| Hay compuestos orgánicos y compuestos inorgánicos; muchos de ellos se emplean comúnmente tanto en el hogar como en la industria, así como en el trabajo agrícola; algunos de ellos los transforma el hombre a partir de materias primas que adquiere del medio natural. En la naturaleza se encuentran una serie de sustancias que se unen, se mezclan, se combinan y forman todos los materiales que constituyen las diferentes capas de la tierra y que se encuentran en cualquiera de los tres estados de la materia: sólido, líquido o gaseoso. |
|
|
|
Además de utilizar la materia prima como carbón, azufre, sal, petróleo, etc. que convierte en detergentes, plásticos, papel, explosivos, automóviles, electrodomésticos, y otros, también el hombre usa gran parte de los materiales que existen para su supervivencia; por ejemplo, emplea el oxígeno, el aire, los minerales y todos aquellos que se encuentran en el suelo, los cuales adquiere por medio de las plantas, pues éstas los toman y luego el hombre se alimenta de ellas. |
| Bien sea de forma natural o por acción del hombre, encontramos sustancias inorgánicas y sustancias orgánicas. |
| Entre las sustancias inorgánicas encontramos: todos los óxidos, bases, ácidos y sales excepto aquellas que contengan carbono e hidrógeno en su composición. |
|
Entre las sustancias orgánicas encontramos todos los compuestos que contengan carbono e hidrógeno excepto el ácido cianhídrico ( HCN), el ácido carbónico (  ) y el ác carbonoso ( ).
| Óxidos son compuestos binarios que se forman por una reacción de “Combinación” del oxígeno con otro elemento; si se trata de un metal al óxido se le llama “ óxido básico” , en tanto que si se trata de un no metal se le denomina“óxido ácido u óxido no metálico”. |
Como ejemplo de óxido básico podemos mencionar el óxido de hierro, cuya fórmula química es  y que lo vemos comúnmente, se trata de la herrumbre anaranjada que se forma cuando dejamos un pedazo de hierro o algún utensilio que lo contenga, por ejemplo, un machete, a la intemperie; el  , dióxido de carbono, es un ejemplo de óxido ácido, es el compuesto que se utiliza en los extintores de fuego.
|
|
|
|
|
Ácidos son compuestos que resultan de la combinación del hidrógeno con otro elemento o grupos de elementos de mucha electronegatividad y que se caracterizan por tener sabor ácido, reaccionar con el papel tornasol azul y tornarse rosado, generalmente producen quemaduras en la piel si se entra en contacto directo con ellos.
que cuando el estómago lo segrega en cierta cantidad provoca lo que conocemos como “acidez estomacal”, éste es un ácido binario; otro ejemplo es el ácido sulfúrico,  ,, es el ácido que se le agrega a las baterías de los carros. |
|
| Bases o Hidróxidos : son compuestos ternarios que resultan de la combinación de algunos metales con agua o de un óxido básico con agua. |
En el primer caso podemos mencionar el LiOH, Hidróxido de litio; en el segundo caso podemos señalar
|
Las bases o hidróxidos se caracterizan, entre otras cosas, por tener sabor amargo, ser jabonosos al tacto, cambiar el papel tornasol de rosado a azul, ser buenos conductores de la electricidad en soluciones acuosas y ser corrosivos.
|
|
Sales: son sustancias de estabilidad relativa; su actividad y solubilidad están condicionadas a los elementos que la integran. Se forman a partir de la reacción de un ácido y una base; ellas pueden reaccionar entre sí y dar origen a compuestos de mayor estabilidad.
|
|
Algunas sales se les llama sales ácidas o sales básicas, ello obedece a que pueden originarse de neutralizaciones parciales; por ejemplo,  , Carbonato ácido de sodio es una sal ácida, en tanto que Mg(OH)Cl, es una sal básica.
|
|
|
Entre otras características, como su nombre lo indica, estos compuestos tienen sabor salado y en disolución acuosa conducen la corriente eléctrica., generalmente son sustancias cristalinas y pueden cambiar de estado por acción del calor.
|
|
|
Compuestos orgánicos: son sustancias en cuya composición básica está presente el elemento carbono, a excepción de los óxidos de carbono como CO y , los cianuros y los carbonatos, los cuales son compuestos inorgánicos. Estos compuestos orgánicos contienen los elementos C, H, O, N, P, S y halógenos como Cl, I, F y Br. Se caracterizan porque son combustibles, es decir, arden con facilidad y al quemarse dejan un residuo negro de carbón.
|
|
Los compuestos orgánicos se caracterizan por encontrarse en los diferentes estados de la materia: sólido, líquido y gaseoso; son insolubles en agua, pero solubles en solventes orgánicos; poseen olor característico y sus reacciones son lentas.
|
|
Ejemplos de ellos son los “hidrocarburos y sus derivados”. Los hidrocarburos incluyen compuestos formados exclusivamente por C e H; es el caso de los alcanos, alquenos y alquinos y los hidrocarburos aromáticos; son insolubles en agua y solubles en solventes orgánicos.
Los derivados de hidrocarburos son:
|
Ácidos carboxílicos: ácidos orgánicos importantes en la producción de polímeros, fibras, películas y pinturas.
Las aminas: son bases orgánicas de olor desagradable.
Las amidas: incluyen a proteínas de gran importancia biológica.
Los ésteres : tienen un olor agradable y están presentes en las frutas a las cuales dan su olor característico.
Los aldehídos: son de olor penetrante, están en perfumes, frutas y flores.
Las cetonas: se usan como disolventes, ejemplo la acetona que se usa para quitar la pintura de las uñas.
Los alcoholes: se usan como disolventes. El etanol está presente en las bebidas etílicas y es producido por fermentación.
|
|
|
Compuestos orgánicos en alimentos y medicinas:
Ácidos grasos: se presentan en grasas y aceites y pueden ser saturados e insaturados.
Ácido acético : es un líquido de olor penetrante, se usa en la condimentación de alimentos, el conocido vinagre; se le emplea en la producción de plásticos, de productos de limpieza y productos farmacéuticos, en tintorería y en síntesis de decolorantes.
Ácido cítrico : es un sólido incoloro de sabor ácido que se encuentra en muchas plantas y frutas cítricas como el limón, la naranja, la mandarina, la toronja, etc.; se utiliza para preparar bebidas cítricas, en farmacia, en industria textil y de curtidos.
Ácido ascórbico o vitamina C: es un compuesto de sabor ácido agradable, hidrosoluble, de fácil oxidación, se funde durante la cocción de alimentos y es esencial en la dieta humana porque el organismo no lo produce. Lo podemos encontrar en frutas cítricas; previene las infecciones y la gripe común.
Ácido acetilsalicílico: es un sólido de color blanco, es poco soluble en agua y es conocido como aspirina.
|
|
|
|
|
Compuestos orgánicos en productos de limpieza
Los jabones: son sales que se forman entre un ácido carboxílico y un hidróxido de metales alcalinos. A los jabones se le puede agregar distintas sustancias con el fin de formar diferentes tipos de jabones como: jabones de tocador, jabones medicinales, jabones humectantes, jabones líquidos, jabones duros o blandos.
Los jabones al igual que los detergentes tienen la propiedad de disolverse en agua, formar espuma, emulsionar el sucio unido; pero, una de las desventajas es que su capacidad de limpieza disminuye en presencia de ácidos y de aguas duras.
|
|
|
|
Los detergentes: su origen, por lo general, es sintético y su ventaja es facilitar el lavado debido a que superan las propiedades de limpieza de los jabones. Los detergentes no forman sales insolubles en aguas duras y no son afectados por la acidez del agua donde actúan.
|
|
El problema que presentan es la contaminación del agua debido a que la mayoría no son biodegradables, esto trae como consecuencia un espumaje excesivo en las aguas residuales, además de un crecimiento excesivo de algas que impide el consumo adecuado de oxígeno por la vida animal acuática que crece en las aguas donde vierten residuos de detergentes. |
|
|
¿Podrías pensar en dos diferencias entre jabones y detergentes?
|
|
Compuestos orgánicos en fibras y combustibles.
Las fibras naturales: se forman principalmente por largas cadenas carbonadas que provienen de plantas o animales; por ejemplo el algodón y el lino son de origen vegetal y están formados de celulosa, un biopolímero del azúcar llamado glucosa. La seda y la lana son de origen animal y están formadas por largas cadenas carbonadas que contienen, además, nitrógeno y azufre.
Las fibras sintéticas: están formadas por polimerización, algunas de éstas son el nylon, el rayón, el poliéster, el dracón, el tergal; estas fibras tienen la propiedad de arder con mayor facilidad que las naturales.
|
|
Los combustibles : la mayoría de la energía consumida en la sociedad proviene de los combustibles fósiles como el carbón, petróleo y gas natural, los cuales son agotables y contaminantes; estos combustibles son hidrocarburos que varían en el largo de su cadena carbonada y contienen nitrógeno, azufre y oxígeno. Las principales fuentes y reservas del organismo son los carbohidratos, lípidos y proteínas.
|
|
| |
|
Otros materiales de los citados en este trabajo pueden ser obtenidos con procedimientos sencillos y utilizando instrumentos caseros y equipos de fácil construcción; no obstante, siempre hay que tener precaución cuando se trabaje en estos menesteres.
|
|
|
En la naturaleza tenemos ejemplos hermosos de cómo se efectúa este trabajo por seres vivos o por acción de los propios elementos naturales; por ejemplo, las plantas nacen cuando las semillas germinan, luego crecen, producen frutos y estos maduran.
|
|
Hay otras sustancias que tiramos en sitios de amontonamiento de desperdicios se transforman y forman nuevas sustancias, por ejemplo, un trozo de hierro que tiremos al suelo, al cabo de algún tiempo ya no existe, en su lugar habrá óxido de hierro.
Poniendo en juego la imaginación, la creatividad se pueden realizar experiencias que permiten vivenciar cómo ocurren los cambios y cómo se forman sustancias a partir de otras.
|
|
|
|
|
|
|
|
Elementos metálicos y no metálicos
Este tema trata de los elementos químicos y su clasificación en metales y no metales. También se considera el grupo de elementos con características de uno y otro, por cuya razón se les denomina “metaloides”.
A efectos de empezar a conocer cómo se mencionan universalmente a los elementos, es decir, el símbolo con el cual se representan, se comienza el tratamiento de lo referente a la Tabla Periódica, donde se encuentran ubicados por grupos según que posean características similares.
|
| Los elementos químicos se ubican en la Tabla Periódica bajo las denominaciones de: Metales, Metaloides y No metales, grupos que se diferencian en su estado natural, propiedades características, abundancia y usos. |
Este tema trata de los elementos químicos y su clasificación en metales y no metales. También se considera el grupo de elementos con características de uno y otro, por cuya razón se les denomina “metaloides”.
En Química se denominan |
|
|
Metales: este grupo representa la mayoría de los elementos, normalmente se encuentran en estado sólido y de acuerdo a sus propiedades conforman cinco nuevos grupos dentro de la tabla periódica
|
Dentro de las características más comunes de los metales encontramos que generalmente se presentan en estado sólido, cuando se combinan con el oxígeno forman óxidos, poseen alta conductividad eléctrica y térmica, poseen brillo, son maleables, es decir se pueden reducir a láminas muy delgadas, y son dúctiles, o sea que pueden estirarse hasta formar alambre.
Tienen energía de ionización, es decir, poseen la energía suficiente para separar un electrón de un átomo y tienen afinidad electrónica baja, por eso no es fácil que reaccionen entre sí.
|
Algunos metales son indispensables para la vida, tal es el caso del hierro, cobre, zinc y molibdeno, entre otros.
