QUÍMICA DESDE LOS PRIMEROS PASOS
ING. WILLIAM ESCRIBANO SIESQUÉN
M MA ATTEER RIIA A I.
CONCEPTO Es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio, que debe ser comprobado por observación y experimentación, es decir, susceptible de ser medido. Puede ser materia condensada o dispersada.
II.
III.
CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA Según Albert Einstein, la materia puede ser condensada y disipada; para Louis D’Broglie, la materia es ondulatoria y corpuscular (dualidad de la materia), con lo que se puede concluir que: MATERIA
ESTADOS DE LA MATERIA La materia se encuentra en diferentes estados, los principales estados de la materia son: 2.1. SÓLIDO Existe predominio de la cohesión sobre la repulsión, posee forma y volumen definido, poseen movimiento vibratorio. Por su estructura interna pueden ser sólidos cristalinos (diamante, cloruro de sodio) y sólidos amorfos (plásticos, carbón vegetal).
Materia Condensada
Einstein
Materia Disipada
Corpuscular (Partículas)
D’Broglie
Ondulatoria (Onda)
Sustancias
Energía
3.1. SUSTANCIAS 2.2. LÍQUIDO La cohesión y la repulsión se encuentran en equilibrio, posee forma variable y volumen constante, su desplazamiento se da por diferencia de presión. Si a un líquido se le quita la gravedad, toma la forma esférica.
Es la materia corpuscular pura, posee masa y volumen, con propiedades uniformes en cualquiera de sus partes y con composición definida, es decir, está formada por una sola clase de átomos o moléculas. Así tenemos: SUSTANCIA
Es el estado más abundante de la tierra, por ejemplo: el agua representa el 75% del volumen del planeta tierra.
2.3. GASEOSO En este estado la repulsión predomina sobre la cohesión, posee forma y volumen indefinido, con un desplazamiento caótico. Un gas trata siempre de ocupar el mayor espacio posible y toma la forma del recipiente que lo contiene, casi en su totalidad. 2.4. PLASMÁTICO Es un gas ionizado, cargado eléctricamente que se encuentra a altas temperaturas. Es el estado más abundante del universo. Se halla en el sol, las estrellas, espacio interestelar, etc. A los tres primeros estados de la materia, es decir, sólido, líquido y gaseoso; se les conoce como los estados de agregación de la materia. Hay dos estados más que se encuentran en estudio, pero nos centraremos en los 4 estados vistos.
Sustancia Simple (ELEMENTO)
Sustancia compuesta (COMPUESTO)
Formada por átomos iguales, no se descomponen por medios químicos Pueden ser:
Formada por la combinación dos o más elementos diferentes Pueden ser:
Poliatómicas O3, P4, P8, S4, S8, etc.
Diatómicas H2, N2, O2, F2, Cl2, Br2, I2 Monoatómicas Resto de elementos
Compuestos iónicos: NaCl, CaO, KBrO3...
Compuestos moleculares: H2O, C6H12 06
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IV. PROPIEDADES DE LA MATERIA
3.2. MEZCLAS Está formada por la unión de dos o más sustancias (simples y/o compuestas) en proporciones variables, donde cada una de ellas conserva sus propiedades o características y pueden separarse por medios físicos. Pueden ser: homogéneas o heterogéneas. MEZCLAS
La clasificación de las propiedades que tiene la materia varía según el punto de vista del que se asuma, pero también hay que tomar en cuenta los criterios que tiene cada clasificación. Así tenemos, tres tipos principales:
4.1. SEGÚN SUS CARACTERÍSTICAS O COMPORTAMIENTO A)
Homogénea (Solución) Forman una sola fase: Agua con alcohol, agua de mar, bebida gaseosa, etc.
Heterogénea
ü
Organolépticas: Son aquellos que se basan en nuestros sentidos: gusto, tacto, olfato, oído y vista Ejm: El azúcar es sólido cristalino (tacto), color ámbar (vista), dulce (gusto).
