o teoría sobre la naturaleza de un fenómeno para explicar hechos experimentales constituye lo que en ciencias se denomina modelo científico.

Un ejemplo de modelo científico es el modelo atómico. Nadie ha visto nunca un átomo. Es más, la propia ciencia predice que nunca se podrá ver. Sin embargo, observando una serie de fenómenos en el comportamiento de la materia es posible desarrollar una serie de ideas de como será la estructura de la materia.

Evolución de los modelos atómicos

Demócrito, filosofo griego, fueron probablemente los primeros en creer que la materia estaba constituida por partículas que denominaron átomos, palabra que significa "sin división", ya que consideraban el átomo como único e indivisible. Se basaba, no en pruebas experimentales, sino en un razonamiento que puede sintetizarse así: un trozo de metal puede cortarse en 2 pedazos y cada uno de éstos en dos pedazos más...; estos pueden dividirse sucesivamente hasta llegar a un momento en que se obtenga una partícula que ya no sea posible dividirla: el átomo. Pensaba que los átomos tendrían formas y tamaños distintos: esféricos,cilíndricos,irregulares...

Empédocles, otro filósofo griego, no creía en tal teoría y postulaba la idea de que la materia estaba constituida por 4 elementos que se combinaban entre sí. Según él, la vida sólo era posible donde había humedad: una flor sin agua se muere; luego el primer elemento era el agua. Pero el agua no es sólida, se escapa de las manos. Una montaña no puede estar formada de agua y necesita, por tanto, otro elemento que le dé consistencia, solidez. La tierra fue el segundo elemento de que habló Empédocles, pues, a su juicio, daba consistencia al agua. Sin embargo, el barro que resultaba de esta mezcla era muy blando. Creyó entonces que quien le daba dureza era un tercer elemento, el aire,pues seca o evapora el agua que contienen las cosas. Por último, Empédocles consideró el fuego como 4° elemento.

Posteriormente transcurre un largo período en la historia de la Química, la Alquimia, donde la preocupación primordial es tratar de convertir los metales conocidos en oro.

Hacia el 1800, el profesor inglés John Dalton recogió la idea del átomo que dio el filosofo Demócrito,si bien esta vez basándose en métodos experimentales. Mediante el estudio de las leyes ponderales, concluye que:

la materia está constituida por partículas indivisibles (átomos), todos los átomos de un mismo elemento químico son iguales, los átomos de elementos diferentes son también diferentes.

Modelo atómico de Thompson

En 1897 Joseph John Thompson realiza una serie de experimentos y descubre el electrón. En tubos de gases a baja presión en los que se establece una diferencia de potencial superior a 10.000 voltios, se comprobó que aparecían partículas con carga eléctrica negativa a las que se llamó electrones, y demostró que habían sido arrancados de los átomos (los cuales eran neutros). Tal descubrimiento modificó el modelo atómico de Dalton, que lo consideraba indivisible. Thompson supuso el átomo como una esfera homogénea e indivisible cargada positivamente en la que se encuentran incrustados los electrones.

Modelo atómico de Rutherford

Posteriormente otro físico inglés, Ernest Rutherford, realizó una serie de experimentos. Hizo incidir sobre una lámina finísima de oro un delgado haz de partículas cargadas positivamente de masa mucho mayor que el electrón y dotadas de energía cinética alta. En el choque observó distintos comportamientos:

- la mayoría atravesaban la lámina sin desviarse

- algunas se desviaban

- muy pocas retrocedían

Esta experiencia implicaba:

- que los átomos estaban casi vacíos, pues la mayoría de las partículas las atravesaban

- que hay una zona cargada positivamente, ya que algunas partículas retrocedían o se desviaban. Esta zona debe estar muy concentrada ya que es mayor el número de desviaciones que de choques.

Esto le condujo a proponer en 1911 un nuevo modelo atómico en el que se afirmaba que los átomos estaban constituidos por 2 zonas bien diferenciadas:

- Una de carga positiva con el 99,9% de la masa muy concentrada y por tanto de gran densidad a la que llamó núcleo.

- Otra rodeando al núcleo a la que llamó corteza donde estaban los electrones con carga negativa girando alrededor del núcleo.

Sin embargo, el modelo de Rutherford presentaba fallos:

- Según la teoría clásica de electromagnetismo, una partícula eléctrica acelerada emite energía. Y el electrón girando el torno al núcleo está sometido a una aceleración centrípeta por lo que irradiaría energía, perdería velocidad y, por fin, caería al núcleo desestabilizando el átomo. Pero como el átomo de hecho es estable, las cosas no pueden ocurrir según el modelo de Rutherford.

- No explicaba los espectros

Radioactividad

Radioactividad es la propiedad que presentan los núcleos atómicos de ciertos isótopos de modificar espontáneamente su constitución, emitiendo simultáneamente una radiación característica.

La radioactividad puede ser:

- Radioactividad natural: Es la que manifiestan los isótopos que se encuentran en la naturaleza.

- Radiactividad artificial o inducida: Es la que ha sido provocada por transformaciones nucleares artificiales.

