documento nº1_conceptos fundamentales de química_2011

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DOCUMENTO Nº1CONCEPTOS GENERALES DE QUÍMICA

1. El estudio de la química

Antes de viajar a una ciudad desconocida, es recomendable estudiar un mapa para tener una idea

de cómo llegar a la ciudad. Considerando que el estudiante no está familiarizado con la química, es

conveniente formarse una idea general de lo que podría encontrar antes de iniciar el viaje. De

hecho, podríamos incluso preguntarnos por qué vamos a realizarlo.

1.1 La perspectiva molecular de la química

La química es la ciencia que estudia la composición, estructura, propiedades y transformaciones

de la materia. Considerando la molécula de agua (H2O) como ejemplo, podemos aplicar esta

definición:

Composición: Tiene relación con los elementos que contiene, 11,1 % de hidrógeno y 88,9 %

de oxígeno.

Estructura: Disposición de los átomos y/o elementos.

Propiedades: Inodora – Incolora – Punto de ebullición 100ºC – Punto de fusión 0ºC – Densidad.

Transformaciones: Sólido – Líquido – Gaseoso

La materia es el material físico del universo; es cualquier cosa que tiene masa y ocupa un lugar

en el espacio. Nuestro organismo, la ropa que utilizamos y el aire que respiramos son ejemplos de

materia. La enorme variedad de materia en nuestro mundo se debe a combinaciones de apenas

poco más de un ciento de sustancias muy básicas o elementales, llamadas elementos químicos.

La química también proporciona antecedentes para entender las propiedades de la materia en

términos de átomos, los bloques de construcción casi infinitesimalmente pequeños de la materia.

Cada elemento se compone de una sola clase de átomos. Las propiedades de la materia serelacionan no sólo con las clases de átomos que contiene (composición), sino también con la

organización de dichos átomos (estructura). Los átomos se pueden combinar para formar

moléculas, en las que dos o más átomos se organizan en estructuras especificas.



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Figura 1: Formación de moléculas por combinación de dos elementos en una proporción 2:1

Todo cambio en el mundo observable, desde el agua en ebullición hasta los cambios que ocurren

cuando nuestro organismo combate los virus invasores, se basa en el mundo no observable de los

átomos y las moléculas. Por tanto, conforme nos adentremos en el estudio de la química,

comenzaremos a pensar dentro de dos reinos, el reino macroscópico de los objetos de tamaño

ordinario (macro = grande) y el reino submicroscópico de los átomos. Efectuamos nuestras

observaciones en el mundo macroscópico con nuestros sentidos; en nuestro entorno. Sin embargo,

para entender ese mundo debemos visualizar el comportamiento de los átomos.

1.2 ¿Por qué estudiar química?

La química permite obtener un entendimiento importante de nuestro mundo y su funcionamiento.

Se trata de una ciencia eminentemente práctica que tiene una influencia enorme sobre nuestra vida

diaria. De hecho, la química está en el centro de muchas situaciones que preocupan a casi todo elmundo: el mejoramiento de la atención medica, la conservación de los productos naturales, la

protección del entorno, la satisfacción de nuestras necesidades diarias en cuanto a alimento,

vestido y albergue. Con la ayuda de la química, hemos descubiertos sustancias farmacéuticas que

fortalecen nuestra salud y prolongan nuestra vida. Hemos aumentado la producción de alimentos

mediante el desarrollo de fertilizantes y plaguicidas. Hemos creado plásticos y otros materiales que

se utilizan en casi todas las facetas de nuestra vida. Desafortunadamente, algunos productos

químicos también pueden dañar nuestra salud o el entorno. Nos conviene, como ciudadanos

educados y consumidores, entender los profundos efectos, tanto positivos como negativos, que las

sustancias químicas tienen sobre nuestra vida, y encontrar un equilibrio sobre su uso. El estudio de

la química es un componente obligatorio de su plan de estudios. La carrera que están estudiando

podría ser biología, ingeniería, agronomía, geología o algún otro campo. ¿Por qué tantos temas

diversos tienen un vínculo esencial con la química? La respuesta es que la química, por su misma

naturaleza, es la ciencia central . Nuestras interacciones con el mundo material hacen surgir

preguntas fundamentales acerca de los materiales que nos rodean. ¿Qué composición y



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propiedades tienen? ¿Cómo interactúan con nosotros y con el entorno? ¿Cómo, por qué y cuándo

cambian? Estas preguntas son importantes sea que el material forme parte de un chip de

computadora de alta tecnología, un pigmento empleado por un pintor del renacimiento o el ADN

que transmite información genética en nuestro cuerpo. La química proporciona respuestas a éstas y

a innumerables preguntas más. Al estudiar la química, aprenderemos a utilizar las ideas que han surgido para describir y entender

la materia. El lenguaje de la química es un lenguaje científico universal que se emplea ampliamente

en otras disciplinas. Además, entender el comportamiento de los átomos y las moléculas nos

permite comprender mejor otras áreas de la ciencia, la tecnología y la ingeniería moderna. Por esta

razón, es probable que la química desempeñe un papel importante en su futuro.

