Download 1.2 fenómenos físicos y químicos cotidianos

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1. OBJETO DE ESTUDIO DE LA QUÍMICA
1.1 RELACIÓN ENTRE MATERIA, ENERGÍA Y CAMBIO
Energía, capacidad de un sistema físico para realizar trabajo. La materia posee energía como resultado de su movimiento
o de su posición en relación con las fuerzas que actúan sobre ella.
De acuerdo a esto, la materia puede sufrir dos tipos de cambios:
Físicos: Son transitorios y durante ellos, las características fundamentales de la materia no se alteran.
Químicos: Son aquellos en los cuales la materia cambia sus propiedades, ya que se altera su composición. Son cambios
permanentes y dan origen a sustancias nuevas.
Factores
Los factores de los cambios físicos son fundamentalmente dos: la presión y el calor. En relación al primero, analicemos el
siguiente ejemplo: cuando un karateca rompe un trozo de madera, su mano ejerce una presión sobre el objeto y éste se
rompe. Sin embargo, cada uno de los pedazos que quedan siguen manteniendo las mismas propiedades de la materia
originalmente usada.
1.2 FENÓMENOS FÍSICOS Y QUÍMICOS COTIDIANOS
En la naturaleza ocurren cambios constantemente. Estos cambios benefician o dañan al hombre; algunos de ellos son
percibidos a simple vista y ocurren en la vida diaria; otros no se perciben con facilidad, a pesar de que suceden con
frecuencia, debido a que son lentos y de difícil apreciación.
Todos estos cambios que acontecen en el entorno, como el crecimiento de una planta, la lluvia, la putrefacción de los
alimentos y muchos más, reciben el nombre de fenómenos.
Muchos de los fenómenos o cambios que ocurren en la naturaleza se clasifican en físicos y químicos.
Fenómenos Físicos
Son los cambios que se presentan en la materia sin alterar su constitución, es decir, que no forman nuevas sustancias y, por
lo tanto, no pierden sus propiedades, solamente cambian de forma o de estado de agregación; por ejemplo, el paso de la
corriente eléctrica por un alambre, el estiramiento de una liga, la solidificación o evaporación del agua, etcétera.
Fenómenos Químicos
Son los cambios que presentan las sustancias cuando, al reaccionar unas con otras, pierden sus características originales y
dan lugar a otra sustancia, con propiedades diferentes.
Como ejemplos se tienen los siguientes: la combustión de materiales como el papel, un cerillo o el gas casero; la oxidación
de un clavo; el efecto que produce un ácido sobre un metal; la reacción de una sustancia con otra, como sería el caso del
hidrógeno con el oxígeno para formar agua, o el del sodio con el cloro para formar cloruro
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de sodio.
Ejemplos muy representativos de fenómenos físicos y químicos son la elasticidad y la combustión, respectivamente:
2. MATERIA
2.1 ESTADOS DE AGREGACIÓN DE LA MATERIA
2.1.1 CARACTERÍSTICAS DE SÓLIDOS, LÍQUIDOS Y GASES
Sólido:
• Tiene forma propia.
• Tiene volumen definido (siempre ocupa el mismo espacio).
• No es compresible no podemos disminuir su tamaño aunque aumentemos la presión).
• No es fluido (no se desparrama).
• Tiene una densidad bastante alta (mucha materia en poco espacio).
• Se los puede agrupar en sólidos cristalinos (no poseen estructura cristalina o geométrica) y en sólidos amorfos (no poseen
una estructura cristalina geométrica).
Líquido:
• No tiene forma propia.
• Tiene volumen definido (siempre ocupa el mismo espacio).
• No es compresible (no podemos disminuir su tamaño aunque aumentemos la presión).
• Es fluido (se derrama).
• Tiene menor densidad que los sólidos (menos materia en el mismo espacio).
Gaseoso:
• No tiene forma propia.
• No tiene volumen definido.
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• Es compresible (podemos disminuir su tamaño aumentando la presión o disminuyendo la temperatura).
• Es expansible (disminuyendo la presión o aumentando la temperatura podemos aumentar el volumen).