Radiactividad natural

Película fotográfica

En 1896 Antoine Henri Becquerel descubrió que ciertas sales de uranio emitían radiaciones espontáneamente, al observar que velaban las placas fotográficas envueltas en papel negro.

Hizo ensayos con el mineral en caliente, en frío, pulverizado, disuelto en ácidos y la intensidad de la misteriosa radiación era siempre la misma. Por tanto, esta nueva propiedad de la materia, que recibió el nombre de radiactividad, no dependía de la forma física o química en la que se encontraban los átomos del cuerpo radiactivo,sino que era una propiedad que radicaba en el interior mismo del átomo.

El estudio del nuevo fenómeno y su desarrollo posterior se debe casi exclusivamente a los esposos Marie Curie y Pierre Curie, quienes encontraron otras sustancias radiactivas como el torio, polonio y radio. La intensidad de la radiación emitida era proporcional a la cantidad de uranio presente, por lo que dedujo Marie Curie que la radiactividad era una propiedad atómica

El fenómeno de la radiactividad se origina exclusivamente en el núcleo de los átomos radiactivos. Y la causa que lo origina se cree que es debida a la interacción neutrón-protón del mismo.

Al estudiar la radiación emitida por el radio se comprobó que era compleja, pues al aplicarle un campo magnético parte de ella se desviaba de su trayectoria y otra parte no.

Se comprobó que dicha radiación consta de 3 partes:

- Radiación α : Identificada con núcleos de Helio (⁴₂He), constituidos por dos protones y dos neutrones. Por tanto, poseen dos cargas positivas y son desviadas por campos eléctricos y magnéticos. Es poco penetrante aunque muy ionizante.

- Radiación β : Son electrones resultantes de la desintegración de los neutrones del núcleo:

neutrón → protón + electrón + neutrino

Debido a su carga es desviada por campos eléctricos y magnéticos. Es más penetrante, aunque su poder de ionización no es tan elevado como el de la radiación α .

- Radiación γ : No es corpuscular como las 2 anteriores, sino de naturaleza electromagnética. Al no tener carga, los campos eléctricos y magnéticos no la afectan. Es la más penetrante, y muy peligrosa.

Las leyes de desintegración radiactiva, descritas por Sir Frederick Soddy y Fajans, son:

- Cuando un átomo radiactivo emite una partícula α, la masa del átomo resultante disminuye en 4 unidades y el número atómico en 2.

- Cuando un átomo radiactivo emite una partícula β, la masa del átomo resultante no varía y su número atómico aumenta en una unidad.

- Cuando un núcleo excitado emite una radiación γ no varía ni su masa ni su número atómico, solo pierde una cantidad de energía hv.

Las dos primeras leyes nos indican que cuando un átomo emite una radiación α o β se transforma en otro átomo de un elemento diferente. Este nuevo elemento puede ser radiactivo, transformándose en otro, y así sucesivamente, dando lugar a las llamadas series radiactivas.

Radiactividad artificial

Se produce la radiactividad inducida cuando se bombardean ciertos núcleos estables con partículas apropiadas.

Si la energía de estas partículas tiene un valor adecuado penetran dentro del núcleo bombardeado y forman un nuevo núcleo que, en caso de ser inestable, se desintegra después radiactivamente.

Fue descubierta por los esposos Marie Curie y Pierre Curie, bombardeando núcleos de boro y aluminio con partículas a. Observaron que las sustancias bombardeadas emitían radiaciones después de retirar el cuerpo radiactivo emisor de las partículas a de bombardeo.

El estudio de la radiactividad permitió un mayor conocimiento de la estructura del núcleo atómico y de las partículas subatómicas. Se abre la posibilidad de convertir unos elementos en otros. Incluso el sueño de los alquimistas de transformar otros elementos en oro se hace realidad, aunque no resulte rentable.

                                                  ¿QUÉ ES LA TABLA PERIÓDICA?

       Sistema de ordenamiento de los elementos en función del número atómico (Z).Las propiedades periódicas de los elementos son funciones periódicas de sus números atómicos, dando origen a filas llamadas períodos y columnas, conocidas como grupos o familias.
 TABLA PERIÓDICALos grupos 1,2 y 13 al 18 (IA, IIA y IIIA al VIIIA) agrupan los elementos representativos, que se caracterizan por terminar su configuración electrónica en los subniveles s o sp.Los grupos 3 al 12 (IB al VIIIB), que concentran a todos los elementos cuya configuración electrónica finalizan en los subniveles d y f, son denominados elementos de transición.
 ¿QUIÉN ORGANIZO A LOS ELEMENTOS?El químico ruso Dimitri Mendelev, en 1869, propuso por primera vez la tabla periódica.El organizo su tabla primeramente por la masa atómica de los elementos, ahora se organizan por su número atómico.
PERÍODO Elementos que comparten niveles energéticos similares. Su disposición es horizontal (filas)Ejemplo:Bz=5: 1s2 2s2 2p1 PERÍODO: 2 Cz=6: 1s2 2s2 2p2 PERÍODO: 2
GRUPO O FAMILIAConformados por elementos que poseen un patrón similar de configuración de los electrones en la capa externa. Su disposición es vertical (columna)Ejemplo:Hz=1: 1s1 FAMILIA: IA (1)Liz=3: 1s2 2s1 FAMILIA: IA (1)
DETERMINACIÓN DE PERÍODO Y FAMILIAEjemplo:Hz=1: 1s1 P: 1 y F: IALiz=3: 1s2 2s1 P: 2 y F: IABz=5: 1s2 2s2 2p1 P: 2 y F: IIIACz=6: 1s2 2s2 2p2 P: 2 y F: IVA
 DETERMINACIÓN DE PERÍODO Y FAMILIA1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18HeHp1 p2 p3 p4 p5 p6s1 s2d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 d9 d10f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f8 f9 f10 f11 f12 f13 f14Bloque “s”Bloque “d”Bloque “p”Bloque “f”