Hay metales que tienen otros usos en la tecnología y resultan esenciales en procesos industriales; podemos mencionar el cromo, cuyo nombre viene de “color” en griego y el cual produce pigmentos para pinturas, también se usa en la fabricación de aceros especiales. |
Cobre |
|
|
|
|
El titanio se usa en piezas que deben ser sometidas a fuerzas muy grandes. El ytrio se utiliza para fabricar instrumentos de cirugía. El zirconio lo utilizan para revestir submarinos y plantas nucleares. El tantalio lo emplean en prótesis para conectar nervios y unir músculos. El manganeso se emplea en aleaciones con el hierro. Todos los metales nombrados en este párrafo, pertenecen al grupo de los “primeros metales de transición”.
|
|
No metales: Podemos decir que solo el 20% de los elementos químicos se pueden considerar como no metales. Estos elementos requieren sólo un pequeño número de electrones para alcanzar una estructura estable. Clasificación de los no metales en la tabla periódica
Metaloides
Los metaloides son elementos que poseen propiedades intermedias entre los metales y no metales, su conductividad eléctrica es intermedia entre la de los metales y los no metales. Son semiconductores, esta propiedad los ha hecho sumamente útiles en los dispositivos electrónicos. Contiene ocho elementos: B, Si, Ge, As, Sb, Te, Po y At
|
|
|
Reconocer una reacción química, establecer la relación entre la masa de los elementos que integran un compuesto y la energía que se asocia a las reacciones químicas.
Reacciones químicas. Velocidad de las reacciones químicas. Catalizadores
Cuando reaccionan dos o más sustancias se producen nuevos materiales, lo cual ocurre en un tiempo determinado; todo depende de un conjunto de factores que influyen en la rapidez de reacción, tales como: naturaleza de los reaccionantes, división de los materiales reaccionantes, concentración, temperatura y la presencia de catalizadores. Todos estos factores hacen que unas reacciones sean más rápidas y otras más lentas: podemos determinar la rapidez con que reaccionan dos sustancias, tomando en cuenta la cantidad de sustancia transformada o producida en función del tiempo.
Asimismo, todos sabemos que los materiales de hierro se oxidan más rápidamente que los materiales de aluminio. ¿Por qué ocurre eso?
En este caso se trata de una oxidación que comúnmente se llama “corrosión”; la humedad es un factor que acelera la formación del óxido de hierro. Los efectos de la corrosión, a veces, suelen dañar maquinarias, reactores, etc.; los especialistas en corrosión pueden detener estos efectos. Hay algunos metales como el zinc, el aluminio, el níquel que no se corroen, o si lo hacen es para formar una ligera capa de óxido que más bien les sirve de protección al resto del material para que no se siga oxidando.
| Estos dos ejemplos muestran que las transformaciones químicas ocurren con una cierta rapidez de reacción. Los materiales que se encuentran en la naturaleza se alteran con el tiempo porque sufren cambios químicos. Algunos se alteran con mayor rapidez que otros dependiendo de la naturaleza misma del material, así como de las condiciones que lo rodean. |
|
| Ante los ojos de quienes no son especialistas en el área de la Química pueden pasar muchos cambios químicos sin que se percaten de ellos. No es fácil darse cuenta del número de reacciones químicas que tienen lugar en el cuerpo humano cuando ocurre la respiración, la alimentación, la reproducción, el crecimiento, entre otros hechos. |
|
|
Las plantas, por ejemplo, absorben dióxido de carbono, CO 2, del aire y ayudándose con la energía que el sol proporciona, del agua y del pigmento verde que ellas mismas poseen: la clorofila, producen azúcares y liberan oxígeno; es el proceso que se conoce con el nombre de “fotosíntesis” .
|
|
Un proceso inverso ocurre en los animales; cuando se alimentan de plantas obtienen la energía que requieren para su supervivencia y desarrollo. En el cambio químico que allí ocurre reintegran al aire, el agua y el dióxido de carbono.
|
|
|
Conocer las reacciones químicas es interesante para los habitantes del planeta, indistintamente que sean o no especialistas, pues ello coadyuva a la creación y/o consolidación de una conciencia responsable en lo que respecta al cuidado y preservación del medio ambiente y de la vida misma.
|
|
|
Una reacción química no es otra cosa que los cambios que sufren los materiales cuando entran en contacto y que dan origen a la formación de nuevas sustancias con propiedades diferentes de las de las que les dieron origen.
|
|
|
De acuerdo con la teoría atómica de la materia, los cambios químicos tienen explicación si se consideran como resultantes del reagrupamiento de átomos que originan nuevas moléculas.
Ya sea materia viva o inerte, ella siempre está sufriendo transformaciones que afectan su constitución; por ello podemos entender la formación de suelos y rocas, la erosión química de las aguas, el nacimiento y crecimiento de las plantas etc.
En las reacciones químicas se pueden distinguir dos tipos de sustancias: las que llamamos iniciales, aquellas que existen antes que se produzca la reacción y que también se designan con el nombre de “reactivos”; y las finales, que surgen cuando concluye la reacción y a las que se llama “productos”.
|
Factores que afectan la rapidez de una reacción química
Estos factores están relacionados con los reaccionantes o con la reacción entre sí.
|
|
1) Factores relacionados con los reaccionantes
a. Naturaleza de los reaccionantes
b. Concentración de los reaccionantes
c. Grado de subdivisión de los reaccionantes
|
2) Factores relacionados con la reacción.
a. Temperatura de la reacción
b. Presencia de un catalizador en una reacción |
|
Factores relacionados con los reaccionantes: |
|
a) Naturaleza de los reaccionantes : la naturaleza de los reaccionantes no es un factor cinético en sí, sino un factor termodinámico que está relacionado con la estructura misma de la sustancia y con su tendencia a reaccionar.
Una sustancia tiene una naturaleza propia que no puede ser alterada o manipulada por un experimentador para que la reacción sea más rápida o más lenta.
|
|
b) Concentración de los reaccionantes: en la mayoría de los casos una reacción química aumenta su rapidez al incrementarse la concentración de uno o más de sus reactivos. Al aumentar la concentración de un reactivo aumenta también el número de sus partículas en el medio de la reacción. Ilustración de concentraciones
|
|
|
|
| c) Grado de subdivisión de los reaccionantes: el grado de subdivisión de un material está relacionado con su área superficial; mientras más dividido se encuentre un material, mayor será el área de superficie expuesta, este factor es importante en una reacción debido a que al aumentar el grado de subdivisión de un reactivo, aumenta también la rapidez de la reacción química, porque el área superficial es mayor y puede reaccionar al mismo tiempo. |
|
| Factores relacionados con la reacción: |
|
|
a) Temperatura de la reacción : la rapidez de la mayoría de las reacciones químicas aumenta al ocurrir un incremento de la temperatura, es por ello que los alimentos se descomponen más rápido a temperatura ambiente que en el refrigerador.
Al aumentar la temperatura, se incrementa el desorden de las partículas de las sustancias reaccionantes, esto hace que aumente el número de colisiones efectivas entre partículas, permitiéndoles reaccionar y aumentando así la rapidez de reacción.
|
|
|
b) Presencia de un catalizador en una reacción : Un catalizador es una sustancia que modifica la rapidez de una reacción química sin que ella misma se consuma en el proceso o sufra algún cambio químico. Existen dos tipos de catalizadores:
Catalizadores positivos: que aceleran la rapidez de una reacción.
Catalizadores negativos: que disminuyen la rapidez de una reacción.
Un caso de una reacción catalizada. con dióxido de manganeso, es la descomposición térmica del clorato de potasio:
A medida que transcurre una reacción química, los reaccionantes disminuyen. Mientras que los productos aumentan. La rapidez de reacción se puede establecer como la relación entre la masa de reactivo consumido o de producto formado en el transcurso del tiempo en que ocurre la reacción. Cualquiera de las siguientes expresiones son útiles para determinar la rapidez de una reacción:
|
|
Ejemplo, el peso molecular del agua se calcula así:
peso atómico del Hidrógeno H = 1
peso atómico del Oxígeno O = 16
fórmula del agua:  entonces su peso molecular será:
H = 1 x 2 = 2 O = 16 x 1 = 16
Peso molecular del agua = 2 + 16 = 18 gr/mo
|
Leyes de la combinación química. Ley de la conservación de la masa. Ley de las proporciones definidas.
Hasta finales del siglo XVIII la descripción de los fenómenos químicos se realizaba principalmente en forma cualitativa. Antonio Lorenzo Lavoisier fue el primer químico que utilizó la balanza para el estudio de las transformaciones químicas. Sus estudios le dieron un rigor cuantitativo a la química, impulsándola como una ciencia experimental. Hoy se le considera el padre de la química moderna. ¿Por qué crees que son importantes las mediciones en ciencia, especialmente en química?
Los estudios e ideas de Lavoisier dieron lugar al planteamiento de una ley que recoge uno de los principios fundamentales sobre los que se ha basado la química clásica. "La materia que entra a formar parte de una reacción química nunca se destruye, únicamente se transforma".
|
|
Ley de la conservación de la masa.
Antonio Lorenzo Lavoisier (1.743- 1.794) fue quien introdujo el empleo de la balanza en el estudio de la química.
Lavoisier realizó muchos estudios sobre reacciones de combustible y calentamiento de metales. Determinaba cuidadosamente la masa de los gases producidos, la de los combustibles y metales antes de calentar, así como la de los productos. Comprobó también, que la masa de ceniza obtenida era igual a la masa del mercurio del oxígeno combinado. Al calentar a temperatura superior el óxido obtenido, obtuvo de nuevo el oxígeno libre, cuyo volumen correspondía al perdido aparentemente por el aire en la primera reacción.
|
Antonio Lorenzo Lavoisier (1.743- 1.794) |
|
|
Lavoisier generalizó sus resultados a todas las reacciones químicas y enunció en 1.785 la llamada ley de la conservación de la masa, que puede formularse de dos maneras:
1) En toda reacción química, la masa total de las sustancias reaccionantes es igual a la masa de los productos.
2) La materia no se crea ni se destruye, sólo se transforma
|
|
|
Conservación de los recursos naturales
Según la ley de la conservación de la masa, el universo no produce materia sino que tiene una cantidad constante que no puede destruirse sino cambiar a otra forma.
El ciclo de los elementos: los elementos químicos forman nuevas sustancias que pueden circular por diferentes lugares de la tierra, incluyendo los seres vivos y retornar a su origen, como el carbono, el nitrógeno y el oxígeno, forman ciclos biogeoquímicos importantes. |
| El reciclaje de materiales: algunos materiales pueden reutilizarse después de un proceso de recuperación y así puede evitarse el agotamiento de algunos recursos naturales y la contaminación ambiental, como el papel, el cartón, vidrio, etc. |
| La contaminación ambiental: la introducción de sustancias extrañas al ambiente trae problemas como la destrucción de la capa de ozono, la extinción de especies, etc. |
La ley de la conservación de la masa se cumple en toda reacción química:
|
|
|
Se pueden realizar aplicaciones de esta ley mediante cálculos sencillos basados en la medición de masas. |
|
|
Joseph Louis Proust (1.754 - 1.826) |
Ley de las proporciones definidas
A finales del siglo XVIII, el químico francés Joseph Louis Proust (1.754 -1.826) realizó un gran número de análisis para demostrar la constancia de la composición de las sustancias químicas.
Basado en sus observaciones, Proust enunció la llamada ley de las proporciones definidas en el año 1.801, estableciendo lo siguiente:
Cuando dos o más elementos se combinan para formar un compuesto, lo hacen en una relación fija de masa invariable.
|
|
|
Ejemplo:
Océanos, lluvia, pozo subterráneo, lagos, ríos, sintetizada en el laboratorio; no importa cual sea la fuente de agua, su composición siempre es la misma: agua pura.
|
|
Cantidad de oxígeno que reacciona: 8,5 gr Mg x 1 gr  /1,5 gr Mg = 5,7 gr
Observamos que la proporci6n 1,5: 1 se usa como el factor de conversión porque se establece la relación entre la cantidad de magnesio y oxígeno que reacciona en forma fija.
|
|
Cantidad de oxígeno que se forma: 8,5 gr Mg + 5,7 gr = 14,2 gr óxido 8,5 gr de magnesio reaccionan con 5,7 gr de oxígeno y forman 14,2 gr de óxido de magnesio.
|
|
|
Reacciones nucleares.
