QUÍMICA GENERAL

QUÍMICA GENERAL Química es el nombre de una ciencia que suele ser mencionada como la evolución de la alquimia. Los químicos se encargan de estudiar la composición, la estructura, las propiedades y los cambios de una materia. Como se puede suponer, se trata de un campo de estudio muy amplio. Por eso existen diferentes disciplinas y especialidades dentro de la química, de acuerdo al objeto de estudio específico, las características de la materia que se estudia, etc. De esta manera, podemos referirnos a la química orgánica (que analiza sustancias cuyos compuestos cuentan con carbono), la química inorgánica (centrada en los compuestos y las sustancias simples que no tienen carbono) y la química analítica (la disciplina que apela a instrumentos y herramientas de laboratorio para realizar sus análisis), entre otras. Si nos referimos a la química general, estaremos haciendo mención a la química en su sentido más amplio. Por eso se conoce con este nombre a materias o asignaturas introductorias a esta ciencia, o a cursos básicos que se encargan de enseñar los principios y los fundamentos esenciales de la misma. A través de la química general, por lo tanto, se trabaja con los entes fundamentales de la química: los protones, los electrones y los neutrones, que son partículas simples. También aparecen, en esto contexto, partículas compuestas como los átomos, las moléculas y los núcleos atómicos. La química general, por otro lado, estudia los principios de las reacciones químicas (el proceso que permite el intercambio energético entre un sistema y su entorno). Las especialidades de la química, por supuesto, parten de la química general antes de ingresar en cada ámbito específico. Bibliografía: http://definicion.de/quimica-general/ QUÍMICA INORGÁNICA La química es una ciencia que deriva de la alquimia. Se trata de una disciplina que analiza la estructura, la composición, las propiedades y las variaciones de la materia. De acuerdo al objeto de estudio, se pueden distinguir entre diferentes especialidades de la química. En este sentido, la química orgánica se especializa en el estudio de sustancias con compuestos que disponen de carbono. Por oposición, se conoce como química inorgánica a aquella centrada en las sustancias simples y en los compuestos cuyas moléculas carecen de carbono. Dicho de otro modo, la química inorgánica estudia los compuestos y los elementos inorgánicos, que no tienen enlaces de carbono. Los expertos en la materia, por lo tanto, estudian la estructura, el desarrollo y las reacciones de esta clase de sustancias. Es importante destacar que la división entre química orgánica y química inorgánica deriva de la antigüedad, cuando se creía que la materia viva no se podía crear de manera artificial. Con el tiempo se descubrió que los compuestos orgánicos (formados por carbono) podían obtenerse en un laboratorio. De este modo, ambas ramas de la química comenzaron a superponerse. Así, la química inorgánica muchas veces estudia carburos y bicarbonatos que son sustancias que sí disponen de carbono. Dentro del ámbito de interés de la química inorgánica, aparecen los metales; gases como el nitrógeno y el oxígeno; sustancias que se emplean como fertilizantes; los chips que se utilizan en la informática y en productos tecnológicos; y hasta productos de uso cotidiano como el agua oxigenada y el amoníaco. Bibliografía: http://www.quimicafisica.com/definicion-quimica-inorganica.html MATERIA Con origen en el latín materia, el concepto de materia permite describir a la realidad que puede ser detectada por los sentidos humanos y que conforma, en complemento con la energía, aquello que se conoce como mundo o plano físico. Se trata, por lo tanto, de todo lo relativo a las cosas físicas y que posee un significado opuesto al de espíritu. Cabe resaltar que la materia ocupa lugar en el entorno físico y representa la realidad objetiva ya que puede ser percibida de igual manera por más de una persona. Por