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Química inorgánica
La química es una ciencia fáctica: el método es mecanicista y es de carácter inductivo. La química
estudia la materia. En biología se clasifica a los elementos en tres tipos de acuerdo a como están
incorporados en los seres vivos:
-Primarios: carbono, oxígeno, nitrógeno, hidrógeno, fósforo, azufre (forman el 96% de los
organismos)
-Secundarios: aquellos que acompañan a los primarios pero en menor cantidad: hierro, calcio,
magnesio.
-Oligoelementos: están en muy pequeñas cantidades, no forman estructuras importantes sino que
simplemente interfieren en el metabolismo.
Los nombres de los elementos salen del griego o español antiguos. Se los representa con una letra
Mayúscula; en el caso que se repitan dos iniciales se le agregan más letras en minúscula.
Átomos
La materia está formada por átomos que forman distintos elementos. El átomo está formado por 3
partículas subatómicas: protones, neutrones y electrones.
Toda la materia está formada por átomos. La diferencia entre los distintos átomos (como el átomo
del helio y del hidrógeno) está dada por la cantidad de electrones y protones que tiene cada átomo.
Un átomo de carbono está formado por los mismos protones, neutrones y electrones que uno de
oxígeno. La diferencia está en la cantidad de esos elementos.
Si un átomo es estable la cantidad de protones y electrones es igual (es decir si tiene 1 protón, tiene
1 electrón, si tiene 2, 2 etc) a esa cantidad se denomina número atómico. Puede ocurrir que los
elementos se definan también por el peso atómico. ¿Qué define el peso atómico? Se define por la
cantidad de protones+neutrones del núcleo.
Puede pasar que en un elemento la cantidad de neutrones y protones sea igual o diferente. El yodo
por ejemplo puede tener 8 electrones, 8 protones y 8 neutrones o 8 electrones, 8 protones pero 10
neutrones. A esos elementos donde puede variar el número de neutrones se los llama isótopos
radioactivos. Los elementos se comportan igual sin importar la cantidad de neutrones que tengan: lo
único que varía es el peso atómico en ellos.
Las partículas en los átomos
Las partículas subatómicas están distribuídas de determinada manera en el átomo: los protones y
neutrones se asocian en la zona del núcleo del átomo. Los electrones están fuera del núcleo. Los
protones tienen carga positiva, los electrones negativa y los neutrones no tienen carga.
Los electrones son mucho más chiquitos que un protón o neutrón pero tienen energía propia que los
hace girar para evitar ser atraídos al núcleo, giran con una fuerza centrífuga. Mientras más lejos esté
un electrón del núcleo menos energía va a perder porque el giro va a hacer más lento. Mientras más
cerca esté un electrón del núcleo mayor va a ser la fuerza de atracción del núcleo lo que provoca que
el electrón gire más rápido y pierda más energía.
Un electrón cuando gira, gira a través de una especie de “camino orbital” que es el recorrido que
tiene un electrón alrededor del núcleo. La cantidad máxima de electrones que puede tener un
mismo orbital es dos (que giran en un mismo sentido, sino chocarían). El hidrógeno por ejemplo
tiene un solo electrón por lo que el camino orbital de ese electrón está incompleto.
El primer orbital tiene una disposición elíptica pero los demás orbitales que vayan apareciendo
viajan en forma de ocho.
La mayor distancia posible entre el núcleo del átomo y la orbital se denomina período o capa. Los
orbitales están agrupados en distintas capas dentro del átomo.
A medida que aumentan la cantidad de electrones aumentan la cantidad de orbitales. En la
naturaleza no se forman más de 7 capas de orbitales:
-La primer capa tiene 1 orbital y capacidad de 2 electrones
-La segunda capa tiene 4 orbitales y capacidad de 8 electrones
-La tercera capa tiene capacidad de 18 electrones
-La cuarta capa tiene capacidad para 32
-La quinta para 18
-La Sexta 8
-La septima 2
Tabla periódica
La tabla periódica ubica los elementos en función del número atómico. Los límites verticales definen
los grupos (que indican la cantidad de electrones que hay en la última capa). Es importante decir que
todos los átomos siempre tienden a tener con 8 electrones su última capa; por eso “ceden” y
“adquieren” electrones.