Origen de los elementos. Fisión y Fusión nuclear. Contaminación radioactiva.
Además de las radiaciones cósmicas que desde el exterior llegan a la Tierra, nos encontramos que aquí mismo existen materiales que, de manera natural, emiten radiaciones. Esto nos lleva a un cuarto tipo de cambio en los materiales: las reacciones nucleares.
|
En las rocas, suelos y cuerpos de agua se encuentran minerales que están constituidos por elementos químicos que emiten radiactividad. Todos estos elementos, al emitir radiaciones, se van transformando en otros que pueden ser también radiactivos.
Aunque parece extraño, los organismos están constituidos por algunos isótopos que son radiactivos. En el hígado tenemos cobalto 60, en los huesos se encuentra radio 226.
|
Rocas |
| Los científicos han llegado al convencimiento de que existe una fuerza inmensa que no hace posible la repulsión de los protones y los mantiene unidos; a esta fuerza le han asignado el nombre de energía nuclear. Los procesos de fisión y fusión nuclear demuestran su existencia. |
|
| La energía nuclear es aquella que se libera cuando se dividen ciertos tipos de átomos |
|
| En los reactores nucleares ocurre esto, pero en condiciones sumamente controladas; en cambio en las armas nucleares no hay control, de allí su gran poder destructivo.
Haz click en el siguiente botón para que visualices el siguiente mapa conceptual, y posteriormente observa el mapa conceptual del átomo
|
|
Al hablar del núcleo del átomo se dijo que la carga de electricidad positiva de los protones está equilibrada por la carga negativa de los electrones que giran a su alrededor a cierta distancia; eso es muy comprensible y está de acuerdo con el modelo que hemos aprendido acerca de la naturaleza eléctrica de la materia. Hay algo que resulta difícil de entender, es el hecho de que los protones se encuentren reunidos en un espacio extraordinariamente pequeño y aparentemente no se rechacen entre sí, como ocurre entre cargas iguales. Hay una fuerza increíblemente grande, poderosa, que mantiene unidos a esos protones, es la energía nuclear.
| Las Reacciones Nucleares son aquellas donde se altera la composición de los núcleos atómicos liberándose enormes cantidades de energía. |
|
|
Características de las reacciones nucleares
• Las reacciones nucleares son producidas por partículas nucleares.
• Las reacciones nucleares causan transmutación de los elementos, conversión de un átomo a otro.
• Las reacciones nucleares ocurren con cambios de energía que superan a las de las reacciones químicas.
• Las reacciones nucleares son independientes de las condiciones ambientales.
• La reactividad nuclear de un elemento es independiente de la forma en que se halle, bien sea libre o formando compuestos.
|
Estabilidad de un núcleo atómico.
La estabilidad de un núcleo atómico depende del número de neutrones y protones que tenga, es decir, relación neutrón / protón. Para que un núcleo se mantenga estable el número de neutrones debe ser igual al número de protones; es decir, que la relación neutrón / protón sea 1 o mayor que 1; estos se llaman núcleos estables o isótopos estables.
|
|
|
|
En la representación de reacciones nucleares el número de protones en un núcleo, llamado número atómico, aparece en el extremo inferior izquierdo y el número de neutrones y protones, llamado número másico, aparece en el extremo superior izquierdo. El número de neutrones se obtiene restándole al número másico el número atómico.
|
| Cuando un núcleo tiene mayor número de protones que de neutrones, prevalecen las fuerzas columbianas de repulsión sobre las fuerzas nucleares o interacciones fuertes que mantienen unidos los nucleones, de modo que el núcleo o isótopo inestable sufre un proceso de desintegración espontánea con la emisión de partículas radiactivas hasta formar núcleos estables.
|
|
|
|
Fisión y fusión nuclear
Fisión nuclear
Es un proceso de desintegración radiactiva de un núcleo inestable para producir núcleos menos pesados y más estables con la liberación de una enorme cantidad de energía. |
|
| Se logra mediante el bombardeo con partículas, generalmente neutrones, aceleradas con aparatos especiales tales como el ciclotrón, betatrón y sincrotón, que les proporcionan la energía cinética mínima necesaria como para que, al sufrir colisión con el núcleo, ocurra la ruptura, originando fragmentos atómicos y neutrones capaces de repetir el mismo proceso con otros átomos, produciendo de esta manera una reacción en cadena. |
Enrico Fermi
|
|
La primera fisión nuclear la logró el eminente científico italiano Enrico Fermi en el año 1.935, al bombardear uranio con neutrones térmicos.
La liberación de energía provocada por el proceso de fisión nuclear constituye la base de las bombas atómicas y de los reactores nucleares.
|
|
Fusión nuclear
Es una reacción termonuclear en la que dos núcleos livianos (núcleos de átomos de elementos de masa pequeña) se combinan, a temperaturas extremadamente elevadas, para dar origen a nuevos elementos con masas mayores y liberación de enormes cantidades de energía. |
|
|
La fusión controlada de isótopos de hidrógeno parece ser una fuente de energía muy prometedora, por las siguientes ventajas:
• El combustible utilizado, deuterio, es abundante, ya que está contenido en todas las aguas de la naturaleza.
• El proceso es muy limpio, ya que no elimina desechos radiactivos, por lo que no constituye una amenaza para el ambiente.
|
|
La bomba termonuclear no tiene límites de masa crítica y poder destructivo, la inmensa cantidad de energía que se desprende se mide, no en kilotones, como la bomba de la fisión nuclear, sino en cientos de megatones.
En la fisión y fusión nuclear sólo se altera la composición del núcleo; no así, la distribución de los electrones. La enorme cantidad de energía desprendida en el transcurso de estos procesos proviene de la masa de las partículas que intervienen en la reacción; es decir, una parte de la materia fisionable o fusionable se transforma en energía.
La primera bomba atómica detonada en el desierto de Los Álamos en 1945 liberó una potencia de 20 kilotones
|
Radiactividad
Es el producto de la desintegración parcial de los átomos de un cuerpo radiactivo, átomos que, a través de sucesivas y rapidísimas transformaciones y con gran desarrollo de calor, se convierten en otros de peso atómico más bajo.
Este fenómeno fue observado por primera vez por Henri Becquerel en 1.896, cuando accidentalmente descubrió que los compuestos de uranio (U, Z = 92) producían emisiones radiactivas. |
Henri Becquerel 1852-1908 |
|
Los fenómenos de radiactividad pueden ocurrir de manera natural o de manera artificial, es decir, por la intervención humana.
Radiactividad natural
Es el proceso mediante el cual los núcleos de ciertos elementos radiactivos pesados inestables sufren desintegración espontánea, con formación de nuevos núcleos correspondientes a nuevos elementos y liberación de energía. |
Sometiendo estas radiaciones a cambios eléctricos, se descubrió que estaban conformadas por tres tipos de rayos, que fueron identificados con las tres primeras letras del alfabeto griego:
|
|
|
Los rayos Alfa: son idénticos al núcleo de helio (He), formado por dos protones y dos neutrones. Estos rayos pueden ser detenidos por la piel o por una hoja de papel; tienen carga positiva.
|
| Los rayos Beta: son semejantes a los electrones, tienen mayor penetración que los alfa, penetran la piel, pero son detenidos dentro del cuerpo; asimismo son detenidos por láminas metálicas. Son de carga negativa.
|
|
Los rayos Gamma: son una forma de radiación electromagnética. Su poder de penetración es tan grande que pueden atravesar una capa de concreto de dos metros de espesor; son dañinos para los seres vivos y por esta razón hay que tener mucho cuidado al manipularlos.
|
|
|
|
Estas radiaciones, no pueden verse, escucharse, tocarse u olerse; pero pueden detectarse a través de una variedad de instrumentos.
Radiactividad artificial
Es el proceso mediante el cual se logra la ruptura de los núcleos de átomos estables mediante el bombardeo con partículas ligeras aceleradas (proyectiles subatómicos), dando origen a la formación de los nuevos núcleos correspondientes a nuevos elementos. |
|
|
Emest Rutherford (IBM World Book 99) |
La primera transmutación artificial la logró el científico inglés, Ernest Rutherford, en el año 1.919, al bombardear núcleos de átomos de nitrógeno con partículas alfa a gran velocidad. En esta reacción se produjo oxígeno isotópico y un protón. La ecuación de esta reacción nuclear es:
|
| |
|
Los principales yacimientos de minerales radiactivos en Venezuela se encuentran, sin explotar, en el estado Mérida.
Usos específicos de la energía nuclear
El hombre, urgido de la necesidad de enfrentar el problema energético de los combustibles tradicionales: carbón y petróleo, ha comenzado a darle múltiples usos a la energía nuclear (Observa el diagrama)
|
Peligros de la energía nuclear
El uso de la energía nuclear debe ser muy cuidadoso debido a que la exposición de los seres vivos a ciertos niveles de radiaciones son perjudicial para la salud.
Los descubridores e investigadores de los elementos radiactivos de principios de siglo jamás sospecharon los riesgos de trabajar en contacto con las radiaciones. La bomba atómica de Hiroshima es un ejemplo de su peligrosidad.
|
Peligros de la energía nuclear |
|
La nube negra indica indica el grado la radiación del 27abril en Chernobyl, enseguida después del accidente.
|
Los reactores nucleares son un peligro potencial. Un accidente ocurrió en 1.986 en Chernobyl, en la antigua Unión Soviética, cuando se escapó una nube que contenía productos radiactivos, cuyos efectos llegaron a Europa, Asia y Estados Unidos. |
Contaminación radiactiva
Los efectos biológicos de las radiaciones en el hombre y el resto de los seres vivos, varían desde simples quemaduras o interrupción de ciertas funciones fisiológicas hasta daños graves. Existen evidencias de que las radiaciones provocan alteraciones genéticas o mutaciones en la descendencia de los seres vivos. |
Contaminación Radiactiva |
Debido a la alta peligrosidad de estos materiales y de los desechos radiactivos, surgió la necesidad de establecer un conjunto de regulaciones y normas a fin de evitar la contaminación.
Para ello se crearon organismos nacionales e internacionales entre los que se cuentan: |
Organismos nacionales:
Centro para los Usos Pacíficos de la Energía nuclear y la Paz, UCV y la Sociedad Nuclear de Venezuela. |
Organismos Internacionales:
Comisión Internacional de Energía Atómica y la Organización Mundial de la Salud. |
|
|
Una forma de contaminación lo representa la lluvia radiactiva. Una explosión nuclear de una bomba o de la cabeza de un misil es una de las amenazas que caracteriza a nuestra era. Las armas nucleares tienen un enorme potencial destructor al poder generar reacciones capaces de producir temperaturas superiores a un millón de grados y destruir ciudades enteras. Independientemente de los efectos térmicos y mecánicos de las bombas nucleares, comunes a otros tipos de bombas, una de sus características peculiares es la de la producción de isótopos radiactivos.
La explosión inicial consiste en una reacción nuclear de fisión en cadena instantánea e incontrolada, que comienza en la cámara de detonación de la bomba. Para producir esta reacción son necesarios materiales fisibles altamente enriquecidos. Al producirse la explosión, se libera con ella una cantidad de radiactividad, consecuencia de la escisión de los átomos en el proceso de la fisión, que se difunde a través del ambiente.
|
|
|
Describir, mediante modelos, la naturaleza discontinua y eléctrica de la materia e interpretar cómo se acomodan los átomos para formar estructuras y cómo ocurren las transformaciones de la materia.
|
Modelo que permite explicar la naturaleza eléctrica de la materia.