          CLASIFICACIÓN DE LOS ELEMENTOS QUÍMICOS

        ELEMENTOS METÁLICOS Son los elementos que se ubican en la parte izquierda y central de la tabla periódica.Son buenos conductores del calor y la electricidad.Todos son sólidos a temperatura ambiente, a excepción del Mercurio (Hg), que es un líquido.Algunos ejemplos son: Sodio (Na), Aluminio (Al), Hierro (Fe) y Zinc (Zn).Tienen tendencia a ceder de electrones cuando participan en reacciones, por lo tanto se oxidan.

 ELEMENTOS METÁLICOS

       ELEMENTOS NO METÁLICOS Son elementos que se ubican en la parte superior derecha de la tabla periódica, entre los cuales se incluyen el carbono, nitrógeno, fósforo, oxígeno, azufre, halógenos e hidrógeno.Se caracterizan por ser malos conductores del calor y la electricidad.Se presentan en cualquiera de los estados de la materia y son quebradizos en estado sólidos puros.Algunos ejemplos son: Cloro (Cl), Azufre (S) y Carbono (C).
ELEMENTOS NO METÁLICOS
 ELEMENTOS METALOIDES Elementos que se caracterizan por presentar un comportamiento intermedio entre los metales y no metales.Pueden presentar brillo o ser opacos.Generalmente son mejores conductores de calor y electricidad que los elementos no metálicos.Algunos ejemplos son: Boro (B), Silicio (Si), Germanio (Ge) y Arsénico (As).

           ELEMENTOS METALOIDES

PROPIEDADES PERIÓDICAS
PROPIEDADES PERIÓDICASCorresponden a las propiedades de los elementos que varían regularmente en un período.Estas propiedades, tanto física como química, dependen de la configuración electrónica del elemento.Son propiedades periódicas: La Electroafinidad (EA), el Potencial de Ionización (PI), la Electronegatividad (EN), el Radio Atómico (RA) y el Volumen Atómico (VA).
RADIO ATÓMICO (R.A.)Se define el radio atómico como la mitad de la distancia entre dos núcleos de átomos del mismo elemento que están adyacentes.
 VOLUMEN ATÓMICO (V.A.)Es la relación entre la masa atómica y la densidad electrónica de un elemento.En la Tabla periódica, el volumen disminuye en un período de izquierda a derecha.Aumenta en un grupo de acuerdo con el incremento de su número atómico.

 RADIO ATÓMICO (R.A.)F Z=9Li Z=3(1s22s22p5 )(1s22s1)eeeee3p9peeeeeee
RADIO ATÓMICO (R.A.)Na Z=11Li Z=3(1s22s22p63s1)(1s22s1)eeee3pe11peeeeeeeee
RADIO IÓNICO
RADIO IÓNICONa+1 Z=11Na Z=11(1s22s22p6)(1s22s22p63s1)eeeeeeee11p11peeeeeeeeeeeee
 RADIO IÓNICOO-2Z=8OZ=8(1s22s22p6)(1s22s22p4).

         POTENCIAL DE IONIZACIÓN (P.I.)Es la energía necesaria para retirar el electrón más débilmente retenido en un átomo gaseoso desde su estado fundamental.

 POTENCIAL DE IONIZACIÓN (P.I.)AumentaDisminuye
. ELECTROAFINIDAD (E.A.)Es la energía relacionada con la adición de un electrón a un átomo gaseoso para formar un ión negativo.

         . ELECTROAFINIDAD (E.A.)AumentaDisminuye

 ELECTRONEGATIVIDAD (E.N.) La electronegatividad es la tendencia o capacidad de 

        un átomo, en una molécula, para atraer hacia sí los electrones de otro átomo en un enlace covalente.Esta propiedad se cuantifica en valores que van desde 0,7 a 4,0, siendo el Flúor el elemento que posee un mayor valor de electronegatividad.
.ELECTRONEGATIVIDAD (E.N.) Aumenta Disminuye

Enlace químico

En química, un dato experimental importante es que sólo los gases nobles y los metales en estado de vapor se presentan en la naturaleza como átomos aislados, en la mayoría de los materiales que nos rodean los elementos están unidos por enlaces químicos.