ejemplo: un árbol que tiene una altura de 10 metros es material, está compuesto por materia. Todos los individuos con capacidades normales apreciarán el mismo árbol con idénticas características (altura de 10 metros, etc.). Para los expertos en Física, la materia posee energía asociada y ocupa una localización espacio-temporal que la vuelve comparable con las leyes fundamentales de la física. La ciencia moderna considera que la materia es una entidad, campo o discontinuidad que puede entenderse como un fenómeno captado por los sentidos, capaz de propagarse por medio del tiempo y espacio a una velocidad idéntica o más baja a la que tiene la luz y a la que es posible vincular energía. La materia másica, por otra parte, es la modalidad de materia que contiene masa. Este tipo de materia puede analizarse desde una perspectiva microscópica o macroscópica. Bibliografía: http://definicion.de/materia/ ESTADOS DE LA MATERIA A pesar de lo que nos enseñaron en la escuela, el desarrollo de la tecnología ha ido incorporando nuevos descubrimientos, que nos permiten diferenciar mejor los estados de la materia y también, pensar sobre las posibilidades que estos nuevas formas de ver y entender el mundo para construir un planeta más sustentable. 1. Sólido Se forma cuando la fuerza de atracción de las moléculas es mayor que las de repulsión. Las moléculas se quedan fijas y el movimiento energético se queda limitado a vibración despreciable. 2. Líquido La materia se forma en este estado cuando la temperatura rompe la fijación de las moléculas en estado sólido. Aunque las moléculas pueden moverse se mantienen cerca cómo en la estructura sólida. Los líquidos poseen una forma indefinida ya que pueden adecuarse a su contenedor, pero tienen su volumen definido. 3. Gaseoso La materia en estado gaseoso podemos comprimirla modificando su densidad. El movimiento de las moléculas es mayor que el de atracción entre ellas, por lo que se mueven a cualquier dirección ocupando todo el espacio disponible. 4. Plasma Los plasmas son unos gases ionizados de temperatura muy elevada. Debido a la alta temperatura donde se forman los plasmas las moléculas se separan y únicamente existen átomos individuales. A causa de la gran energía que poseen los plasmas los electrones exteriores se separan violentamente de los átomos formando un gas de iones altamente cargados. 5. Superfluidos Es un estado de la materia caracterizado por la ausencia total de viscosidad, de manera que, en un circuito cerrado, fluiría interminablemente sin fricción. Es un fenómeno físico que tiene lugar a muy bajas temperaturas, cerca del cero absoluto (-273,15°C), límite en el que cesa toda actividad. Un inconveniente es que casi todos los elementos se congelan a esas temperaturas. Pero hay una excepción: el helio. 6. Supersólidos Un posible estado de la materia, en la que ésta mantiene su estructura de rejilla pero sin ser rígida y que, probablemente, posea propiedades elásticas. Es un sólido que no es sólido: puede fluir sin esfuerzo a través de la materia normal como si no estuviese allí. Esto es en principio un supersólido, varios científicos han elaborado hipótesis sobre este elemento que aún no ha sido comprobado experimentalmente. 7. Superconductores Es una propiedad presente en muchos metales y algunas cerámicas, que aparece a bajas temperaturas, caracterizada por la pérdida de resistividad a partir de cierta temperatura característica de cada material, denominada temperatura crítica.Los superconductores también presentan un acusado diamagnetismo, es decir, son repelidos por los campos magnéticos. 8. Sólido cristalino Es un sólido homogéneo que presenta un orden interno periódico de sus partículas reticulares, sean átomos, iones o moléculas. Se denomina cristal al sólido que presenta una estructura integrada por unidades regulares que se repiten para construir un retículo o red tridimensional. Las unidades son básicamente poliedros, es decir, cuerpos geométricos espaciales cuyas caras son polígonos. 