2. Clasificación de la materia

Iniciemos nuestro estudio de la química examinando algunas formas fundamentales de clasificar y

describir la materia. Dos de los principales métodos de clasificación de la materia se basan en su

estado físico (gas, líquido o sólido) y en su composición (elemento, compuesto o mezcla).

2.1 Estados de la materia

La materia puede ser gaseosa, liquida o sólida. Estas tres formas de materia se denominan

estados de la materia. Los estados de la materia difieren en algunas de sus propiedades

observables. Un gas no tiene volumen ni forma definida; más bien, adquieren el volumen y la

forma del recipiente que los contiene. Las fuerzas que mantienen unidas las partículas son muy

pequeñas.

Características principales:

No tienen forma definida

No presentan volumen constante

Las partículas presentan completa

libertad

Se pueden comprimir con facilidad

Difunden con facilidad

Pueden expandirse (aumentar elvolumen)

Densidad mínima

Energía cinética elevada



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Un líquido tiene un volumen definido independiente del recipiente que lo contiene pero no tiene

forma definida; adquiere la forma del recipiente que lo contiene.


Las partículas presentan mayor libertad Adquieren la forma del recipiente que

lo contiene

Se puede comprimir con bastante

dificultad

Fluyen con facilidad (fluidez)

Tienen un volumen constante

Densidad media

Energía cinética media

Un sólido tiene forma y volumen definidos; es rígido. Ni los líquidos ni los sólidos pueden

comprimirse de forma apreciable.


Tienen forma y volumen constante

Son incompresibles

Alta cohesión

Las partículas vibran Presentan la máxima densidad

Son rígidos

Energía cinética muy pequeña

Las propiedades de los estados pueden entenderse en el nivel molecular. En un gas, las moléculas

están muy separadas y se mueven a alta velocidad, chocando repetidamente entre sí y con las

paredes del recipiente. En un líquido, las moléculas están más cercanas, pero aún se mueven

rápidamente, y pueden deslizarse unas sobre otras; por ello los líquidos fluyen fácilmente. En un

sólido, las moléculas están firmemente unidas entre sí, por lo regular en patrones definidos dentrode los cuales las moléculas apenas pueden moverse un poco de sus posiciones fijas. Por ello, los

sólidos tienen forma rígida.



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Desde el punto de vista de la composición la materia también puede clasificarse en dos categorías:

Sustancias puras, cada una de las cuales tiene una composición fija y un único conjunto de

propiedades.

Mezclas, compuestas de dos o más sustancias en las que cada sustancia conserva su propia

identidad química.Las sustancias puras pueden ser elementos o compuestos, los elementos no pueden

descomponerse en sustancias más simples. En el nivel molecular, cada elemento se compone de un

solo tipo de átomo. Los compuestos son sustancias compuestas de dos o más elementos, y por

tanto, contienen dos o más clases de átomos. Las mezclas pueden ser homogéneas o

heterogéneas.

2.1.1 Elementos

Un elemento químico es una sustancia que no puede ser descompuesto en sustancias más simples

por métodos químicos. La entidad mínima de un elemento es el átomo. En la actualidad se conocenalrededor de 114 elementos, los cuales varían ampliamente en su abundancia. Por ejemplo, más

del 90% de la corteza terrestre consta de sólo cinco elementos: oxígeno, silicio, aluminio, hierro y

calcio. En contraste, sólo tres elementos: oxígeno, carbono e hidrógeno constituyen más del 90 %

de la masa del cuerpo humano.

La tabla N°1 contiene los nombres y los símbolos de varios elementos que seguramente conoce. Se

pueden encontrar fácilmente en los laboratorios o en productos comerciales, en forma libre o



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combinada. Las abundancias indican la cantidad relativa de cada elemento en la corteza terrestre,

la atmósfera y los océanos.

En química, un elemento se identifica por su símbolo. Este consiste en una o dos letras,

normalmente basadas en el nombre del descubridor, lugar de descubrimiento.

Tabla 1: Alguno elementos comunes, símbolos y abundancias porcentuales.

Nombre Símbolo Abundanciaporcentual

Nombre Símbolo Abundanciaporcentual

Carbono C 0.08 Bromo Br 0.00025Manganeso Mn 0.09 Magnesio Mg 1.9Hidrógeno H 0.9 Oro Au 0.0000005

Yodo I 0.00003 Silicio Si 25.8Nitrógeno N 0.03 Cobre Cu 0.007Oxígeno O 49.4 Hierro Fe 4.7Fósforo P 0.12 Plomo Pb 0.0016

Azufre S 0.06 Mercurio Hg 0.00005

Aluminio Al 7.5 Potasio K 2.4Cromo Cr 0.018 Plata Ag 0.00001Calcio Ca 3.4 Sodio Na 2.6Cloro Cl 0.20 Zinc Zn 0.008

2.1.2 Compuestos

Un compuesto es una sustancia formada por átomos de dos o más elementos unidos químicamente

en proporciones definidas. El agua es un compuesto formado por hidrógeno y oxígeno. Los

compuestos poseen una composición fija. Es decir, un compuesto dado siempre contiene los

mismos elementos y los mismos porcentajes en masa.