Enlace significa unión, un enlace químico es la unión de dos o más átomos con un solo fin, alcanzar la estabilidad, tratar de parecerse al gas noble más cercano. Para la mayoría de los elementos se trata de completar ocho electrones en su último nivel.

Molécula de H2

1s1                1s1

Las fuerzas atractivas que mantienen juntos los elementos que conforman un compuesto, se explican por la interacción de los electrones que ocupan los orbitales más exteriores de ellos (electrones de valencia).

Cuando dos átomos se acercan se ejercen varias fuerzas entre ellos. Algunas de estas fuerzas tratan de mantenerlos unidos, otras tienden a separarlos.

En la mayoría de los átomos, con excepción de los gases nobles (muy estables, con su última capa o nivel de energía completo con sus ocho electrones), las fuerzas atractivas son superiores a las repulsivas y los átomos se acercan formando un enlace.

Así, podemos considerar al enlace químico como la fuerza que mantiene unidos a dos o más átomos dentro de una molécula.

Todos los enlaces químicos resultan de la atracción simultánea de uno o más electrones por más de un núcleo.

Electrones de Valencia

Ya que arriba lo mencionamos, veamos este concepto.

En la mayoría de los átomos, muchos de los electrones son atraídos con tal fuerza por sus propios núcleos que no pueden interaccionar de forma apreciable con otros núcleos. Sólo los electrones que ocupan los niveles de energía más alejados del núcleo de un átomo pueden interaccionar con dos o más núcleos. A éstos se les llama electrones de valencia (sobre los niveles de energía Ver: Configuración electrónica).

La unión consiste en que uno o más electrones de valencia de algunos de los átomos se introduce en la esfera electrónica del otro.

La ilustración describe cristales de Cloruro de sodio (enlace químico iónico).

Aquí debemos recordar que el número de electrones de valencia de un átomo es igual al número de su familia o grupo (que corresponden a las 18 divisiones verticales) en la tabla periódica, usando sólo la antigua numeración romana.

Así, tenemos un electrón de valencia para los elementos de los grupos IA (o grupo 1) y IB (o grupo 11); dos electrones de valencia para los elementos de los grupos IIA y IIB (o grupos 2 y 12), y cuatro para los elementos de los grupos IVB y IVA (o grupos 4 y 14).

(Ver: Tabla Periódica de los Elementos).

Todos los átomos de los gases nobles (o sea: neón, argón, criptón, xenón y radón) tienen ocho electrones de valencia, excepto el helio, que tiene dos. Los elementos de las familias (grupos) cercanas a los gases nobles tienden a reaccionar para adquirir la configuración de ocho electrones de valencia de los gases nobles.

Esta configuración electrónica de los gases nobles les comunica inactividad química y una gran estabilidad.

Esto se conoce como la regla del octeto de Lewis, que fue enunciada por el químico estadounidense Gilbert N. Lewis.

Regla del octeto

Los átomos tienden a perder, ganar o compartir electrones en forma tal que queden con un total de 8 electrones en su nivel energético más exterior, esta configuración les proporciona gran estabilidad.

Estructura o Notación de Lewis

La notación o estructura de Lewis es una representación gráfica que muestra la cantidad de electrones de valencia que hay en el último orbital.

La estructura de Lewis fue propuesta por Gilbert Lewis, la cantidad de electrones de valencia se representan con puntos alrededor del elemento químico (símbolo), como vemos a la derecha en el ejemplo del Br.

Ver en Youtube:

http://ampliacionfq3eso.blogspot.com/2009/02/enlace-covalente-notacion-de-lewis.html

Valencia electroquímica

Se llama valencia electroquímica al número de electrones que ha perdido o ganado un átomo para transformarse en ion. Si dicho número de electrones perdidos o ganados es 1, 2, 3, etcétera, se dice que el ion (o ión) es monovalente, bivalente, trivalente, etcétera.

Iones

Los átomos están constituidos por el núcleo y la corteza (capas o niveles de energía que ocupan los electrones). El número de cargas positivas (cantidad de protones) del núcleo es igual al número de electrones que giran en la corteza; de ahí suelectronegatividad (que en estado neutro es cero, y significa igual cantidad de protones a igual cantidad de electrones). Si la corteza electrónica de un átomo neutro pierde o gana electrones se forman los llamados iones.

Entonces, los iones son átomos o grupos atómicos que tienen un número mayor o menor de electrones que de protones.

En el primer caso (más electrones) los iones tienen carga negativa y reciben el nombre de aniones, y en el segundo (menos electrones) están cargados positivamente y se llaman cation

Elementos electropositivos y electronegativos

Se llaman elementos electropositivos aquellos que tienen tendencia a perder electrones transformándose en cationes; a ese grupo pertenecen los metales.

En cambio, elementos electronegativos son los que toman con facilidad electrones transformándose en aniones; a este grupo pertenecen los metaloides.

Los elementos más electropositivos (tendencia a perder electrones) están situados en la parte izquierda del sistema o tabla periódica; son los llamados elementos alcalinos. A medida que se avanza en cada período hacia la derecha va disminuyendo el carácter electropositivo, llegándose, finalmente, a los alógenos de fuerte carácter electronegativo (elementos con tendencia a tomar electrones).