9. Condensados fermiónicos Aunque desarrollado teóricamente en 1999 por la U. de Colorado, el primer condensado de Fermi constituido por átomos no fue creado hasta el 2003, es como una nube de átomos de potasio, congelados a una temperatura de una billonésima de kelvin (10-6 o 0,000 001 K). Una temperatura en la que la materia cesa su movimiento. 10. Cristales líquidos Son materiales moleculares en los que incluso en estado líquido, sus moléculas constituyentes presentan cierto grado de ordenamiento. Simultáneamente, poseen propiedades de los líquidos, fluidez y viscosidad, y propiedades ópticas que se parecen de manera sorprendente a las de los cristales como, por ejemplo, poder reflejar colores diferentes dependiendo del ángulo bajo el cual se los observe. 11. Materia degenerada Gas en el cual los electrones libres (o los neutrones libres) están en el estado de máxima densidad permitido por las leyes de la mecánica cuántica, la densidad llega a niveles de una tonelada por centímetro cúbico para un gas de electrones degenerados y mil millones de toneladas por centímetro cúbico para un gas de neutrones degenerados. 12. Efimov El único ejemplo es el gas frío de átomos de cesio, En 1970, Vitaly Efimov demostró que los objetos cuánticos que no pueden formarse en pares, podían, no obstante, formarse en tripletes. En 2006, un grupo de Austria encontró el primer ejemplo del conocido como estados de Efimov en un gas frío de átomos de cesio. 13. Plasma quark – gluon Experimentos de colisiones de plomo contra plomo y plomo contra oro era recrear lo que sucedió en nuestro universo justo unas millonésimas de segundo después de la Gran Explosión, cuando tenía una temperatura 100.000 veces la del interior de nuestro Sol, esto es, del orden de cien mil millones de grados centígrados. Lo que encontraron fue un nuevo estado de la materia, 20 veces más denso que el núcleo atómico: el plasma de gluón-quark. 14. Coloides Los coloides, también conocidos como solución coloidal, son sustancias formadas por dos tipos de materiales en diferente fase, generalmente uno de ellos  se encuentra en un estado líquido y otro en un estado sólido pero granulado, que se ve disperso en el otro. Ejemplos de este estado son: Mantequilla, la crema batida, los tejidos vivos y los lubricantes 15. Fluidos supercríticos Un fluido supercrítico es cualquier sustancia a una temperatura y presión por encima de su punto crítico. Se puede difundir a través de sólidos como un gas y disolver los materiales como un líquido. Se comporta como “un híbrido entre un líquido y un gas”, es decir, puede difundir como un gas (efusión), y disolver sustancias como un líquido (disolvente). Bibliografía: http://evolucionarios.ec/2014/10/02/15-estados-de-la-materia/ ÁTOMO, PARTÍCULAS SUBATÓMICAS Y NÚMERO ATÓMICO La palabra átomo proviene del idioma griego y significa “no divisible” o “indivisible” por lo que el átomo se consideraría la particular más pequeña de la materia que no se puede dividir. Este concepto fue inventado por Demócrito en el 400 ac y en aquella época se creía que el átomo era efectivamente la partícula más pequeña posible de la materia (lo cual no es cierto ya que hay partículas subatómicas) En los átomos se reconoce la existencia de partículas con carga eléctrica negativa, llamados electrones, los cuales giran en diversas "órbitas" o niveles de energía, alrededor de un núcleo central con carga eléctrica positiva. El átomo en su conjunto y sin la presencia de perturbaciones externas es eléctricamente neutro. Centro del núcleo se encuentran otras partícula, los protones, que poseen carga eléctrica positiva, y los neutrones que no poseen carga eléctrica. Así pues dentro del átomo encontramos: EL ELECTRÓN : Es una partícula elemental con carga eléctrica negativa igual a 1,602 x 10-19 Coulomb y masa igual a 9,1083 x 10-28 g, que se encuentra formando parte de los átomos de todos los elementos EL NEUTRÓN: Es