ü
Determinadas o Fijas: Son aquellas que son susceptibles de medir, como el punto de fusión o ebullición de una sustancia. Ejm: El etanol o alcohol etílico tiene una densidad relativa a 20° C de 0,789 con un punto de fusión de –114,1° C y punto de ebullición es 78,5° C
Al unir las sustancias forman dos o más fases: Ejm. agua con aceite Pueden ser:
A las soluciones sólidas se les denomina Aleaciones: ü Acero: Fe + C ü Bronce: Cu + Sn ü Latón: Cu + Zn
PROPIEDADES FÍSICAS: Son descriptivas, es decir indica las características de un determinado objeto. Por ejemplo: color, tamaño, punto de fusión, etc. Estas propiedades físicas pueden ser:
Coloides: No Suspensiones: sedimentan Si sedimentan Ejm: Gelatina, Ejm: Yogurt, jugo neblina, espuma de papaya, leche de afeitar, etc. de magnesia, etc. B)
3.3. COMBINACIÓN
PROPIEDADES QUÍMICAS: Indican comportamiento de una sustancia frente a otra. Es decir, puede oxidarse (pierde electrones) o reducirse (gana electrones) o puede realizar un intercambio iónico. Ejm: Un clavo de hierro al ponerlo al fuego se dilata, pero si ese clavo se coloca en un vaso con agua se oxida, es decir reacciona, esto es una propiedad química. Lo contrario sucede con un papel, ante el agua no reacciona pero con el fuego se vuelve ceniza, por tanto si reacciona.
Combinación es sinónimo de una reacción química, donde cada sustancia participante pierde su identidad, es decir cambia sus propiedades. Se combinan en proporciones constantes o definidas y pueden separarse por medios químicos. Ejemplo: H2 (g) + O2 (g) à H2O (l)
4.2. SEGÚN EL TIPO DE CUERPO MATERIAL 3.4. ENERGÍA A) Es la capacidad para producir trabajo. La energía de propaga en forman ondulatoria, aunque también presenta corpúsculos que tienden a considerarse cero. Así tenemos: Rayos cósmicos, rayos gamma, rayos X, rayos UV, luz visible, rayos infrarrojos, microondas, etc. Según Albert Einstein, la masa (sustancia) se puede convertir en energía o viceversa. Para ello empleó la conocida fórmula de: Donde: E = mc2 E = Energía c = velocidad de la luz (3 x 1010 cm/s) m = masa
PROPIEDADES GENERALES: Son aquellas propiedades que abarcan a todo tipo de cuerpo material sean sólidos, líquidos o gaseosos. Un cuerpo es una porción limitada de materia y que posee masa y volumen. Tenemos: ü ü ü ü ü
Masa: Es la cantidad de materia que posee los cuerpos Volumen o Extensión: Es el lugar que ocupa un cuerpo en el espacio Impenetrabilidad: Dos o más cuerpos no pueden ocupar el mismo lugar o espacio a la vez. Indestructibilidad: “La materia no se crea ni se destruye solo se transforma” (Ley de la conservación de la materia) Gravedad: Fuerza de atracción que poseen los cuerpos hacia el centro de la tierra
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ü ü
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Protones, neutrones, electrones…
Cuerpo
B)
4.3. SEGÚN SU DEPENDENCIA DE LA MASA
Inercia: Resistencia que posee un cuerpo para cambiar de su estado reposo a movimiento o viceversa. Divisibilidad: Todo cuerpo se puede dividir en porciones más pequeñas, por un proceso mecánico, físico, químico, nuclear o magnético
Partículas
Moléculas
Átomos
A)
PROPIEDADES EXTENSIVAS: Son aquellas que dependen de la masa. Por ejemplo: ü
Calor: Es la transferencia de energía de una parte de un cuerpo a otra o entre cuerpos por diferencia de temperatura. Depende de la masa, ya que a mayor masa, mayor calor.
ü
Tenacidad: (definida anteriormente). Podemos decir que a mayor masa, mayor tenacidad, es decir se necesita mayor fuerza para romper el cuerpo. Además es una propiedad particular.
Quarks
Partículas Subatómicas
PROPIEDADES PARTICULARES: Son aquellas que se encuentran en determinados cuerpos. Se les conoce también como propiedades específicas. Entre las principales tenemos:
No se puede afirmar que las todas las propiedades generales son extensivas ya que como en caso la tenacidad, es particular y extensiva.
B)
EN SÓLIDOS ü Dureza: Es la resistencia que posee un cuerpo al ser rayado. Ejm: El diamante es la sustancia natural más dura que se conoce. ü Tenacidad: Resistencia de un cuerpo a ser roto por tracción. Ejm: Los metales ü Maleabilidad: Propiedad por la que los cuerpos pueden transformarse en láminas muy delgadas. Ejm: Lámina de oro y plata. ü Ductibilidad: Propiedad por la que los cuerpos forman hilos muy delgados. Ejm: Los filamentos de Cobre que se encuentran presente en los cables de alumbrado eléctrico. ü Elasticidad: Propiedad de los cuerpos de aumentar su volumen por acción de una fuerza y recupera su volumen cuando cesa la acción. ü Dilatación: Propiedad de algunos cuerpos, principalmente metales, de ampliar su volumen por acción del calor, puede recuperar su volumen cuando cesa la acción ü Conductibilidad: Propiedad de los cuerpos de conducir el calor y la corriente eléctrica.