-Los grupos 1, 2 y 3 tienden a perder sus electrones ya que entonces pasan a tener con 8 su última
capa.
-Los del grupo 5,6 y 7 son capaces de aceptar, de recibir electrones para completar los 8 de la última
capa.
-Al grupo de los 4 le da lo mismo ceder que recibir electrones, se llama a este grupo anfótero
El 8 es un grupo muy particular llamado grupo de los gases nobles: este grupo tiene toda su capa
externa completa, por ello es muy estable y no se combina. Acá aparece la regla del octeto: todos los
elementos tratan de cubrir su última capa con 8 electrones. Cuando a un elemento le sobran
electrones y a otro le faltan entonces se forman enlaces.
Uniones químicas
Hay dos tipos de uniones químicas: uniones interatómicas e intermoleculares.
Uniones interatómicas
Dentro de las interatómicas hay dos grupos: uniones iónicas y covalentes.
En una unión iónica los electrones se ceden mientras que en una unión covalente los electrones se
comparten. Todo lo que es unión covalente produce moléculas mientras que las uniones iónicas
forman compuestos químicos.
Unión iónica
La unión iónica se da cuando un átomo cede sus electrones a otro que los acepta: por ejemplo la sal.
El cloro tiene 7 electrones en su última capa, por lo que le falta uno para estar “completo”. Asimismo
el Sodio tiene solo uno en su última capa, con lo cual si lo perdiera también quedaría completo.
Entonces el cloro y el sodio interactúan: el cloro “atrapa” al electrón del sodio. Como ahora el cloro
tiene carga negativa (ya que sumó un electrón) y el sodio carga positiva (ya que perdió un electrón)
entonces se atraen y se forma !Sal! Maravilloso, realmente maravilloso.
A los átomos que pierden un electrón se los denomina catones (iones con carga positiva); a los
átomos que ganan un electrón se los denomina aniones (iones con carga negativa). De esta forma, el
cloro se transformaría en un anión y el sodio en un catón.
Unión covalente
Hay dos tipos de uniones covalentes: polares no polares.
-El agua es una unión polar porque la distribución de los electrones en la molécula es desigual: hay
más cantidad de electrones en una zona que otra. En el caso del agua, el oxígeno queda con carga
negativa (por los 8 electrones que tiene) y los dos átomos de hidrógeno con positiva. Por eso el agua
moja: al interactuar con molécula polar las zonas positivas y negativas se atraen y se juntan.
-El cloro es una unión no-polar porque está formado de dos átomos de cloro que forman un enlace
covalente en donde la distribución de los electrones es equivalente: ambos tienen 7 y comparten
uno: quedando así con 8. Entonces ninguno queda con carga negativa o positiva.
Los elementos no polares tienen la misma cantidad de electrones orbitando en torno a cada núcleo
atómico mientras que los elementos polares tienen más electrones girando en torno a un núcleo
atómico que a los otros. Generalmente los elementos de los extremos de la tabla tienden a hacer
uniones iónicas y los del medio realizan uniones covalentes.
Uniones intermoleculares
Estas uniones están dadas por la carga que queda en las moléculas tras los enlaces covalentes. El
agua puede enlazarse. Todo lo que es polar con lo polar se atrae; todo lo que es polar se repele con
lo no-polar y todo lo no-polar se atrae con lo no-polar.
Las uniones intermoleculares se producen entre moléculas, pueden ser dos tipos de uniones:
-Uniones puente de hidrógeno: las realizan todas aquellas moléculas que tienen hidrógeno en su
composición estructural.
-Uniones de van der Waals: es una unión en donde “saltan” los electrones de una molécula a otra
(siempre en igual cantidad). Son fuerzas que se presentan cuando las moléculas, por estar muy
próximas entre sí, se ven sometidas a ciertas interacciones.
Las uniones más débiles son las van der Waals, luego las uniones puente hidrógeno, luego las
uniones iónicas y las más fuertes son las covalentes. Otro tipo de unión son las uniones metálicas
que se dan entre átomos de metal, en donde los electrones fluctúan entre los dos pero no
compartiendose, por eso como fluctúan y no están fijos pueden conducir la electricidad.
Propiedades del agua
Las propiedades del agua se deben especialmente a la relación física que hay entre los átomos de H
y el de O.