La materia está constituida por partículas llamadas átomos; pero este planteamiento no es suficiente para explicar ciertos comportamientos de la misma; como es el hecho de presentar, algunos materiales, atracción o repulsión cuando se les acerca.
Por extraño que parezca, toda la materia está constituida por partículas electrizadas; la prueba de ello es la electrización por contacto y por inducción.
|
Electrización de los cuerpos
Algunos fenómenos naturales, como los rayos producidos durante las tormentas, llenaron de asombro e imaginación a los pueblos antiguos.
El filósofo y matemático Tales de Mileto (siglo V a.C.) fue el primero en descubrir el fenómeno de la electricidad al observar un pedazo de ámbar frotando con lana o piel de animal. Mileto lo consideró como una propiedad característica de la materia.
Además de poseer masa y ocupar un lugar en el espacio, la materia tiene una naturaleza eléctrica, la cual se manifiesta de dos formas diferentes (positiva y negativa) asociadas a las partículas elementales que constituyen el átomo.
Si el comportamiento eléctrico de los cuerpos está relacionado con los átomos, es necesario conocer la estructura atómica.
|
Tales de Mileto
|
|
Modelo de átomo: partículas subatómicas: electrones y protones
Las investigaciones de muchos científicos sobre la estructura del átomo, han permitido descubrir o postular más de 30 partículas subatómicas, de las cuales las tres más importantes son: el protón, neutrón y electrón.
|
|
J.J. Thomson (1.856-1.940)
|
En 1.897, J.J. Thomson (1.856-1.940) Descubrió que el átomo poseía unas partículas con carga negativa a las que llamó electrones, formuló así su teoría atómica: "el átomo está compuesto de una esfera cargada positivamente en la que se mueven y están incrustados los electrones"; éste fue el primer modelo atómico para explicar la naturaleza eléctrica de la materia. En la misma época de Thomson, Eugen Goldstein (1.850-1.930 descubrió otras partículas subatómicas de carga positiva a las que se le denominó protones.
|
| En 1.909, Ernest Rutherford (1.871-1.937) Propuso un modelo atómico conocido como el átomo nuclear: los átomos poseen un centro de carga positiva llamado núcleo atómico, en el cual se concentra la mayor parte de la masa del átomo y donde se encuentran los protones; los electrones se mueven en órbitas alrededor del núcleo dejando espacios relativamente grandes y formando una corona electrónica. La carga negativa de los electrones contrarresta la carga positiva del núcleo, por lo que el átomo es eléctricamente neutro. A través de este modelo del átomo nuclear se pueden explicar algunos fenómenos como los de electrización de la materia.
|
|
|
|
Electrización por contacto
La electrización por contacto se produce cuando un cuerpo neutro eléctricamente se carga al ponerse en contacto con un cuerpo electrizado. Los átomos de una sustancia cualquiera, contiene un número igual de protones y electrones.
Si frotamos sustancias como el vidrio o la ebonita (caucho endurecido) con una piel o una tela de seda, notaremos que adquieren la capacidad de atraer pedacitos de papel u otros objetos ligeros.
|
|
|
La electrización se puede demostrar fácilmente frotando ligeramente a la piel un globo inflado y acercándole una varilla de ebonita, la cual ha sido frotada por un pedazo de lana, se observa que el globo es repelido por la varilla.
Como el globo y la ebonita son fabricados con el mismo tipo de material, ambos adquieren la misma carga eléctrica y es por ello que al acercarlos se repelen.
|
Ley electrostática o Ley de las cargas:
Cargas eléctricas iguales se repelen y
Cargas eléctricas opuestas se atraen
|
|
| Electroscopio: es un instrumento sensible que se utiliza para detectar cargas eléctricas pequeñas, está constituido por una delgada hoja de aluminio o de oro, unida en su parte superior a un vástago de metal. La hoja y la parte inferior del vástago están encerradas en una caja metálica con ventanas de vidrio y el contacto entre la caja y el vástago está aislado. Fuera de la caja, en la parte superior del vástago, se encuentra una esfera metálica adecuada para recibir cargas. Cuando se carga el electroscopio, negativa o positivamente, las hojas del aluminio se repelen, debido a que presentan la misma carga.
|
|
|
La electrización por contacto se caracteriza por ser una transmisión de carga de un cuerpo a otro, es decir, no hay creación de carga eléctrica.
|
|
Electrización por inducción
Se trata de un procedimiento mediante el cual un material es capaz de comunicar una carga de sentido opuesto sin que se altere su propia carga. Ocurre cuando un cuerpo neutro eléctricamente se aproxima a un cuerpo electrizado y es atraído. El objeto cargado se denomina inductor y las cargas producidas reciben el nombre de cargas inducidas.
La inducción electrostática o electrización por inducción puede demostrarse acercando una mano a un globo cargado negativamente; la carga negativa del globo repele a los electrones de la mano más próximos a él, quedando la parte más externa de la mano cargada positivamente por inducción y, como resultado, la mano atrae al globo.
Conductores y aislantes
Existen materiales como los metales, el grafito y ciertas soluciones de ácidos, bases y sales, que permiten el paso de cargas eléctricas, tales materiales se denominan conductores; por esta razón se emplean para transportar la electricidad hasta nuestros hogares; por ejemplo, los cables de cobre.
Por otra parte, existen materiales como el vidrio, porcelana, hule, parafina, azufre y muchos plásticos que no permiten el paso de cargas eléctricas, a estos se les llama materiales aislantes; ellos sólo se electrizan en el lugar en que se les toca con un cuerpo electrizado.
Modelo que permite explicar la naturaleza discontinua de la materia.
La diversidad de materiales presentes en la naturaleza y sus diferentes propiedades han llevado al ser humano a buscar una explicación a sus fenómenos. Esta explicación amerita conocer la naturaleza misma de la materia y su estructura.
|
Se hace entonces necesario pasar de una visión macroscópica a una visión microscópica del mundo material. Para esto el ser humano ha recurrido a modelos mentales simples para explicar la estructura interna de la materia.
|
| Los modelos científicos son ideas o representaciones que intentan exeplicar los fenómenos observados. Desde tiempos antiguos se ha propuesto un modelo de partículas para explicar la estructura de la materia. Este modelo se ha identificado en la medida que el conocimiento científico ha avanzado. |
|
|
Este estudio acerca de la discontinuidad de la materia, está basado en el modelo de partículas; a continuación establecemos un diagrama general relacionado con los conceptos que se manejaran en dicho tema: Modelo de partículas.
Los filósofos griegos fueron quienes, por primera vez se preocuparon por estudiar la constitución íntima de la materia. Basados en razonamientos lógicos, Leucipo (450 a. C.) y su discípulo Demócrito (460-370 a. C.) propusieron que la materia estaba formada por pequeñas partículas indivisibles a las que llamaron átomos.
|
El atomismo tiene muchas diferencias por falta de pruebas experimentales.
La idea de átomo fue desaparecida durante los 2.000 años siguientes, hasta que, a principios del siglo XIX, el inglés John Dalton (1.766-1.844) la retomó y postuló la primera teoría moderna del átomo, que dice que la materia está formada por pequeñas partículas rígidas, esféricas e indivisibles llamadas átomos, la cuales son iguales para un mismo elemento pero diferentes para otros, tanto en forma, tamaño y masa como en propiedades, que no se crean ni se destruyen ni se transforman en otros tipos de átomos durante las reacciones químicas, y que se pueden combinar según leyes específicas para formar moléculas.
|
John Dalton |
| Al observar algunos materiales con los que comúnmente estamos familiarizados, como, cabillas, tubos, agua, alcohol, aire, etc, probablemente tenemos una idea de que la materia es continua, pero existe una serie de evidencias que demuestran lo contrario, es decir, que la materia es discontinua y que están constituidas por pequeñísimas partículas en movimiento, esto puede ser observado indirectamente a través de dos fenómenos: la difusión y el Movimiento Browniano. |
|
|
1) La difusión :
a) De los gases: Si colocamos en uno de los extremos de un tubo de vidrio cilíndrico, de aproximadamente 1m de longitud y 2cm de diámetro, un algodón humedecido con ácido clorhídrico y, en el otro extremo, un algodón previamente mojado en solución de amoníaco, y los cerramos con tapones de corcho o de goma, observaremos que los gases se expanden y que, transcurrido en breve tiempo, se forma una mezcla homogénea (nube blanca de cloruro de amonio) en el punto en que entran en contacto los dos gases; este fenómeno es conocido como difusión y está estrechamente relacionado con el comportamiento de las partículas gaseosas.
La difusión de los gases, aparte de ser una clara evidencia de la discontinuidad de la materia, nos permite inferir que las partículas que la constituyen deberán ser extraordinariamente pequeñas y de diferentes tamaños, ya que ambos gases se difunden a diferentes velocidades.
|
b) De los líquidos:
Si dejamos caer un cristal de una sal coloreada, en una probeta con agua, observaremos que al transcurrir 15 a 20 minutos la sal se difundirá con uniformidad por todo el líquido.
Puedes, en tu casa, comprobar esto, agregando a un poco de agua unos cristales de permanganato de potasio y observar lo que ocurre; puedes comentar luego, en clase, lo que observaste y pedir a tu profesor(a) una explicación más detallado del por qué de ello. |
|
|
La difusión de los cristales salinos en solventes apropiados es similar al proceso de difusión en gases y, por lo tanto, se infiere que las moléculas del líquido están en perpetuo movimiento en todas las direcciones y que el tiempo requerido para la difusión en las partículas disueltas de la sal es debido a la forma en que se encuentran agrupadas las moléculas del líquido.
|
| La naturaleza del líquido también es discontinua, ya que de lo contrario las partículas del cristal no se podría difundir en el seno del líquido. |
|
|
2) Movimiento Browniano
Cuando se vierten partículas de arcilla en un tubo de ensayo lleno de agua se observa que las partículas más pesadas caen por gravedad y se depositan en el fondo; las partículas más pequeñas caen más lentamente hasta que finalmente las partículas diminutas quedan suspendidas en el agua, indefinidamente.
|
| Si observamos con un microscopio la trayectoria de una de estas partículas suspendidas, se verá como zigzaguea rápidamente en el agua, sin permanecer nunca en reposo. Este fenómeno recibe el nombre de Movimiento Browniano y constituye una evidencia más de que la materia es discontinua y está formada por partículas en continuo movimiento. |
|
|
Hemos visto, tanto en el atomismo griego como en los postulados de Dalton, que la materia que constituye los objetos no es continua, sino que está formada por partes muy pequeñas llamadas átomos y que la agrupación de ellos forman moléculas.
|
Molécula
es la menor porción en que la materia puede dividirse por las acciones físicas, que interviene en los fenómenos físicos y conserva aún los caracteres específicos de la sustancia.
|
Hay moléculas monoatómicas como las de los gases nobles (Ar, He, etc), diatómicas como las del oxígeno atmosférico ( ), triatómicas como las del agua ( O), etc.
|
Átomos
Son partículas extraordinariamente pequeñas aproximadamente  cm de diámetro, constituyentes básicas de toda la materia.
|
|
|
|
La pequeñez del átomo es tal, que cada vez que un ser humano respira, inhala y exhala, aproximadamente, veinticinco mil trillones de átomos. No es fácil hacerse una idea, ni siquiera aproximada, de lo que significa una cifra de esa índole. |
|
|
Modelo de átomos y Moléculas
 
|
Describir un modelo del átomo
Cada átomo es como un pequeño sistema solar en el que el sol o centro, es el núcleo y los planetas que giran alrededor.