A modo de resumen: Ion: átomo o conjunto de átomos que poseen carga eléctrica (han cedido o han captado electrones). Catión: ion con carga positiva (ha cedido electrones). Ejemplo: Ca+2 ion calcio, NH4+ ion amonio Anión: ion con carga negativa (ha captado electrones). Ejemplo: Br– ion bromuro, ClO2– ion clorito

EJEMPLOS: 
El sodio tiene un potencial de ionización bajo y puede perder fácilmente su electrón ubicado en el subnivel 3s

Na0	→	Na+	+	1e–
1s2 2s2 2p6 3s1	→	1s2 2s2 2p6	+	1e–
átomo de sodio		ion de sodio

La estructura electrónica del ion sodio resultante es exactamente igual a la del gas noble neón. Este ion es una especie muy estable.

Otros elementos ganan electrones para llenar la capa de valencia y alcanzar la configuración estable de 8 electrones. El cloro es un ejemplo: 

Cl0	→	1e–	+	Cl–
1s2 2s2 2p6 3s2 3p5	→		+	1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
átomo de cloro				ion cloruro

Tipos de enlaces

Como dijimos al principio, el hecho de que los átomos se combinen  o enlacen para formar nuevas sustancias se explica por la tendencia a conformar estructuras más estables. De ahí que dichos enlaces químicos sean considerados como un incremento de estabilidad.

Para lograr ese estado ideal estable, los átomos pueden utilizar algún método que les acomode, eligiendo entre: ceder o captar electrones, compartir electrones con otro átomo o ponerlos en común junto con otros muchos.

De estas tres posibilidades nacen los tres tipos de enlace químico: iónico, covalente y metálico.

Tomando como base la diferencia de electronegatividad entre los átomos que forman un enlace se puede predecir el tipo de enlace que se formará:

Si la diferencia de electronegatividades es mayor que 2.	=	se formará un enlace iónico
Si la diferencia de electronegatividades es mayor que 0,5 y menor a 2,0.	=	el enlace formado será covalente polar
Si la diferencia de electronegatividades es menor a 0,5	=	el enlace será covalente puro (o no polar).

Enlace iónico

Cuando una molécula de una sustancia contiene átomos de metales y no metales, los electrones son atraídos con más fuerza por los no metales, que se transforman en iones con carga negativa; los metales, a su vez, se convierten en iones con carga positiva.

Entonces, los iones de diferente signo se atraen electrostáticamente, formando enlaces iónicos.

Este enlace se origina cuando se transfiere uno o varios electrones de un átomo a otro. Debido al intercambio electrónico, los átomos se cargan positiva y negativamente, estableciéndose así una fuerza de atracción electrostática que los enlaza. Se forma entre dos átomos con una apreciable diferencia de electronegatividades, los elementos de los grupos I y II A forman enlaces iónicos con los elementos de los grupos VI y VII A.

Enlace iónico: Molécula de NaCl

En general, cuando el compuesto está constituido por un metal y un no-metal y además la diferencia en electronegatividades es grande, el compuesto es iónico. Es el caso del bromuro de potasio (KBr).

Propiedades de un enlace iónico

Los productos resultantes de un enlace iónico poseen características especiales:

   •   Son sólidos de elevado punto de fusión y ebullición.

   •   La mayoría son solubles en disolventes polares como el agua.

   •   La mayoría son insolubles en disolventes apolares como el benceno o el hexano.

   •   Las sustancias iónicas conducen la electricidad cuando están en estado líquido o en disoluciones acuosas por estar formados por partículas cargadas (iones),  pero no en estado cristalino, porque los iones individuales son demasiado grandes para moverse libremente a través del cristal.

   •   Al intentar deformarlos se rompe el cristal, son frágiles.

Enlace covalente

Se presenta cuando se comparten uno o más pares de electrones entre dos átomos cuya diferencia de electronegatividad es pequeña.

DISOLUCIONES

Las disoluciones son mezclas homogéneas de sustancias en iguales o distintos estados de agregación. La concentración de una disolución constituye una de sus principales características. Bastantes propiedades de las disoluciones dependen exclusivamente de la concentración. Su estudio resulta de interés tanto para la física como para la química.

El estudio de los diferentes estados de agregación de la materia se suele referir, para simplificar, a una situación de laboratorio, admitiéndose que las sustancias consideradas son puras, es decir, están formadas por un mismo tipo de componentes elementales, ya sean átomos, moléculas, o pares de iones. Los cambios de estado, cuando se producen, sólo afectan a su ordenación o agregación.

Sin embargo, en la naturaleza, la materia se presenta, con mayor frecuencia, en forma de mezcla de sustancias puras. Las disoluciones constituyen un tipo particular de mezclas. El aire de la atmósfera o el agua del mar son ejemplos de disoluciones. El hecho de que la mayor parte de los procesos químicos tengan lugar en disolución hace del estudio de las disoluciones un apartado importante de la química-física.