-Los dos átomos de H se unen covalentemente al O y, debido a características químicas, lo hacen por
una cara del átomo de oxígeno, dándole asimetría a la molécula.
-El átomo de O tiene un núcleo mayor, o sea una carga positiva más fuerte, provocando una mayor
fuerza de atracción de electrones del H.
La combinación de estas dos propiedades trae como consecuencia que la molécula de agua tenga un
extremo más electronegativo (la zona del O) y otro extremo menos electronegativo (la zona de los
H), dándole a la totalidad de la molécula cierta polaridad. Entonces se unen las moléculas de agua
mediante los “puente de hidrógeno”.
Es incolora, inodora, insípida y polar. Por el hecho de tener polaridad el agua tiene propiedades
particulares que no todo líquido lo tiene: cohesión (debido a que el agua puede hacer uniones
puente de hidrógeno pueden formando un encadenado) y adhesión (la capacidad del agua de
adherirse a toda superficie polar). Estas dos características (cohesión y adhesión) de finen la tensión
superficial.
La tensión superficial es lo mismo que ir a la cama elástica: una tensión suficiente para poder flotar.
Hay lagartos que pueden caminar en el agua, ya que usan la tensión superficial del agua.
Otra característica del agua es la capilaridad: está dada por el efecto de las tres características
citadas. Consiste en que el agua pueda ascender unos centímetros por un tubo. Cuanto mayor el
diámetro menor ascenso, cuanto menor el diámetro mayor el ascenso.
Buffer de temperatura
Un buffer significa regulador, por lo que el agua es regulador de temperatura. Y esto lo vimos en
geografía: el agua regula la temperatura, por eso la amplitud térmica es más grande en los países
continentales que en los oceánicos.
El agua puede estar en tres estados: para cambiar de estado se necesita energía, si le aplico calor a
las moléculas se rompen las uniones puente hidrógeno. Estos cambios se llaman calor latente de
fusión y vaporización.
Densidad
Cuando yo al agua le saco energía y el agua llega a los cuatro grados hay un efecto contrario: las
uniones puente hidrógeno actúan como resorte y aumenta el volumen del estado sólido que en
estado líquido. Por eso el hielo flota en agua, la densidad es menor que la del agua.
La ionización del agua es la ruptura de la molécula del agua. Si yo le aplico mucha energía a la
molécula del agua se deshacen sus enlaces covalentes y se separan los átomos.
La elevada constante dielectrica significa que el agua es un solvente que a toda aquella sustancia
polar la puede solubilizar. El agua va a poder mezclarse con cualquier sustancia polar. Hay dos casos
El agua puede ionizar a estos elementos
PH
EL ph mide la cantidad relativa de hidrógenos. Mide la acidez. El ph es una manera de medir la
cantidad relativa de hidrógenos en una solución que pueden ser más o menos. Algo que es muy
ácido libera muchos hidrógenos, y algo que libera pocos hidrógenos y libera muchos OH es alcalino.
Cuando se ionizaba el agua se rompía la molécula. El valor del ph se saca a través de logaritmos. Un
punto de 1 a 14 con un punto de 7. Nuestro cuerpo tiene distintos PH.
Uniones
Si yo junto un ácido y base los positivo se engancha con lo negativo, queda H20 y sal. Las pilas
alcalinas están revertidas de un compuesto alcalino, entonces cuando la pila deja de tener
posibilidad de carga reacciona el ácido sulfúrico con el alcalino que lo rodea y empiezan a salir sales.
Reacciones químicas
Cuando dos compuestos químicos se juntan se produce una reacción. Los compuestos que
reaccionan se llaman reactivos y el producto es lo que se forma al final. La flecha que muchas veces
está en el medio me indica el sentido de la reacción.
-Por un lado las reacciones de síntesis: dos compuestos sencillos como dos átomos se juntan y se
forma un producto. Las propiedades físicas y químicas del compuesto nuevo no tiene nada que ver
con las de los componentes que lo formaron.
-Descomposición: un compuesto completo se deshace en otros dos.
-Reacciones de intercambio: es como una síntesis doble.
-Reacciones de equilibrio: son parecidas a las de intercambio pero una vez que se formaron los
productos estos componentes reaccionan entre si y vuelven a dar los originales: es una reacción que
va y vuelve. Muchas veces para no perder cierta substancia nuestro metabolismo lo usa.