Para el estudio de la estructura del átomo y su concepción actual se tomaron contribuciones de diversos modelos.
|
| Tenemos el modelo del átomo el cual está formado por un núcleo atómico donde se encuentran partículas positivas llamados protones y partículas neutras llamadas electrones, estas determinan la masa del átomo. |
| Alrededor del núcleo se encuentran los electrones de carga negativa girando en órbita fijas. Cada órbita acepta un máximo de electrones. |
Modelos atómicos en la historia
Las partículas elementales constituyentes del núcleo son los protones y los neutrones. Cada átomo tiene una carga nuclear positiva que es la característica, determinada por el número de protones. |
|
Protones: Son partículas elementales que representan una unidad de carga eléctrica positiva y una unidad de masa 1850 veces superior a la del electrón ; se representa por 1p
|
|
|
|
Los protones son constituyentes universales de todos los núcleos de los diferentes átomos que forman las sustancias. Todos los átomos de un mismo elemento son semejantes, particularmente en peso, pero difieren de otros elementos. Los cambios químicos consisten en la unión o separación de átomos. También Jhon Dalton estableció una tabla de pesos atómicos y una clasificación periódica de los elementos. en definitiva su propuesta fue la primera teoría atómica cuantitativa de la historia. fue nombrado miembro de la Royal Society, fue doctorado en ciencias por la Universidad de Oxford.
|
Neutrones: Son partículas neutras, sin carga eléctrica y una unidad de masa aproximadamente igual a la del protón.
Se simboliza por 1n. Fueron descubiertos por Chadwich en 1.932.
|
|
|
Ahora resulta comprensible el por qué toda la masa del átomo está concentrada en un espacio tan reducido como el núcleo, ya que la masa de un átomo está dada por la suma de las masas de los protones y los neutrones.
|
Número atómico es el número total de protones presentes en un núcleo. Se le designa por la letra Z
|
Es una propiedad invariable de los átomos de cada elemento. A la suma de los protones y neutrones se le denomina número másico y se simboliza con la letra A. el número de neutrones N es: N = A - Z
Por convenio internacional se acostumbra colocar el número atómico como subíndice al lado izquierdo del símbolo del elemento y el número másico como super-índice hacia el mismo lado:
|
| Los neutrones son las partículas responsables de que los átomos de un mismo elemento puedan presentar distinto número másico, es decir, que son los responsables de la existencia de isótopos. |
|
Isótopos
La mayoría de los elementos químicos en la naturaleza están constituidos por diferentes tipos de átomos debido a que no tienen el mismo número de neutrones.
|
Los átomos de un mismo elemento que tienen diferente número de neutrones y el mismo número de protones se llama isótopos
|
|
|
Ejemplo:
El hidrógeno tiene tres isótopos, el carbono tiene tres, el estaño tiene diez, etc. los isótopos de hidrógeno son muy conocidos y son los únicos que se les ha dado nombre específico: el protio, que tiene un solo protón en su núcleo, sin ningún neutrón; el deuterio, que tiene un protón y un neutrón en su núcleo y el tritio, que tiene un protón y dos neutrones en su núcleo.
|
|
| Conviene señalar que el concepto de partículas fundamentales del núcleo ha variado considerablemente en los últimos años al descubrirse la existencia de más de cincuenta partículas distintas y al determinarse que el protón y el neutrón tienen, además, estructura interna. |
|
| Un tercer tipo de partículas elementales, los electrones, a diferencia de los dos anteriores, protones y neutrones, se encuentran girando alrededor del núcleo en espacios vacíos relativamente grandes. |
|
Electrones: Son partículas de carga eléctrica negativa, siendo su masa 1.840 veces menor que la del protón o la del neutrón.
|
|
|
|
Las capas de los electrones
La corona electrónica puede tener un máximo de siete capas electrónicas o niveles de energía, identificadas por las letras o números: K, L, M, N, O, P y Q ó 1, 2, 3, 4, 5, 6 y 7. estas capas se ordenan según la distancia del núcleo. |
|
Las capas electrónicas están divididas en subcapas de electrones o subniveles de energía, designadas por las letras s, p, d, f o g. Cada una también acepta un número máximo de electrones y representa a un tipo de orbital atómico.
Un electrón puede pasar de un subnivel o nivel de energía a otro: si absorbe energía, se excita y pasa a uno superior, y si libera energía pasa a un nivel energético inferior.
Entre las partículas elementales que constituye el núcleo existen interacciones.
Las partículas que constituyen el núcleo de un átomo están confinadas en un espacio extraordinariamente pequeño.
|
|
La tremenda energía asociada a las fuerzas nucleares hace posible que se mantengan unidos los protones y neutrones. Estas fuerzas, cuya naturaleza es aún desconocida, son extraordinarias y siempre de atracción, capaces de mantener ligados neutrones a protones, protones a protones y neutrones a neutrones.
Parece ser que las fuerzas nucleares no dependen de la carga eléctrica de las partículas que interaccionan, sino de la distancia que las separa. |
|
|
Atracción entre protones, neutrones y entre protones y neutrones: las fuerzas nucleares son de tan corto alcance (2.10 -12 cm) que cada partícula solo interacciona con su vecina más cercana dentro del núcleo; ello permite que los protones se atraigan unos a otros, igualmente los neutrones y los protones con los neutrones.
Entre las partículas sub-atómicas del átomo se establecen interacciones eléctricas, predominando las fuerzas atractivas sobre las fuerzas repulsivas y formando la unión (enlace químico).
|
|
|
Interpretar los símbolos de los elementos, sus números químicos y las fórmulas químicas de compuestos sencillos.
|
Sustancias puras: elementos y compuestos
|
|
Este tema trata de los elementos químicos y su clasificación en metales y no metales. También se considera el grupo de elementos con características de uno y otro, por cuya razón se les denomina metaloides. En Química se denominan :
|
Sustancias puras:
Aquellas que conservan una composición fija e invariable y cuyas propiedades físicas y químicas son siempre las mismas. Algunas no pueden descomponerse, otras sí.
Elemento:
Es aquella sustancia pura que está integrada por átomos que tienen un mismo número atómico
|
|
|
Como ejemplo podemos citar el hierro, el oxígeno, el hidrógeno, entre muchos otros. Para escribir los nombres de los elementos, universalmente se adoptó una simbología que veremos al estudiar la Tabla Periódica.
Tradicionalmente se define un elemento como una forma de materia que no puede descomponerse por procedimientos químicos ordinarios; esa definición se considera obsoleta hoy día, debido al descubrimiento de los isótopos, es decir, átomos de un mismo elemento, que con la ayuda del espectrómetro de masa, se ha demostrado que tienen masas diferentes; esto se debe a que en su núcleo contienen diferentes números de neutrones.
|
|
|
Podrían definirse:
|
“ Isótopos: átomos de un mismo elemento que tienen el mismo número atómico pero diferentes masas atómicas”
|
Ejemplo: el cloro tiene dos isótopos cuyas masas son 35 y 37 respectivamente, mezclados de tal manera que al cloro se atribuye un peso atómico promedio de 35,5. Se conocen actualmente más de 1.000 isótopos; pueden incluso fabricarse, porque el hombre ha desarrollado instrumentos, reactores u hornos atómicos, para bombardear los núcleos de los elementos con neutrones y de esta manera fabricar isótopos.
|
Compuesto: por tal se entiende la resultante de la unión de dos o más elementos, en proporciones definidas.
|
|
|
|
Cuando se da tal unión, el compuesto resultante presenta características y propiedades diferentes a la de los elementos que le dieron origen. Ejemplo de compuestos es el agua, formada por la unión de hidrógeno y oxígeno en la proporción de 1:2 y con propiedades diferentes a las del hidrógeno y del oxígeno.
|
|
|
En la actualidad se conocen más de 100 elementos y de un millón de compuestos.
Los elementos químicos se ubican en la Tabla Periódica bajo las denominaciones de: Metales, Metaloides y No metales, los grupos se diferencian en su estado natural, propiedades características, abundancia y usos.
|
Metales son elementos que, generalmente, son más densos que el agua, son dúctiles, maleables y en general se presentan en estado sólido; buenos conductores del calor y la electricidad
|
|
|
Metales: Este grupo representa la mayoría de los elementos; normalmente se encuentran estado sólido, con excepción del mercurio (Hg) que es líquido). La mayor parte son más densos que el agua, se exceptúan el litio (Li), el Sodio (Na) y el potasio (K).
Presentan brillo metálico, se les puede convertir en láminas, por eso se dice que son maleables; también se pueden reducir a hilos, de allí que se les dice dúctiles; son buenos conductores del calor y de la electricidad; tienen moléculas monoatómicas. Algunos metales y sus características. De acuerdo con sus propiedades, se agrupan en la tabla periódica en cinco nuevos grupos (ver tabla periódica).
|
|
|
Caracteristicas de algunos metales
Entre otras de las características más comunes de los metales encontramos:
- cuando se combinan con el oxígeno forman óxidos;
- tienen energía de ionización, es decir, poseen la energía suficiente para separar un electrón de un átomo;
- tienen afinidad electrónica baja, por eso no es fácil que reaccionen entre sí.
Algunos metales son indispensables para la vida, tal es el caso del hierro, cobre, zinc y molibdeno, entre otros.
|
| Hay metales que tienen otros usos en la tecnología y resultan esenciales en procesos industriales. Entre ellos se encuentran el Titanio(Ti), Cromo(Cr), Itrio(Y), Circonio(Zr), Manganeso (Mn) (Ver información adicional) |
|
|
No metales
Podemos decir que sólo el 20% de los elementos químicos se pueden considerar como no metales. Los no metales requieren sólo un pequeño número de electrones para alcanzar una estructura estable. Algunos no metales importantes y sus características. Están ubicados en la Tabla Periódica en los grupos VIA al VIIIA.
|
|
Entre las principales características de los NO Metales podemos señalar :
- Unos son sólidos y otros líquidos, el único que se presenta en estado gaseoso es el bromo (Br) a temperatura ambiente.
- En general son menos densos que el agua.
- No poseen brillo.
- No son maleables, pero los que se presentan es estado sólido al golpearlos pueden pulverizarse.
- No son dúctiles.
- No son buenos conductores del calor y de la electricidad.
- La mayoría presentan moléculas diatómicas, triatómicas o poliatómicas.
- Sus átomos tienen cinco, seis o siete electrones en su último nivel energético y al combinarse ganan electrones, convirtiéndose en aniones (iones negativos).
|
|
Metaloides
Estos elementos reciben ese nombre porque poseen propiedades intermedias, entre los metales y no metales, tienen conductividad eléctrica es intermedia entre la de los ellos. Son semiconductores, esta propiedad los ha hecho sumamente útiles en los dispositivos electrónicos. Contiene ocho elementos: B, Si, Ge, As, Sb, Te, Po y At .
|
La Tabla Periódica
|
|
|
|
Toda materia, ya sea orgánica o inorgánica, está formada por átomos que corresponden a elementos; estos se representan por un símbolo que es lo que se llama símbolo químico.
|
| Dimitri Mendelejev , científico ruso, ordenó los elementos sobre la base de su masa atómica y creó la Tabla Periódica de los elementos. |
Dimitri Mendelejev |
|
Henry Mosseley
|
Henry Mosseley, científico inglés, posteriormente ordenó los elementos según su número atómico y así se reformuló el ordenamiento hecho por Mendelejev y se llamó entonces a la tabla conocida: Tabla Periódica Moderna. |
|
|
En el intento de llegar a una clasificación ordenada de los elementos químicos y teniendo como premisas la relación entre la masa atómica de cualquiera de ellos y ciertas propiedades que lo caracterizaban, así como el hecho irrefutable de la dependencia entre la masa atómica y la periodicidad de las propiedades, premisas básicas de la química del siglo XXI, se logró desarrollar esa clasificación periódica de los elementos químicos.
|
|
Varios científicos, entre los que se pueden mencionar a Johann Dobereiner y John Newlands trataron de encontrar formas de clasificación, así surgieron las ideas de las “triadas” y la “Ley de las Octavas; pero fue en 1.871 cuando Dimitri Mendelejev y Lothar Meyer, trabajando cada uno por su lado, plantearon que las propiedades de los elementos eran función de sus masas atómicas y desarrollaron un sistema de clasificación en el que manteniendo un orden ascendente de las masas atómicas de los elementos, quedaban distribuidos en ocho grupos a los cuales pertenecían elementos que presentaban propiedades similares.
|
Johann Dobereiner
|
|
John Newlands |
Mendelejev ordenó los elementos en ocho columnas y fue dejando espacios en blanco en algunos grupos para ubicar a algún elemento que se descubriera posteriormente y que presentará las características de dicho grupo. Esta predicción se cumplió y así vemos como muchos de esos espacios hoy están cubiertos por elementos nuevos.