COMBINACIÓN MEZCLA Y DISOLUCIÓN

Conceptos fundamentales

La separación de un sistema material en los componentes que lo forman puede llevarse a cabo por métodos físicos o por métodos químicos. Los primeros incluyen una serie de operaciones tales como filtración, destilación o centrifugación, en las cuales no se produce ninguna alteración en la naturaleza de las sustancias, de modo que un simple reagrupamiento de los componentes obtenidos tras la separación dará lugar, nuevamente, al sistema primitivo. Los segundos, sin embargo, llevan consigo cambios químicos; la materia base sufre transformaciones que afectan a su naturaleza, por lo que una vez que se establece la separación, la simple reunión de los componentes no reproduce la sustancia original.

Las nociones científicas de combinación, mezcla y disolución tienen en común el hecho de que, en todos los casos, intervienen dos o más componentes, a pesar de lo cual presentan diferencias notables. Una combinación química es una sustancia compuesta formada por dos o más elementos cuyos átomos se unen entre sí mediante fuerzas de enlace. Sus entidades elementales, ya sean moléculas, ya sean pares iónicos, son iguales entre sí, y sólo mediante procedimientos químicos que rompan tales uniones es posible separar los elementos componentes de una combinación.

Las mezclas son sistemas materiales que pueden fraccionarse o separarse en sus distintos componentes por métodos físicos. Cuando los buscadores de oro lavan sobre el cedazo las arenas auríferas, procuran, mediante un procedimiento físico, separar el barro y los granos de arena de las pepitas del precioso metal. En las salinas, por efecto de la intensa evaporación, el agua del mar se separa en dos componentes: agua propiamente dicha, que en forma de vapor se incorpora al aire, y un conjunto de sales minerales que se acumulan en el fondo hasta que se completa la desecación.

En cierto tipo de mezclas la materia se distribuye uniformemente por todo el volumen constituyendo un sistema homogéneo. Cuando una sustancia sólida se mezcla con un líquido de tal forma que no puede distinguirse de él, se dice que la sustancia ha sido disuelta por el líquido. A la mezcla homogénea así formada se la denomina disolución. En este caso la sustancia sólida recibe el nombre de soluto y el líquido se denomina disolvente. La noción de disolución puede generalizarse e incluir la de gases en gases, gases en líquidos, líquidos en líquidos o sólidos en sólidos. En general, el soluto es la sustancia que se encuentra en menor proporción en la disolución y el disolvente la que se encuentra en mayor proporción. Cuando dos sustancias líquidas pueden dar lugar a mezclas homogéneas o disoluciones, se dice que son miscibles.

Una parte homogénea de un sistema se denomina fase. La colonia constituye una disolución en agua y alcohol de ciertas esencias, sin embargo, no es posible determinar dónde está la parte de alcohol, dónde la de agua y dónde la de esencia. Por tal motivo las disoluciones, al igual que las sustancias puras en un estado de agregación determinado, se consideran formadas por una única fase.

LA COMPOSICIÓN DE LAS DISOLUCIONES

La concentración de una disolución

Las propiedades de una disolución dependen de la naturaleza de sus componentes y también de la proporción en la que éstos participan en la formación de la disolución. La curva de calentamiento de una disolución de sal común en agua, cambiará aunque sólo se modifique en el experimento la cantidad de soluto añadido por litro de disolución. La velocidad de una reacción química que tenga lugar entre sustancias en disolución, depende de las cantidades relativas de sus componentes, es decir, de sus concentraciones. La concentración de una disolución es la cantidad de soluto disuelta en una cantidad unidad de disolvente o de disolución.

Formas de expresar la concentración

Existen diterentes formas dé expresar la concentración de una disolución. Las que se emplean con mayor frecuencia suponen el comparar la cantidad de soluto con la cantidad total de disolución, ya sea en términos de masas, ya sea en términos de masa a volumen o incluso de volumen a volumen, si todos los componentes son líquidos. En este grupo se incluyen las siguientes:

Molaridad. Es la forma más frecuente de expresar la concentración de las disoluciones en química. Indica el número de moles de soluto disueltos por cada litro de disolución; se representa por la letra M. Una disolución 1 M contendrá un mol de soluto por litro, una 0,5 M contendrá medio mol de soluto por litro, etc. El cálculo de la molaridad se efectúa determinando primero el número de moles y dividiendo por el volumen total en litros:

La preparación de disoluciones con una concentración definida de antemano puede hacerse con la ayuda de recipientes que posean una capacidad conocida. Así, empleando un matraz aforado de 0,250 litros, la preparación de una disolución 1 M supondrá pesar 0,25 moles de soluto, echar en el matraz la muestra pesada, añadir parte del disolvente y agitar para conseguir disolver completamente el soluto; a continuación se añadirá el disolvente necesario hasta enrasar el nivel de la disolución con la señal del matraz.

Gramos por litro. Indica la masa en gramos disuelta en cada litro de disolución. Tiene la ventaja de ser una concentración expresada en unidades directamente medibles para el tipo de disoluciones más frecuentes en química (las de sólidos en líquidos). La balanza expresa la medida de la masa de soluto en gramos y los recipientes de uso habitual en química indican el volumen de líquido contenido en litros o en sus submúltiplos. Su cálculo es, pues, inmediato:

Tanto por ciento en peso. Expresa la masa en gramos de soluto disuelta por cada cien gramos de disolución. Su cálculo requiere considerar separadamente la masa del soluto y la del disolvente:

siendo la masa de la disolución la suma de la del soluto y la del disolvente.