una partícula elemental eléctricamente neutra y masa ligeramente superior a la del protón, que se encuentra formando parte de los átomos de todos los elementos EL PROTÓN: Es una partícula elemental con carga eléctrica positiva igual a 1,602 x 10-19 Coulomb y cuya masa es 1837 veces mayor que la del electrón. La misma se encuentra formando parte de los átomos de todos los elementos. En un átomo de un elemento cualquiera se tiene la misma cantidad de protones y de electrones. Esta cantidad recibe el nombre de número atómico, y se designa por la letra "Z". A la cantidad total de protones más neutrones presentes en un núcleo atómico se denominan número másico y se designa por la letra "A". Si designamos por "X" a un elemento químico cualquiera, su número atómico y másico se representa por la siguiente simbología: A X z Por ejemplo, para el Sodio tenemos: Así el número de neutrones resulta de la ecuación neutrones (n) = A - Z Bibliografía: http://clasesdequimica.blogspot.mx/2009/03/atomo-particulas-subatomicas-numero.html BASE EXPERIMENTAL DE LA TEORÍA CUÁNTICA La mecánica cuántica es una de las ramas principales de la física, y uno de los más grandes avances del siglo XX para el conocimiento humano, que explica el comportamiento de la materia y de la energía. Su aplicación ha hecho posible el descubrimiento y desarrollo de muchas tecnologías, como por ejemplo los transistores, componentes masivamente utilizados, en prácticamente cualquier aparato que tenga alguna parte funcional electrónica. La mecánica cuántica describe, en su visión más ortodoxa, cómo cualquier sistema físico, y por lo tanto todo el universo, existe en una diversa y variada multiplicidad de estados, los cuales habiendo sido organizados matemáticamente por los físicos, son denominados autoestados de vector y valor propio. De esta forma la mecánica cuántica puede explicar y revelar la existencia del átomo y los misterios de la estructura atómica tal como hoy son entendidos; fenómenos que la física clásica, o más propiamente la mecánica clásica, no puede explicar debidamente. De forma específica, se considera también mecánica cuántica, a la parte de ella misma que no incorpora la relatividad en su formalismo, tan sólo como añadido mediante teoría de perturbaciones. La parte de la mecánica cuántica que sí incorpora elementos relativistas de manera formal y con diversos problemas, es la mecánica cuántica relativista o ya, de forma más exacta y potente, la teoría cuántica de campos (que incluye a su vez a la electrodinámica cuántica, cromodinámica cuántica y teoría electrodébil dentro del modelo estándar) y más generalmente, la teoría cuántica de campos en espacio-tiempo curvo. La única interacción que no se ha podido cuantificar ha sido la interacción gravitatoria. La mecánica cuántica es la base de los estudios del átomo, los núcleos y las partículas elementales (siendo ya necesario el tratamiento relativista), pero también en teoría de la información, criptografía y química. Las técnicas derivadas de la aplicación de la mecánica cuántica suponen, en mayor o menor medida, el 30 por ciento del PIB de los Estados Unidos. Bibliografía: https://sites.google.com/site/itvhquimica/teoria-cuantica-y-estructura-atomica/descripcion-de-la-teoria TEORÍA ATÓMICA DE NIELS BOHR Entre 1911 y 1913 existió gran incertidumbre acerca de la estructura atómica. Se había descartado el modelo de J.J.Thomson porque no pudo explicar la desviación de los rayos alfa; el modelo de Rutherford estaba de acuerdo con los experimentos de desviación de partículas alfa, pero éste, además de ser inestable (porque el electrón perdía energía en forma de radiación electromagnética), no podía explicar la naturaleza de los espectros de emisión y absorción atómica. En 1913, Bohr desarrolló un modelo atómico abandonando las consideraciones de la física clásica y tomando en cuenta la Teoría cuántica de Max Planck. Niels Bohr no desechó totalmente el modelo planetario de Rutherford, sino