Mendelejev estableció las propiedades de los elementos como función periódica de sus masas atómicas, postulado al que se denominó “Ley Periódica”.
En este sistema de clasificación se presentaron algunos errores, por ejemplo, la tabla no refleja la configuración electrónica de los átomos; destaca sólo una valencia de cada elemento y a veces ellos presentan otras valencias. Incluso más importantes que la señalada en la tabla; las tierras raras no tienen lugar apropiado en la tabla.
|
|
No obstante estos errores, el trabajo de Mendelejev fue de extrema importancia para la Química; los errores han venido corrigiéndolos otros científicos, pero la base estaba formulada. En 1.914 Henry Mosseley, científico inglés, demostró que una mejor clasificación podría basarse en los números atómicos; cuando se escribieron los elementos en orden ascendente de sus números atómicos desaparecieron los errores de la Tabla de Mendelejev. Este trabajo fue decisivo en el enunciada moderno de la Ley Periódica que establece:
|
|
|
“ Las propiedades de los elementos son función periódica de su número atómico”.
|
|
|
En la Tabla Periódica Moderna los elementos, si bien están organizados en orden ascendente de sus números atómicos, están distribuidos en filas horizontales, a las cuales se les denominaPeríodos y se enumeran con arábigos del 1 al 7.
Aquellos elementos que poseen propiedades similares se agrupan en columnas denominadasGrupos. Algunos los llaman Familias por el parecido químico de sus integrantes. Dichos grupos se distinguen con números romanos y con mayúsculas A y B; los que se agrupan en las columnas A se designan como elementos representativos porque en ellos se observa con claridad cómo varían las propiedades; aquellos que se agrupan en las columnas B se les conoce como elementos de transición.
Los elementos que se denominan Lantánidos y Actínidos se ubican fuera de la Tabla y se les conoce como elementos de transición interna.
|
Algunos grupos reciben nombres propios; por ejemplo:
|
|
Grupo IA: Metales Alcalinos . Se caracterizan por ser blandos, de color gris plateado, tienen bajas densidades, son buenos conductores del calor y la electricidad, nunca se les encuentra como elementos libres, reaccionan rápidamente con el agua, el oxígeno.
Por su solubilidad en el agua, se les encuentra disueltos en el agua de mar y en depósitos salinos; generalmente se almacenan en recipientes que contienen kerosén.
|
|
Metales Alcalinos
|
Litio (Li)
Sodio (Na)
Potasio (K)
Rubidio (Rb)
Cesio (Cs)
Francio (Fr) |
|
|
Metales Alcalinotérreos
|
Berilio (Be)
Magnesio (Mg)
Calcio (Ca)
Estroncio (Sr)
Bario (Ba)
Radio (Ra) |
|
Grupo IIA: Metales Alcalinotérreos:presentan puntos de fusión más elevados que los metales alcalinos, pero sus densidades son aún más bajas que las de ellos; son menos reactivos que los metales alcalinos y poseen dos electrones de valencia.
|
| |
|
Grupo VII A: Halógenos: el nombre de halógeno proviene del griego que significa “formadores de sales”. Cada átomo de halógeno tiene siete electrones de valencia; todos son diatómicos, es decir, sus moléculas están formados por dos átomos; dada su gran reactividad, no se encuentran libres en la naturaleza.
|
|
Halógenos
|
Fluor (F)
Cloro (Cl)
Bromo (Br)
Yodo (I)
Astato (At) |
|
|
Gases Nobles
|
Helio (He)
Neón (Ne)
Argon (Ar)
Criptón (Cr)
Xenón (Xe)
Radón (Rn) |
|
Grupo VIII A: Gases Nobles: son gases monoatómicos que no tienden a reaccionar con otros elementos; su nivel energético externo está lleno de electrones. |
|
Metales de Transición: pertenecen a los grupos del IB al VIIIB; entre ellos se encuentran metales preciosos y de gran utilidad; se caracterizan, en general, por tener alta densidad, alto punto de fusión y una reactividad química muy diversa. Dentro de estos metales tenemos un subgrupo perteneciente a dos series:
|
|
Metales de transición
|
Oro (Au)
Plata (Ag)
Hierro (Fe)
Níquel (Ni)
Cinc (Zn)
Cobre (Cu) |
|
|
Serie de los Actínidos : no existen en forma natural porque tienden a desintegrarse radiactivamente con facilidad.
|
| Serie de los Lantánidos: son por lo general blandos, de color gris y buenos conductores de la electricidad. |
|
Metales de los grupos IIIA al VIA : estos comprenden algunos metales y metaloides o no metales entre los cuales se encuentra el Astato, el cual se comporta también como metal y recibe el nombre de anfótero.
|
|
Metales
|
Metaloides
|
|
Aluminio (Al)
Galio (Ga)
Indio (In)
Talio (Tl)
Germanio (Ge)
Estaño (Sn)
Plomo (Pb)
Bismuto (Bi)
Polonio (Po)
|
Boro (B)
Silicio (Si)
Arsénico (As)
Antimonio (Sb)
Telurio (Te)
Astato (At) |
|
Clasificación de los no metales en la tabla periódica
Están ubicados en los grupos IIIA al VIIA:
• Hidrógeno : es el elemento más pequeño que existe, no se puede ubicar bien en la tabla debido a sus propiedades peculiares. Por su número de oxidación se ubica en el grupo IA y por su comportamiento no metálico en el grupo VIIA.
• Grupo del Carbono: comprende elementos no metálicos, semi metálicos y metálicos.
• Grupo del Nitrógeno: comprende los no metales, nitrógeno y fósforo, los semimetales arsénicos y antimonio y el metal bismuto.
• Grupo del Oxígeno: comprende los no metales Oxígeno, Azufre y Selenio, el semimetal Telurio y el metal Polonio, pero el Oxígeno es el más abundante en la naturaleza.
Los restantes grupos no reciben nombres particulares; sin embargo, de todos los elementos podemos decir que el número atómico es igual al número de electrones de un átomo; la estructura electrónica del átomo es decisoria en sus propiedades físicas y químicas; de acuerdo con que la configuración electrónica sea similar para átomos de distintos elementos, estos pertenecerán a una misma familia y presentarán reacciones químicas similares.
|
Conocer el mol como Unidad de cantidad de sustancia.
El contenido de este objetivo constituye uno de los temas en donde al alumno se le presentan mayores dificultades en la interpretación y resolución de los ejercicios. En algunos libros aparece como definición de peso atómico y peso molecular, el peso de un átomo y el de una molécula, respectivamente. Así, por ejemplo, se les ha venido enseñando que el peso molecular del agua es 18g, lo cual es completamente erróneo, ya que ellos lo interpretan como que si una molécula de agua pesase 18g, resultando inaceptable desde todo punto de vista químico.
|
Para entender esto con la claridad que se requiere, imaginemos los millones de gotas de agua que caen sobre nuestro cuerpo cuando nos bañamos y encima de esto, pensemos en que en cada gota de agua existen millones de moléculas. Si entendemos el peso molecular como el peso de una molécula, obviamente que jamás nos podríamos bañar, ya que caería sobre nosotros un peso insoportable de millones de toneladas.
No es una molécula de agua la que pesa 18g, sino un conjunto de moléculas.
|
|
|
|
Reconocer el Mol como una unidad de cantidad de sustancia.
El mol
Es una unidad que utiliza el químico para referirse a la cantidad e sustancia que contiene un número fijo de partículas numéricamente igual a 6,02 .  .
Esto quiere decir, que al hablar de un mol de átomos, se hace referencia a la cantidad de 6,02 x átomos. Si se dice 1 mol de manzanas, se hace referencia a 6,02 x manzanas.
|
Cantidad de sustancia
|
|
1 mol de...
|
Número de partículas
|
|
Átomos de Aluminio (Al)
|
Átomos
Moléculas
6,02 x iones
Iones
Electrones
|
Moléculas de Hidrógeno ()
|
|
Iones Bromuro (Br-)
|
|
Iones Sulfato (SO4=)
|
|
Electrones (e-)
|
|
Unidad de masa atómica (uma)
Es la unidad más pequeña que se usa para expresar las masas de partículas elementales como átomos, moléculas, protones, iones, electrones, neutrones, etc. la masa atómica de los elementos se calcula tomando como referencia al isótopo carbono-12. Todas las masas atómicas de los elementos y las masas moleculares de los compuestos se expresan en uma, refiriéndose a la masa de una sola partícula.
Se pueden realizar conversiones de uma a gramos:
1 UMA=1,660 x  GRAMOS
|
|
|
|
Es importante resaltar que la masa en gramos de una partícula es una cantidad muy difícil de entender, por ser una cantidad infinitesimal que no se puede apreciar en una balanza. Por esta razón el químico usa una unidad de cantidad de sustancia que permita manipulaciones prácticas de una cantidad de partículas. Esta unidad es el mol.
|
| Se simboliza con la letra M y su unidad es g/mol. La masa molar recibe los nombres de masa atómica gramo, masa molecular gramo y masa fórmula gramo, dependiendo ello del tipo de partícula. |
Masa molar
La masa de un mol de una sustancia recibe el nombre de masa molar |
|
|
|
La Masa Atómica Gramo (mag)
E la masa en gramos de un mol de átomos de un elemento. Se llama también peso atómico y se registra en la tabla periódica.
|
Tabla de masas atómicas gramo (g/mol)
|
|
Azufre (S)
|
32
|
|
Hidrógeno (H)
|
1
|
|
Oxígeno (O)
|
16
|
|
Masa Molecular Gramo (mmg)
Es la masa en gramos de un mol de las moléculas de un compuesto. Se calcula sumando la masa atómica gramo de cada elemento de la fórmula molecular del compuesto, considerando el número de átomos indicado por el subíndice.
|
Tabla de masas moleculares gramo (g)
|
|
Cloro (l)
|
2
|
|
Hidrógeno (H)
|
71
|
|
Nitrógeno (N)
|
28
|
|
|
|
Ejemplo:
Determinar la masa molecular gramo del ácido tetraoxosulfúrico (VI) ().
Multiplicamos la masa atómica gramo:
a) Del hidrógeno (1g/mol) por 2, ya que existen dos átomos de hidrógeno en la molécula.
b) Del azufre (32 g/mol) por 1
c) Del oxígeno (16 g/mol) por 4 y se suman los resultados obtenidos:
|
Masa Fórmula Gramo (mfg)
Es la suma de las masas atómicas gramo de los elementos que constituyen la fórmula empírica de un compuesto iónico o molecular
En el caso de los compuestos iónicos no se habla de moléculas sino de unidades formulares porque estos compuestos no forman moléculas.
Volumen molar
Se define como el volumen ocupado por un mol de un material. Este volumen adquiere especial importancia al tratarse de los gases, puesto que, en estos casos, se ven alterados por pequeñas variaciones de presión o temperatura. |
Avogadro en su estudio llegó a la siguiente conclusión:
Un mol de gas, en condiciones normales de presión y temperatura, (1 atmósfera y 273ºK), ocupa el volumen de 22,4 litros.
Determinación del número de átomos y moléculas de un material
Para establecer estas relaciones es necesario tener presente los números que se encuentran fijos, es decir:
- 1 mol de átomos de un elemento tiene la masa de un peso atómico, y contiene 6,02x1023 partículas.