Para el estudio de ciertos fenómenos físico-químicos resulta de interés expresar la concentración en términos de proporción de cantidad de soluto a cantidad de disolvente. Se emplea entonces la molaRidad:

Molalidad. Indica el número de moles de soluto disuelto en cada kilogramo de disolvente:

Como en el caso de la molaridad, la concentración molal de una disolución puede expresarse en la forma 2 m (dos molal) o 0,1 m (0,1 molal),

Cambios físicos de la materia

Todos los días ocurren cambios en la materia que nos rodea. Algunos hacen cambiar el aspecto, la forma, el estado. A estos cambios los llamaremos cambios físicos de la materia.

Entre los cambios físicos más importantes tenemos los cambios de estado, que son aquellos que se producen por acción del calor.

Podemos distinguir dos tipos de cambios de estado según sea la influencia del calor: cambios progresivos y cambios regresivos.

Cambios progresivos son los que se producen al aplicar calor.

Estos son: sublimación progresiva, fusión y evaporación.

Sublimación progresiva. Es la transformación directa, sin pasar por otro estado intermedio, de una materia en estado sólido a estado gaseoso al aplicarle calor. Ejemplo: Hielo (agua en estado sólido) + temperatura = vapor (agua en estado gaseoso)

Fusión. Es la transformación de un sólido en líquido al aplicarle calor. Es importante hacer la diferencia con el punto de fusión, que es la temperatura a la cual ocurre la fusión. Esta temperatura es específica para cada sustancia que se funde. Ejemplos: Cobre sólido + temperatura = cobre líquido. Cubo de hielo (sólido) + temperatura = agua (líquida). El calor acelera el movimiento de las partículas del hielo, se derrite y se convierte en agua líquida.

Evaporación. Es la transformación de las partículas de superficie de un líquido, en gas, por la acción del calor. Este cambio ocurre en forma normal, a temperatura ambiente, en algunas sustancias líquidas como agua, alcohol y otras. Ejemplo. Cuando te lavas las manos y las pones bajo la máquina que tira aire caliente, éstas se secan. Sin embargo si le aplicamos mayor temperatura la evaporación se transforma enebullición.

Ebullición. Es la transformación de todas las partículas del líquido en gas por la acción del calor aplicado. En este caso también hay una temperatura especial para cada sustancia a la cual se produce la ebullición y la conocemos como punto de ebullición. Ejemplos: El agua tiene su punto de ebullición a los 100º C, alcohol a los 78º C. (el término hervir es una forma común de referirse a la ebullición).

Cambios regresivos

Estos cambios se producen por el enfriamiento de los cuerpos y también distinguimos tres tipos que son: sublimación regresiva, solidificación, condensación.

Sublimación regresiva. Es el cambio de una sustancia de estado gaseoso a estado sólido, sin pasar por el estado líquido.

Solidificación. Es el paso de una sustancia en estado líquido a sólido. Este cambio lo podemos verificar al poner en el congelador un vaso con agua, o los típicos cubitos de hielo.

Condensación. Es el cambio de estado de una sustancia en estado gaseoso a estado líquido. Ejemplo: El vapor de agua al chocar con una superficie fría, se transforma en líquido. En invierno los vidrios de las micros se empañan y luego le corren "gotitas"; es el vapor de agua que se ha condensado. En el baño de la casa cuando nos duchamos con agua muy caliente y se empaña el espejo, luego le corren las "gotitas " de agua.

Ejemplos

"El roce de los esquíes produce fusión de la nieve, formando una capa de agua que favorece el deslizamiento"
"Si el agua no se evaporara, no tendríamos lluvias".
"Los distintos subproductos que se obtienen del petróleo, se logran gracias a la separación de ellos mediante el punto de ebullición."

¿Por qué será que en las calles hay una franja más oscura en el pavimento, cada cierto trecho? ¿Por qué los rieles de la línea
de tren tienen una pequeña separación?

Los cambios de volumen se refieren a los cambios que sufre la materia en relación al espacio que ocupan.
Por ejemplo, un cuerpo aumenta su volumen si aumenta el espacio que ocupa y, por el contrario, si reduce su volumen significa que disminuye el espacio que ocupa.

Los cambios de volumen son dos: contracción y dilatación.

Contracción.

Es la disminución de volumen que sufre un cuerpo al enfriarse.

Por ejemplo, los zapatos te quedan más "sueltos " en invierno; al poner un globo inflado en un tiesto con agua fría disminuye su tamaño.

La contracción se entiende porque al enfriarse los cuerpos, las partículas están más cercanas unas de otras, disminuye su movimiento y como consecuencia disminuye su volumen.

¿Qué ocurre cuando pones un termómetro en agua con hielo?

Dilatación.

Es el aumento de volumen que experimentan los cuerpos al contacto con la temperatura.
Por ejemplo, el Mercurio del termómetro se dilata con facilidad y por eso es capaz subir por un capilar pequeño e indicar el alza de temperatura.