ü
Densidad: Expresa la relación entre la masa y el volumen de un cuerpo. Es una propiedad general ya que todos los cuerpos tienen densidad sean sólidos, líquidos o gases; pero es intensiva ya que no dependen de la masa. Ejemplo: La densidad del agua a 4°C es un 1 g/cm3, sea 1 litro, 2 litros, 100 litros, en cualquier volumen a esas condiciones de temperatura.
ü
Temperatura: Mide el grado de agitación molecular de los cuerpos. Es una propiedad general, pero es intensiva, ya que no depende de la masa. Ejm: La temperatura corporal es 37° C, esto no interfiere sustancialmente en el volumen o la masa que posee la persona.
Existen muchas otras propiedades de la materia como el color, sabor, olor, etc., pero ya tenemos una clasificación general de las propiedades. Es importante diferenciar que las propiedades generales no siempre son extensivas o las particulares siempre son intensivas, ya que son conceptos diferentes.
EN LÍQUIDOS ü Tensión superficial: Es la fuerza que posee la superficie de un líquido y que tiende a que el área de su superficie sea mínima ü Viscosidad: Es la velocidad mínima con la cual se transportan los líquidos o gases V. EN GASES ü Expansibilidad: Propiedad de los gases de aumentar su volumen tratando de ocupar el mayor espacio posible ü Comprensibilidad: Propiedad por la que los gases pueden reducir su volumen al incrementar la presión.
PROPIEDADES INTENSIVAS: Son aquellas que no dependen de la masa. No se puede afirmar que todas las propiedades particulares son intensivas. Por ejemplo:
FENÓMENOS O TRANSFORMACIONES Es todo cambio que ocurre en la naturaleza. Estos fenómenos o cambios pueden ser:
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5.1. FÉNÓMENO FÍSICO 5.3. FENÓMENO NUCLEAR Es un cambio solo en su apariencia, conserva sus propiedades o características y su composición química no se altera. Por ejemplo: La ruptura de un vidrio, la dilatación de una bolita de hierro, las mezclas, preparación de una limonada, disolución de azúcar en agua, la separación de las mezclas, etc. Los cambios de estado de la materia también son fenómenos o cambios físicos. Así tenemos:
Es un cambio donde se forman nuevos elementos por fisión o fusión nuclear con liberación de energía. La fisión nuclear es la ruptura de núcleos pesados formando núcleos livianos (Ejm: la bomba atómica). La fusión nuclear es unión de núcleos livianos para formar núcleos pesados (Ejm: la bomba de hidrógeno y la bomba de neutrones).
Sublimación, directa o positiva Fusión
Gasificación Gaseoso
Líquido
Sólido Solidificación
Licuación
Deposición Sublimación indirecta o inversa
Debido a que el comportamiento de un gas es diferente a la del vapor, el paso de líquido a vapor se denomina Vaporización y no es una gasificación; además el paso de vapor a líquido se denomina Condensación y no es una licuación. ü ü ü
La vaporización se puede dar de tres formas principales: Ebullición: Ocurre cuando el líquido hierve, se da en toda la masa y a temperatura determinada. Este cambio es brusco y bullicioso. Ejm: El agua hierve a 100° C. Evaporación: Ocurre a temperatura ambiente y se da en la superficie del líquido de forma lenta y silenciosa. Ejm: El alcohol se evapora a temperatura ambiental. Volatización: Ocurre a temperatura ambiente y se da en toda la masa de forma rápida y silenciosa. Ejm: La acetona y la bencina se volatizan rápidamente.
5.2. FENÓMENO QUÍMICO Es sinónimo de reacción química, es decir, hay cambio de propiedades, características y de composición química. Se forman nuevos productos o sustancias diferentes a los reactantes, pero con los mismos átomos Por ejemplo: La combustión de la gasolina, la cocción de los alimentos, la oxidación o reducción de las sustancias, la fermentación de los carbohidratos que generan alcohol y dióxido de carbono, putrefacción de la carne, digestión, respiración, fotosíntesis, etc.
LECTURA TOMADA DEL LIBRO “QUÍMICA DESDE LOS PRIMEROS PASOS” – PARTE 1. AUTOR: ING. WILLIAM ESCRIBANO SIESQUÉN PRIMERA EDICIÓN – FEBRERO 2009 CHCLAYO – PERÚ Depósito Legal en la Biblioteca Nacional del Perú N° 2009 – 12814