• Se desparrama, o sea que es un fluido.
• Tiene una densidad menor que los líquidos (menos materia en el mismo espacio).
2.1.2 CAMBIOS DE ESTADOS DE AGREGACIÓN
Los procesos en los que una sustancia cambia de estado son:
SUBLIMACIÓN (de solido a gas)
VAPORIZACIÓN (de líquido a gas)
CONDENSACIÓN (de gas a líquido)
SOLIDIFICACIÓN (de líquido a solido)
FUSIÓN (de solido a liquido)
SUBLIMACIÓN INVERSA (de gas a solido)
2.2 CONCEPTOS DE ELEMENTO Y COMPUESTO
2.2.1 MEZCLAS: HOMOGÉNEAS Y HETEROGÉNEAS
Cuando dos o más sustancias puras se mezclan y no se combinan químicamente, aparece una mezcla. Una mezcla puede
ser separada en sus componentes (sustancias) simplemente por métodos físicos. Estas pueden ser clasificadas en
homogéneas y heterogéneas.
a) Mezclas heterogéneas: no son uniformes; en algunos casos, puede observarse la discontinuidad a simple vista (sal
y carbón, por ejemplo); en otros casos, debe usarse una mayor resolución para observar la discontinuidad. Ejemplos:
ensaladas, cereal con leche, pasta de dientes de 2 o más colores, un aderezo (normalmente el vinagre y el aceite y otros
componentes solidos se separan), plastilina de 2 colores pero bien mezcladas.
b) Mezclas homogéneas: son totalmente uniformes (no presentan discontinuidades al ultramicroscopio) y presentan
iguales propiedades y composición en todo el sistema, algunos ejemplos son la salmuera, el aire. Estas mezclas
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homogéneas se denominan soluciones. Ejemplos: café con azúcar, gelatina, una masa para pastel, leche con chocolate,
jugo de frutas.
3. ÁTOMOS
3.1 ESTRUCTURA DEL ÁTOMO
3.1.1 MODELOS ATÓMICOS DE DALTON, THOMSON Y RUTHERFORD
Modelo atómico de Dalton
1. La materia está constituida por átomos que son inalterables no se pueden dividir.
2. Las sustancias simples o elementos están formadas por átomos simples idénticos con la misma masa y propiedades.
3. Los compuestos están formados por átomos compuestos, también idénticos entre sí.
4. Los átomos de distintas sustancias tienen distinta masa y distintas propiedades.
5. Los átomos no se destruyen en las reacciones químicas, sino que se recombinan en la proporción numérica más sencilla
posible.
Modelo atómico de Thomson
Thomson demuestra la existencia del electrón. El átomo es como una torta, cargada toda ella positivamente, en la que se
incrustaban como pequeñas pasa que eran las cargas negativas o electrones.
-La materia es eléctricamente neutra.
-La materia desprende electrones, pero nunca cargas positivas.
Modelo atómico de Rutherford
Rutherford es discípulo de Thomson, pero en su época hubo dos grandes avances científicos:
-El efecto fotoeléctrico, consistente en la emisión de electrones por parte de una superficie metálica la incidir luz sobre ella.
-La radiactividad, Becquerel comprobó que las sales de Uranio emitían espontáneamente radiaciones.
Entonces experimentó con rayos α que incidían sobre películas de oro. Descubrió así la existencia del núcleo, objeto muy
masivo y cargado positivamente.
POSTULADOS:
1. El átomo está constituido por un núcleo central que concentra toda la carga positiva y casi toda la masa del átomo.
2. En la corteza están los electrones, con carga negativa y con una masa despreciable frente a la del núcleo. Los electrones
giran en órbitas circulares concéntricas entorno al núcleo.
3. El tamaño del núcleo es muy pequeño en comparación con el tamaño de todo el átomo, y entre el núcleo y la corteza
hay espacio vacío.