Este fenómeno no afecta sólo a los líquidos o sólidos también a los gases. Al recibir un aumento de calor, las partículas se separan entre sí, permitiendo que el gas se torne más liviano y se eleve. Ejemplo de esto es lo que hace posible que los "globos aerostáticos" se puedan elevar y desplazar.

Pero toda regla tiene su excepción y es el agua en este caso quién confirma la regla, porque al calentarse entre los 0º C y los 4º C, se contrae y al enfriarse se dilata. Se conoce este fenómeno como la dilatación anómala del agua

Equilibrio químico

Un cambio químico siempre es una reacción.

Cuando estudiamos los cambios en la materia aprendimos que todo cambio químico involucra una reacción entre diferentes sustancias produciendo la formación de sustancias nuevas.

Podemos decir, entonces, que una reacción química es un proceso en que una o más sustancias se transforman en otra u otras sustancias  de diferente naturaleza.

Las sustancias originales (las que se transformarán) se denominanreactantes o reactivos y las finales se llaman productos.

Todos los procesos químicos evolucionan desde los reactantes hasta la formación de productos a una determinada velocidad hasta que la reacción se completa. En ese momento, la velocidad de formación de los productos es igual a la velocidad de descomposición de éstos para formar nuevamente los reactantes de los que proceden.

Desde ese mismo momento las concentraciones de todas las especies reaccionantes (reactantes y productos) permanecen constantes. Ese estado se conoce con el nombre de equilibrio químico.

Los cambios en la coloración grafican el avance hacia el equilibrio químico cuando reaccionan estas dos sustancias.

El equilibrio químico es un estado en el que no se observan cambios visibles en el sistema. Sin embargo, a nivel molecular existe una gran actividad debido a que las moléculas de reactantes siguen produciendo moléculas de productos, y estas a su vez siguen formando moléculas de productos.

Como ya dijimos, cuando se alcanza el equilibrio químico las velocidades de la reacción directa (  ) e inversa (  ) son iguales y las concentraciones de los reactantes y de los productos permanecen constantes. Para que esto ocurra, la reacción debe suceder a una temperatura y presión constantes en un recipiente cerrado en el que ninguna sustancia pueda entrar o salir.

Es importante diferenciar entre el equilibrio en términos de velocidad, en el que ambas velocidades son iguales, del equilibrio en términos de concentraciones, donde éstas pueden ser, y normalmente son, distintas.

Factores que modifican el equilibrio

Existen diversos factores capaces de modificar el estado de equilibrio en un proceso químico, como son: la temperatura, la presión(afectando al volumen) y las concentraciones.

La influencia de estos tres factores se puede predecir, de una manera cualitativa por el Principio de Le Chatelier, que dice lo siguiente:

Si en una reacción química en equilibrio se modifican la presión, la temperatura o la concentración de alguna de las especies reaccionantes, la reacción evolucionará en uno u otro sentido hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio.

Este principio es equivalente al principio de la conservación de la energía.

Más temperatura rompe el equilibrio de una reacción.

Efecto de la temperatura

Es la única variable que, además de influir en el equilibrio, modifica el valor de su constante.

Si una vez alcanzado el equilibrio se aumenta la temperatura, el sistema se opone a ese aumento de energía calorífica desplazándose en el sentido que absorba calor; es decir, hacia el sentido que marca la reacción endotérmica.

Aquí debemos recordar que en las reacciones químicas existen dos tipos de variación con la temperatura:

Exotérmica: aquella que libera o desprende calor.

Endotérmica: aquella que absorbe el calor.

Es importante hacer notar que a bajas temperaturas, la reacción requiere más tiempo, debido a que bajas temperaturas reducen la movilidad de las partículas involucradas. Para contrarrestar este efecto se utiliza un catalizador para acelerar la reacción.

Respecto a los catalizadores, se ha determinado que estos no tienen  ningún efecto sobre la concentración de los reaccionantes y de los productos en equilibrio. Esto se debe a que si un catalizador acelera la reacción directa también hace lo mismo con la reacción inversa, de modo que si ambas reacciones se aceleran en la misma proporción, no se produce ninguna alteración del equilibrio.

Aumentar o disminuir la presión también rompe el equilibrio quíico.

Efecto de la presión

Si aumenta la presión la reacción se desplazará hacia donde exista menor número de moles gaseosos, para así contrarrestar el efecto de disminución de volumen, y viceversa.

Lógicamente, en el caso de que las cantidades de moles gaseosos sean iguales para cada lado de la ecuación, no se producirán cambios, es decir que el equilibro no se desplazará. También se puede aumentar la presión del sistema sin afectar el equilibrio agregando un gas noble.

Efecto de las concentraciones

Un aumento en la concentración de uno de los reactivos hace que el equilibrio se desplace hacia la formación de productos, y a la inversa en el caso de que se disminuya dicha concentración. Y un aumento en la concentración de los productos hace que el equilibrio se desplace hacia la formación de reactivos, y viceversa en el caso de que se disminuya.

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