que incluyo en el restricciones adicionales. Para empezar, consideró no aplicable el concepto de la física clásica de que una carga acelerada emite radiación continuamente. Según la teoría cuántica de Planck, la absorción y emisión de energía tiene lugar en forma de fotones o cuantos. Bohr usó esta misma idea para aplicarla al átomo; es decir, el proceso de emisión o absorción de radiación por un átomo solo puede realizarse en forma discontinua, mediante los fotones o cuantos que se generen por saltos electrónicos de un estado cuantizado de energía a otro. El modelo de Bohr está basado en los siguientes postulados, que son válidos para átomos con un solo electrón como el hidrógeno y permitió explicar sus espectros de emisión y absorción. 1. Primer Postulado: Estabilidad del Electrón Un electrón en un átomo se mueve en una órbita circular alrededor del núcleo bajo la influencia de la atracción coulómbica entre el electrón y el núcleo, obedeciendo las leyes de la mecánica clásica. Las únicas fuerzas que actúan sobre el electrón son las fuerzas de atracción eléctrica (Fa) y la fuerza centrípeta (Fc), que es exactamente igual a la fuerza centrífuga. 2. Segundo Postulado: Orbitas o niveles permitidos En lugar de la infinidad de órbitas posibles en la mecánica clásica, para un electrón solo es posible moverse en una órbita para la cual el momento angular L es un múltiplo entero de la constante de Planck h. 3. Tercer Postulado: Niveles Estacionarios de Energía Un electrón que se mueva en una de esas órbitas permitidas no irradia energía electromagnética, aunque está siendo acelerado constantemente por las fuerzas atractivas al núcleo. Por ello, su energía total E permanece constante. 4. Cuarto Postulado: Emisión y Absorción de Energía Si un electrón que inicialmente se mueve en una órbita de energía Ei cambia discontinuamente su movimiento de forma que pasa a otra órbita de energía Ef se emite o absorbe energía electromagnética para compensar el cambio de la energía total. La frecuencia ν de la radiación es igual a la cantidad (Ei – Ef) dividida por la constante de Planck h. Bibliografía: http://www.fullquimica.com/2011/04/teoria-atomica-de-niels-bohr.html PROPIEDADES ESPECÍFICAS O INTRINSECAS Las propiedades específicas son características de cada sustancia y permiten diferenciar un cuerpo de otro. Las propiedades específicas se clasifican en propiedades físicas y propiedades químicas. ·         PROPIEDADES FISICAS: son las que se pueden determinar sin que los cuerpos varíen su naturaleza. Entre las propiedades físicas se encuentran: v   PROPIEDADES ORGANOLEPTICAS: son aquellas que se determinan a través de las sensaciones percibidas es por los órganos de los sentidos. Por ejemplo, el color, el olor, el sabor, el sonido y la textura. v  ESTADO FISICO: es la propiedad de la materia que se origina por el grado de cohesión de las moléculas. La menor o mayor movilidad de las moléculas caracteriza cada estado. Aunque tradicionalmente estamos acostumbrados a referirnos a tres estados de la materia: solido, líquido y gaseoso; investigaciones recientes proponen la existencia de otros estados, los cuales se producen, sobre todo, en condiciones extremas de temperatura y presión. Estos nuevos corresponden al estado de plasma  y el superfluido. El plasma es un estado que adoptan los gases cuando se calientan a elevadas temperaturas del orden de 10.000 grados centígrados las moléculas adquieren tanta energía sin ética, que los frecuentes choques provocan la ruptura de las moléculas e incluso d los átomos, lo que origina una mezcla de iones positivos y electrones deslocalizados, donde el número de cargas, además de los átomos y las moléculas, es prácticamente el mismo. En el universo la mayoría de materia se encuentra en este estado debido a altas temperaturas que poseen las estrellas. El superfluido es un estado que se consigue cuando un gas, como el Elio, se licua a altas presiones y temperaturas cercanas al