- 1 mol de moléculas de un material, tiene un peso molecular (integrado por los pesos que aportan todos sus componentes), y contienen 6,02x1023 moléculas, multiplicando al número de átomos que conforman el material. De encontrarse en estado gaseoso, ocuparán un volumen de 22,4 litros en condiciones normales de presión y temperatura.
|
Para establecer estas relaciones es necesario tener presente los números que se encuentran fijos, es decir:
- 1 mol de átomos de un elemento tiene la masa de un peso atómico, y contiene 6,02x1023 partículas.
- 1 mol de moléculas de un material, tiene un peso molecular (integrado por los pesos que aportan todos sus componentes), y contienen 6,02x1023 moléculas, multiplicando al número de átomos que conforman el material. De encontrarse en estado gaseoso, ocuparán un volumen de 22,4 litros en condiciones normales de presión y temperatura.
|
Sabiendo que el peso atómico del sodio es 23 g/mol; calcula cuantos átomos habrá en 6 gramos:
|
 |
|
Interpretar cualitativa y cuantitativamente ecuaciones químicas sencillas.
|
|
John Dalton (1766-1844) |
John Dalton (1766-1844) consideraba que los gases no podían existir como moléculas diatómicas, y se le asignó la fórmula HO al agua. Joseph Gay-Lussac (1778-1850) había ya observado que dos volúmenes de hidrógeno se combinaban con un volumen de oxígeno para formar dos volúmenes de agua y postuló "que los volúmenes de los gases de una reacción tienen una relación de números enteros".
|
| Más tarde, Amadeo Avogadro (1776-1856) confirmó que muchos gases existen como moléculas diatómicas y que volúmenes iguales de gases a la misma temperatura y presión tienen igual cantidad de moléculas. Basado en estas evidencias, Stanislao Cannizzaro (1826-1910) le asignó 1 a la masa atómica de hidrógeno y calculó así la masa atómica del oxígeno, que resultó ser 16, y la de otros átomos.
|
Amadeo Avogadro (1776-1856) |
|
Ecuación Química
Es una forma esquemática y sencilla de expresar, mediante símbolos y fórmulas, los cambios ocurridos en el transcurso de una reacción. |
Los científicos suelen representar las reacciones químicas mediante símbolos y fórmulas de las sustancias que intervienen y se producen, por ejemplo, la combustión del magnesio (Mg). |
|
Interpretación cualitativa de una ecuación química
El término cualitativo nos indica que la información no está relacionada con números. La interpretación se basa en la transformación ocurrida. En la zona previa se escriben los reaccionantes, aquellos materiales que se van a transformar, y después de la flecha, los productos; es decir, los materiales obtenidos. En el caso de haber dos o más productos o resultantes se separan por un signo (+).
Formula de óxido de magnesio
|
|
|
De esta ecuación logramos saber que el compuesto formado es el producto de la unión de dos elementos que lo componen. En este caso el cambio ocurrido es una combinación.
|
| En muchos casos es muy importante representar el estado físico en que se encuentran los materiales; en este sentido se colocará un subíndice en el lado derecho del material con la letra "s" en caso de ser sólido, "l" líquido, o "g" de encontrarse en forma de gas. |
|
Igualmente las condiciones de reacción se pueden señalar, tales como presión, temperatura o el uso de catalizadores. Estos factores alteran la velocidad de reacción.
|
|
|
En el caso de la temperatura se puede escribir un número encima de la flecha, o colocarse un triángulo que indicará que es necesario calentamiento, pero no especifica temperatura. |
Si se usó catalizador se coloca el nombre o la fórmula del compuesto utilizado para tal fin por encima o por debajo de la flecha. |
Si en la reacción química se produce un desprendimiento de gas, se coloca una flecha hacia arriba indicando su desprendimiento;
por el contrario, se coloca una flecha hacia abajo indicando la formación de un sólido que se deposita en el fondo del envase, el cual recibe la denominación de precipitado. |
|
|
|
Balanceo de una ecuación química
El balanceo de una ecuación química consiste en igualar el número de átomos que se producen.
El balanceo por tanteo, como su nombre lo indica, es una manera de ajustar una ecuación química buscando por tanteo.
Para escribir y balancear ecuaciones en forma correcta, es necesario tener presente las siguientes normas:
1. Revisar que la ecuación esté completa y escrita correctamente.
2. Verificar si la ecuación se encuentra ya balanceada.
3. Balancear primero los elementos metálicos y luego los no metálicos.
4. Balancear de último los átomos H y O presentes en la ecuación.
5. Usar números enteros y los menores posibles para balancear.
6. Escribir el número como coeficiente de la fórmula pertinente; cuando el coeficiente es (1) no se escribe, se sobreentiende.
7. No se deben cambiar los subíndices de las fórmulas, ni dividir la fórmula para colocar el coeficiente en medio de ella.
8. Contar el número de átomos multiplicando el coeficiente por los respectivos subíndices de las fórmulas y sumando todos los átomos de un elemento que estén de un mismo lado de la ecuación.
9. Verificar el balanceo final y reajustar, si es necesario.
|
|
|
|
En ella se encuentra que el número de átomos de los materiales reaccionantes no concuerdan con el de los productos. En la zona de los reaccionantes se encuentran 2 átomos de Oxígeno y 1 de Sodio, mientras que la zona de los productos se encuentra 2 de Sodio y 1 de Oxígeno. Si lo vemos desde el punto de vista de la Unidad de Masa Atómica (UMA), en el lado de las reacciones 23 UMA de Sodio se unen a 32 UMA de Oxígeno y producen un compuesto de 43 UMA de Sodio y 16 UMA de Oxígeno. |
|
|
La ley de la conservación de la masa, nos explica que la transformación de la materia no conlleva a una disminución o aumento del elemento que se está transformando. Los materiales, antes del proceso, son unos; y, después del proceso, son otros, pero en la constitución de ambos estarán los mismos elementos y en la misma cantidad. |
Para lograr coherencia con la ley y la representación correcta del proceso, utilizaremos números que se colocarán delante de los materiales, que darán la idea del número de veces que se repite cada uno de ellos.
En este caso, para igual masa de Sodio, basta colocar un 2 que multiplique a los 23 UMA contenidos en él, y para el Oxígeno se colocará ½, el cual, multiplicado por los 32 UMA, darán exactamente 16 UMA que es lo que encontramos en el lado de los productos. |
|
|
Esto simboliza que 2 "Sodio" se combina con la mitad de 1 "Molécula de Oxígeno", para dar una "Óxido de Sodio".
|
|
Reacciones químicas más comunes
a) Combinaciones
En este cambio químico se unen átomos de diferentes elementos químicos para producir un compuesto químico.
|
1
|
Metal + Oxígeno  Óxido Básico |
|
2
|
No Metal + Oxígeno Óxido Ácido |
|
3
|
Óxido Básico + Agua Hidróxido |
|
4
|
Óxido Ácido + Agua Ácido terciario |
|
b) Desplazamiento
Se caracteriza porque un elemento que se encuentra solo, es decir, sin combinarse, reacciona con un compuesto, sacando de allí a un elemento y tomando su lugar.
|
1
|
Metal + Ácido Binario Sal + Agua
|
|
2
|
Metal (Alcalino) + Agua Hidróxido + Hidrógeno (gas)
|
|
c) Descomposición
Este tipo de cambio químico se caracteriza porque en los elementos que constituyen un compuesto químico; hay una ruptura de enlaces separación, que se produce por la acción del calor o la electricidad.
|
1
|
Óxido Básico Metal + Oxígeno (gas)
|
|
2
|
Sal Sal + Oxígeno (gas)
|
|
3
|
Agua Hidrógeno (gas) + Oxígeno (gas)
|
|
d) Doble descomposición
En este tipo de cambio químico se da un intercambio de pareja. El positivo de uno de los compuestos se queda con el negativo del otro; y el negativo del primero se queda con el positivo del segundo.
|
1
|
Óxido Básico + Ácido Binario Sal + Agua
|
|
2
|
Ácido Binario + Hidróxido Sal + Agua
|
|
3
|
Sal + Sal Sal + Sal
|
|
|
|
|
|
|
|
Interpretar los símbolos de los elementos, los números asociados a éstos y las fórmulas químicas de compuestos sencillos
Los químicos no han sido la excepción, ellos también han recurrido a símbolos, fórmulas y ecuaciones para comunicar sus ideas. Los primeros químicos, los alquimistas, inventaron una desconcertante colección de símbolos químicos. En su lenguaje abundan las alegorías basadas en la mitología griega y las astrologías, además de los símbolos secretos con el fin de impedir que fueran utilizados por el no iniciado.
El lenguaje químico actual es incomprensible para muchas personas, no obstante, ahora existe la posibilidad de conocer las claves para interpretar la simbología química porque es universal.
En lugar de palabras complicadas y largas, se emplean cifras. Estas cifras son símbolos, que tienen la ventaja de su gran sencillez y fácil comprensión, una vez que se tiene el dominio de su significado.
|
Símbolo Químico
Es la expresión escrita, abreviada, de aceptación universal que representa a un elemento químico de manera única.
|
|
|
Los primeros símbolos químicos propuestos por los alquimistas eran difíciles de interpretar. Además, algunos elementos tenían varios símbolos, como el mercurio que llegó a tener 20 símbolos diferentes.
En el siglo XIX, John Dalton (1.766-1.844) trató de unificar los símbolos, de manera tal que con una sola representación se entendiera que elemento se trataba. Para ello representó cada elemento con círculos diferentes, algunos de los cuales encerraban letras.
|
Jhon Dalton |
Jöns J. Berzelius (1.779-.1848)
|
Los símbolos químicos modernos fueron propuestos por el químico sueco Jöns J. Berzelius (1.779-.1848), quien consideró que no era necesario representar los símbolos de los elementos con un círculo, sino sólo con una o dos letras provenientes del latín o alemán. |
| La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada, IUPAC, es el organismo que se encarga de reglamentar la forma de escribir los símbolos de los elementos y de darles nombres. El símbolo del elemento químico se deriva, por lo general, de su nombre latino: la primera letra del símbolo se escribe siempre en mayúscula y el resto en minúsculas. |
|
|
• Algunos elementos tienen un símbolo químico de una letra, el símbolo es la inicial del nombre del elemento. Ejemplo: C para el carbono.
• La mayoría de los elementos tienen un símbolo químico de dos letras, la primera letra es la inicial del nombre, la otra es la segunda letra u otra letra del nombre. Ejemplo: Ca para el calcio.
• Pocos elementos tienen un símbolo químico de tres letras, los de número atómico del 104 en adelante. La primera letra es la inicial del nombre y las otras dos son otras letras del nombre. Ejemplo: Unh para el unilhexio y Une para el unilenio.