3.1.2 CARACTERÍSTICAS DE LAS PARTÍCULAS SUBATÓMICAS: ELECTRÓN, PROTÓN Y NEUTRÓN
-Electrones. Se encuentran en orbitales alrededor del núcleo atómico. Tienen carga negativa, se encargan de producir
enlaces, pueden emitir radiación electromagnética (luz o calor), hacen que un átomo sea neutro o un ion, pueden ser
despedidas en procesos radioactivos como la desintegración de un protón.
-Protones. Se encuentran en el núcleo atómico, tienen carga positiva que permite que los electrones se mantengan
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orbitan alrededor del núcleo, no son realmente partículas elementales sino que en su interior están formadas por quarks y
gluones (en concreto dos quarks up y un quark Down). No se desintegran, por lo menos todavía no ha sido observado y si
sobre el incide un neutrino puede dar lugar a un neutrón.
-Neutrones. Se encuentran en el núcleo atómico y son los que junto a la interacción nuclear fuerte, los protones no sean
repelidos entre sí ya que no tienen carga, estos pueden desintegrarse creando un protón, un neutrino y un electrón, si hay
un exceso de neutrones, el átomo se convierte en un isotopo.
3.1.3 NÚMERO Y MASA ATÓMICA DE LOS ELEMENTOS
La identidad de un átomo y sus propiedades vienen dadas por el número de partículas que contiene. Lo que distingue a
unos elementos químicos de otros es el número de protones que tienen sus átomos en el núcleo. Este número se
llama Número atómico y se representa con la letra Z. Se coloca como subíndice a la izquierda del símbolo del elemento
correspondiente. Por ejemplo, todos los átomos del elemento Hidrógeno tienen 1 protón y su Z = 1, los de helio tienen 2
protones y Z =2, los de litio, 3 protones y Z = 3,…
Si el átomo es neutro, el número de electrones coincide con el de protones y nos lo da Z.
El Número másico o masa atómica nos indica el número total de partículas que hay en el núcleo, es decir, la suma de
protones y neutrones. Se representa con la letra A y se sitúa como superíndice a la izquierda del símbolo del elemento.
Representa la masa del átomo medida en uma, ya que la de los electrones es tan pequeña que puede despreciarse.
3.1.4 CONCEPTO DE VALENCIA
Es la capacidad que tiene un átomo de un elemento para combinarse con los átomos de otros elementos y formar
compuestos.
La valencia es un número, positivo o negativo, que nos indica el número de electrones que gana, pierde o comparte un
átomo con otro átomo o átomos.
3.2 TABLA PERIÓDICA
3.2.1 CLASIFICACIÓN PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS DE MENDELEIEV
Durante la preparación de su libro de texto, Principios de Química, para sus clases en la universidad de San Petersbourgo
y de sus investigaciones, Mendeleiev consiguió hacer una clasificación de los elementos conocidos hasta aquellos
momentos. Esta clasificación, que se basaba en la periodicidad de las propiedades químicas y su relación con los pesos
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atómicos, fue presentada en la Sociedad Química de Rusia en marzo de 1869. Como se puede ver en la tabla, la
ordenación de los elementos era vertical y contenía algunas consideraciones:
Los elementos ordenados según su peso atómico presentan una periodicidad en sus propiedades.
La magnitud del peso atómico determina el carácter químico del elemento.
Se descubrirán más elementos, algunos de ellos parecidos al Al y al Si con un peso atómico comprendido entre 65 y 75.
El peso atómico de un elemento se puede corregir a partir de sus propiedades y de sus análogos. Así el peso atómico del
Te tiene que ser entre 123 y 126 en lugar de 128.
Algunas de las propiedades características de un elemento se pueden deducir de su peso atómico.
3.2.2 APLICACIONES DE LA TABLA PERIÓDICA: NÚMERO ATÓMICO, MASA ATÓMICA,NÚMERO DE
ELECTRONES, PROTONES, NEUTRONES, ELECTRONES DE VALENCIA
Y CÁLCULO DE MASAS MOLARES.
Numero atómico: El número atómico es igual al número total de protones que hay en el núcleo. Se representa con la
letra Z. Este número aparece en la parte superior izquierda de cada elemento en la tabla periódica. (Observar imagen
anterior de la tabla periódica).