cero absoluto. La sustancia se comporta como un líquido que trepa por las paredes y se escapa. Presenta muy poca fricción y viscosidad. v  PUNTO DE EBULLICION: es la temperatura a la cual una sustancia pasa del estado líquido al estado gaseoso. v  PUNTO DE FUSION: es la temperatura a la cual una sustancia pasa del estado sólido al estado líquido. v  SOLUBILIDAD: es la propiedad que tienen algunas sustancias de disolverse en un líquido a una temperatura determinada. v  DENSIDAD: es la relación que existe entre la masa de una sustancia y su volumen. Por ejemplo, un trozo de plomo pequeño es más denso que un objeto grande y liviano como el corcho. v  DUREZA: es la resistencia que oponen a ser rayadas. Se mide mediante una escala denominada escala de Mohs que va de uno hasta diez. Así, por ejemplo, dentro de esta escala el talco tiene una dureza de uno ``1´´, mientras que el diamante presenta un grado de dureza diez ``10´´. v  ELASTICIDAD: es la capacidad que tienen los cuerpos de deformarse cuando se aplica ellos y de recuperar su fuerza original cuando la fuerza se suprime. v  DUCTILIDAD: mide el grado de facilidad con que ciertos materiales se dejan convertir en alambres o hilos. v  MALEABILIDAD: mide la capacidad que tienen ciertos materiales para convertirse en láminas, como el cobre o el aluminio. En general, los materiales que son útiles también son maleables. v  TENASIDAD: es la resistencia que ofrecen los cuerpos a romperse o deformarse cuando se les golpea. Uno de los materiales más tenaces del acero. v  FRAGILIDAD: es la tendencia de romperse o fracturarse. Bibliografía: http://lamateriasustancias.blogspot.mx/2011/03/propiedades-especificas-o-intrinsecas.html ISÓTOPO Se conoce como isótopo a las variedades de átomos que tienen el mismo número atómico y que, por lo tanto, constituyen el mismo elemento aunque tengan un diferente número de masa. Los átomos que son isótopos entre sí tienen idéntica cantidad de protones en el núcleo y se encuentran en el mismo lugar dentro de la tabla periódica. El término isotopo que ahora nos ocupa tenemos que decir que tiene su origen etimológico en el griego y es que se compone de dos partes de dicha lengua: isos que puede traducirse como “igual” y topos que significa “lugar”. Además de esto hay que resaltar el hecho de que fue a principios del siglo XX cuando se utilizó por primera vez el término isótopo. En concreto el creador del mismo fue el científico inglés Frederick Soddy quien ha pasado a la historia de la Química por haber inventado el mismo y también por haber llevado a cabo importantes investigaciones sobre los elementos radioactivos y la naturaleza del citado elemento. Tanto fue así que consiguió importantes reconocimientos y galardones a lo largo de toda su carrera profesional. Entre aquellos se encuentran el Premio Nobel de Química que lo obtuvo en 1921, la Albert Medal en 1951 o el nombramiento como Doctor Honoris Causa de la Universidad de Oxford en el año 1910. Cabe destacar que gran parte de los elementos químicos cuentan con más de un isótopo. Apenas veintiún elementos, como el sodio, tienen un único isótopo natural. Es posible dividir los isótopos en isótopos estables e isótopos no estables o radiactivos. Para que un isótopo sea radiactivo, debe exhibir una proporción entre su cantidad de neutrones y de protones que no resulte propicia para mantener la estabilidad del núcleo. La noción de estabilidad, de todas maneras, no es muy precisa ya que hay isótopos que se consideran como casi estables gracias a un tiempo de neutralización extremadamente largo. El isótopo radiactivo cuenta con un núcleo atómico inestable ante el equilibrio existente entre los protones y los neutrones. Esta misma característica hace que emita energía cuando muta de forma hacia condiciones más estables. Los isótopos no estables experimentan un periodo de desintegración donde la energía es emitida como rayos beta, alfa o gamma. Bibliografía: http://definicion.de/isotopo/