Los Símbolos de Nuevos Elementos
|
Nº atómico
|
Símbolo
|
Nombre
|
|
104
105
106
107
108
109
|
Unq
Unq
Unh
Uns
Uno
Une
|
Unilcuadio
Unilpentio
Unilhexio
Unilseptio
Uniloctio
Unilenio
|
|
|
La mayoría de los símbolos químicos se corresponden con sus nombres en español debido a que este idioma tiene origen latino. A continuación una tabla contentiva del Nombre, símbolo y valencias de elementos más comunes entre los grupos de elementos metálicos y los no metálicos
|
|
Los números asociados a los símbolos químicos
Los símbolos de los elementos aparecen con frecuencia acompañada de diferentes números con un significado importante. Estos números son: el número atómico (Z), el número másico (A), el número de átomos enlazados, el número de cargas eléctricas.
|
El número que aparece en el extremo inferior izquierdo representa el número atómico (Z), es decir, el número de protones presentes en el núcleo del átomo. Los protones son partículas con carga positiva, y como la materia es eléctricamente neutra, el número de protones (Z) de un átomo es igual a su número de electrones (e-). Ejemplo: el litio tiene 3 protones (Z = 3) y tres electrones (e- = 3). |
El número que aparece en el extremo superior izquierdo representa el número másico (A), es decir, el número de protones y neutrones presentes en el núcleo del átomo. 7 Li, indica que el elemento litio presenta número másico 7, es decir, que el número de protones y neutrones en el núcleo del átomo será igual a 7. |
El número que aparece como subíndice, es decir, en el extremo inferior derecho, representa el número de átomos enlazados. Por ejemplo, , significan que se encuentran enlazados dos átomos iguales del elemento hidrógeno. Las moléculas de un elemento contienen un solo tipo de átomos. Las moléculas de los compuestos contienen más de un tipo de átomos, como por ejemplo:  ,  y . |
El número que aparece como superíndice, es decir, en el extremo superior derecho, representa el número de cargas eléctricas (carga iónica), es decir el número de electrones en exceso o en déficit, en comparación con el átomo neutro, por ejemplo el símbolo Ca +2 significa que el ión calcio presenta dos electrones de déficit, en comparación con el átomo neutro de calcio, y el símbolo S -2 significa que el ión azufre (sulfuro) contiene dos electrones de exceso con respecto al átomo neutro de azufre. |
|
|
Fórmula
Es un conjunto de símbolos destinados a representar la composición química de una sustancia compuesta.
|
|
|
En otras palabras, constituye la combinación adecuada de los símbolos de los átomos que integran una molécula.
Una fórmula química suministra información acerca de la clase de átomos y del número relativo de estos que forman una sustancia. También debe informar si representan moléculas, iones o cristales; por ejemplo, la fórmula del óxido de aluminio:  , nos índica que en una molécula del compuesto está presente dos átomos e aluminio y tres átomos de oxígeno.
|
Interpretación de una fórmula química
|
Fosfato de Calcio
Ca3 (PO4) 2
  
3 átomos 2 átomos 8 átomos
de calcio de fósforo de oxígeno
|
|
|
Tipos de fórmulas químicas
|
Fórmula Molecular
Representa el número exacto de átomos que integran a una molécula de un compuesto.
|
Esta información se obtiene a través de los subíndices; el subíndice uno (1) no se coloca y se sobreentiende. Ejemplo: la fórmula molecular de la glucosa es  , indica que en una molécula están presentes 6 átomos de carbono (C), 12 átomos de hidrógeno (H) y 6 átomos de oxígeno.
|
Fórmulas Empíricas son las más sencillas y sirven para representar las moléculas de los compuestos químicos.
|
Proporcionan sólo el menor número relativo de átomos de los diferentes elementos que forman un compuesto y no el número real de átomos. Los subíndices de cada uno de los elementos que integran el compuesto indican la mínima relación en números enteros; por ejemplo:
- El ácido acético (vinagre), cuya fórmula molecular es
 tiene como fórmula empírica  .
|
Fórmula Estructural
Fórmula química que muestra la forma o arreglo relativo en que se encuentran dispuestos los átomos en una molécula
|
En este tipo de fórmulas se suelen utilizar líneas entre los símbolos de los elementos para representar los enlaces que mantienen unidos a los átomos.
Tipos de Fórmulas Químicas
|
|
Agua
|
Peróxido de carbono
|
|
Fórmula Molecular
|
|
|
|
Fórmula Empírica
|
|
HO
|
|
Fórmula Estructural
|
O
 
H H
|
|
Sustancias químicas más importantes en las diferentes geósferas.
|
|
|
|
La tierra es la única morada que poseemos en nuestra vida, la nave que nos transporta en el cosmos. Sobre la superficie de este inmenso hábitat se han dado las condiciones para el florecimiento de la vida, que no se han descubierto todavía en otros planetas.
Sin embargo, la humanidad todavía parece ignorar la urgente necesidad de cuidar este lugar incomparable. Por eso hoy se debe hablar mucho de ecología, impacto de la química y contaminación ambiental con el fin de crear una conciencia ambientalista.
Algunos piensan que el problema ambiental se debe a la química. Sabemos que la ciencia es un instrumento que el ser humano puede utilizar para su propio bienestar o para su propia destrucción.
|
|
La tierra es una enorme masa de materiales, de aproximadamente 5.000.000.000 de años, con gran diversidad en su composición y en una actividad interna bastante elevada, que se pone de manifiesto, con los volcanes, movimientos sísmicos y tectónicos. Su forma es casi esférica, ligeramente achatada en los polos y abultada en el Ecuador, probablemente por su movimiento de rotación.
|
Las geósferas
Los materiales químicos se distribuyen y forman las geósferas del planeta Tierra: litosfera, hidrosfera, atmósfera y biosfera.
La Litosfera
Constituye la parte sólida de la tierra. Prácticamente es el suelo que pisamos.
|
|
|
|
Los medios disponibles para su estudio son muy limitados, por las características físicas de esta zona. Las excavaciones suministran una pequeña información, sobre la composición de la parte más externa del globo terrestre, así como también el gradiente de temperatura (variación con respecto a la profundidad); en la parte sólida se encuentra a 1ºC por cada 34 mt.
Esta información es importante porque, a través de la explotación gráfica, podremos determinar posibles temperaturas en las capas a las que no tenemos acceso.
|
|
| La fuente de información más importante sobre la tierra son las ondas sísmicas. Estas son vibraciones que se van transmitiendo a lo largo del globo terrestre y tienen la prioridad de mantener la velocidad y la dirección en un medio de la misma densidad, pero en el momento que ésta cambia ocurre el proceso de reflexión y difracción, así como una alteración de la velocidad puede aumentar o disminuir de acuerdo a las características del nuevo material que está atravesando. |
|
|
La Hidrosfera
Constituida por todas las aguas que se encuentran en la tierra, tales como los océanos, mares, ríos, lagunas, lagos. Todas, en equilibrio con el medio ambiente.
Cubre un 71% de la superficie terrestre. De toda la Hidrosfera 97,2% son aguas saladas, 2,15% constituyen aguas congeladas que se encuentran en los casquetes polares y tan sólo 0,65% corresponden a las aguas dulces continentales. La sal más abundante en las aguas oceánicas es el Cloruro de Sodio (NaCl); también hay muchos gases disueltos, como oxígeno y dióxido de carbono.
La atmósfera
Es la capa de gases que rodea la tierra; cumple una función protectora hacia los seres vivos que se encuentran en ella. |
|
|
|
La biosfera
Es la región de la tierra donde existe la vida. La biosfera se encuentra en constante interacción con las demás geósferas.
La sustancia más abundante e importante en los seres vivos es el agua, el medio donde ocurren los procesos y las reacciones bioquímicas. La biosfera pone en evidencia las interrelaciones entre todas las geósferas.
Cambios que ocurren en las geósferas e intercambio de materiales.
Los materiales químicos, en su estado natural, no permanecen inalterados en las diferentes geósferas sino que, a través de una serie de cambios, forman una gran variedad de sustancias.
La circulación de los materiales a través de las diferentes geósferas, debido a continuos procesos de transformación, constituye un ciclo.
El ciclo es un proceso en círculo; su etapa final se une con la inicial, desprendiendo o integrando materiales en cada uno de sus pasos.
|
|
Ciclo del agua
El agua se evapora de la superficie terrestre de la hidrosfera, y pasa a formar parte de los gases contenidos en la atmósfera; pasa como humedad. Llega un momento en que la acumulación de vapor de agua es bastante elevada; con esta acumulación se forman las nubes; cuando el peso del agua es elevado, y ocurre la disminución de la temperatura ayudada con la presencia de núcleos de condensación, se precipita, lo que puede hacer en forma de lluvia, nieve o granizo; es decir, se produce el paso de gas a líquido.
Una vez que cae puede tomar varios caminos;:puede incorporarse directamente a la masa de agua que constituyen la hidrosfera, puede infiltrarse para salir de nuevo en pozos o manantiales; o puede desplazarse por la superficie hasta caer en ríos o mares nuevamente. De cualquier otra forma terminará evaporándose nuevamente. (Ilustración del ciclo del agua)
|
|
Ciclo del carbono
El elemento carbono es el principal constituyente de los seres vivos, junto al oxígeno e hidrógeno. El carbono se encuentra en la atmósfera en forma de Anhídrido Carbónico o Dióxido de Carbono, el cual es tomado por las plantas; y, junto con el agua, absorbida a través de las raíces; aquí es convertido en material orgánico pasando a ser componente de los seres vivos, ya sean en las mismas plantas o de los consumidores primarios o secundarios, siguiendo las bien conocidas cadenas alimenticias. (Ilustración del ciclo del carbono)
Parte de este material no es digerido por los animales y es expulsado en las excreciones, cayendo al ambiente donde actúan las bacterias encargadas de descomponerlas nuevamente.
La parte digerida, sufre modificaciones, se da el proceso de respiración, que no es otra cosa que la combinación de estos compuestos con el oxígeno (una combustión), generando nuevamente el Anhídrido Carbónico, el cual es expulsado hacia la atmósfera, dispuesto a ser admitido nuevamente en el proceso de fotosíntesis.
|
Proceso Respiratorio
Proceso Fotosintético
|
|
|
Ciclo del nitrógeno
El nitrógeno se encuentra en la atmósfera en forma de elemento gaseoso ( ) y lo toman las bacterias fijadoras de este elemento y los transforman en Amoníaco () y sales de Amonio
( ), que pasan a constituir la capa orgánica del suelo (humus); de aquí se incorporan a las plantas a través de su metabolismo. Estas plantas constituyen un eslabón de una cadena alimenticia, lo que permite que el nitrógeno se incorpore a otros seres vivos, ya que una parte es excretado por ellos, y el resto, cuando llega el final de la vida de ese ser, las bacterias descomponedoras se encargan de devolver este material al ambiente, para entrar a formar parte nuevamente de los procesos metabólicos de las plantas, o regresarlo a la atmósfera como nitrógeno gaseoso. De esta forma se cierra el círculo. (Ilustración ciclo del nitrógeno)
|
|
Ciclo del fósforo
Las lluvias y el viento producen el desgaste y la descomposición de rocas en las que se encuentran pequeñas cantidades de fósforo; los ríos y los fertilizantes se encargan de enriquecer los suelos de compuestos fosfatados.
Las plantas requieren fosfatos para su crecimiento y lo absorben a través de raíces. Los animales herbívoros se alimentan de las plantas y estos, a su vez sirven de alimento para los animales carnívoros que encuentran el fósforo en sus huesos y tejidos y cuya muerte y descomposición permite devolver cantidades apreciables de fósforo al suelo. Los animales herbívoros constituyen también la fuente principal de suministro de fósforo para el hombre.
Los compuestos fosforados excretados retornan de nuevo al suelo a través de las aguas cloacales y una gran parte va al mar, donde es consumida por los peces que habrán de servir de alimento para el hombre.
Contaminación química del ambiente
Uno de los problemas actuales a los cuales se enfrenta el hombre es la contaminación ambiental, que es la adición de un material o energía al ambiente, en proporción tal que altere la composición del aire, los suelos y aguas, y como consecuencia altere la vida de los animales y vegetales.
El ser humano busca confort, utiliza carros que funcionan por combustión de gasolina, produciendo Anhídrido Carbónico y Agua, Carbono, etc. Los efectos que pueden tener algunos contaminantes en el hombre son: irritación para los ojos, alteración del sistema nervioso, estrés y problemas respiratorios, entre otros.
|
|
Hay contaminación del ambiente cuando la presencia de una sustancia extraña, o la variación en la proporción de sus constituyentes, es susceptible de provocar efectos perjudiciales o de crear molestias.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
toneladas.
= 1000000
= 0.01
= 0.001
= 0.000001
= 0.000000001
). El volumen se mide haciendo uso de instrumentos volumétricos apropiados.
= 1.000 dm3 = 1 l(litro)
= 1.000 
. h. 