Las propiedades de los compuestos y de los elementos que contienen son muy diferentes. La sal

común, cloruro de sodio, es un sólido blanco y poco reactivo. Contiene sodio y cloro, el sodio (Na)

es un metal brillante y extremadamente reactivo. El cloro (Cl) es un gas venenoso amarillo-verdoso.

Evidentemente, cuando estos dos elementos se combinan para formar cloruro de sodio, tiene lugar



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una profunda transformación. Los compuestos pueden ser descompuestos por métodos químicos,

para obtener los elementos.

La composición elemental de un compuesto puro siempre es la misma, esta observación se conoce

como ley de proporciones definidas propuesta alrededor del 1800 por el químico francés Joseph

Louis Prounst (1754-1826).

2.1.3 Mezclas

Una mezcla contiene dos o más sustancias combinadas de tal forma que cada una conserva su

identidad química. Cuando se remueve sulfato de cobre con arena, las dos sustancias no

reaccionan entre sí. Al contrario, cuando el sodio se coloca en contacto con cloro gaseoso, se forma

un nuevo compuesto, el cloruro de sodio.

Existen dos tipos de mezclas:

a. Mezclas homogéneas o uniformes que son aquellas en las que la composición es la misma

en toda la muestra. La mezcla homogénea también se denomina disolución, formada por

un disolvente, normalmente la sustancia que se encuentre en mayor cantidad, y uno o más

solutos. Normalmente el disolvente es un líquido, mientras que el soluto puede ser sólido,

líquido o gas.

b. Mezclas heterogéneas o no uniformes, son aquellas en la que la composición de la

muestra varía de un punto a otro. Muchas rocas pertenecen a esta categoría.

Las mezclas pueden ser separadas por métodos físicos, para obtener sustancias puras.



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2.2 Propiedades de la materia

Cada sustancia tiene un conjunto único de propiedades características que permiten reconocerla y

distinguirla de otras sustancias. Las propiedades de la materia se pueden agrupar en dos

categorías: físicas y químicas. Podemos medir las propiedades físicas sin cambiar la identidad ni

la composición de la sustancia. Estas propiedades incluyen color, olor, densidad, punto de fusión,punto de ebullición y dureza. Las propiedades químicas describen la forma en que una sustancia

puede cambiar o reaccionar para formar otras sustancias. Por ejemplo, una propiedad química

común es la inflamabilidad (capacidad de una sustancia para arder en presencia de oxígeno).

2.3 Cambios físicos y químicos

Los cambios que sufre la materia se puede clasificar como físicos o químicos. Durante un cambio

físico, las sustancias cambian su apariencia física pero no su composición. La evaporación del agua

es un cambio físico. Cuando el agua se evapora cambia de estado liquido a gaseoso, pero sigueestando constituida por moléculas de agua. Todos los cambios de estado (por ejemplo, de líquido a

gas o de líquido a sólido) son cambios físicos.

En los cambios químicos (también llamados reacciones químicas), las sustancias se transformar en

sustancias químicamente distintas.



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CUESTIONARIO

I. Responda las siguientes preguntas:

1. Las sustancias puras las podemos clasificaren:

a. Elementos y compuestosb. Elementos y sustancias purasc. Elementos, compuestos y sustancias purasd. compuestos y mezclase. Elementos y mezclas

2. Indica cuáles de las siguientes sustanciaspuras son compuestos:

a. Sal común (NaCl)b. La Plata (Ag)c. Ácido sulfúrico (H2SO4)d. El acero (Fe-Pb)e. El Oro (Au)

3. Señala cuáles son elementos químicos:a. Hierro (Fe)b. Agua (H2O)c. Cloruro de sodio (NaCl)d. Oxígeno (O)

e. Carbono (C)f. Peróxido de hidrógeno ((H2O2)

4. El compuesto permanganato de potasio,KMnO4, está formado por:a. Hidrógenob. Potasioc. Sodio

d. Oxígenoe. Manganesof. Magnesio

5. Indica cuáles de los siguientescomponentes formarían una mezclahomogénea al ponerlos en contacto:a. Aceiteb. Aguac. Sal común (NaCl)d. Arenae. Azúcar

6. Una mezcla de agua con aceite es:a. Mezcla homogéneab. Mezcla Heterogénea

7. La materia se clasifica en:a. Elementos y compuestosb. Mezclas y sustancias purasc. mezclas homogéneas y heterogéneas

II. Completar con V (verdadero) o F (falso). _____Una mezcla homogénea presenta todas las sustancias disueltas y repartidas por igual.

_____Las mezclas se obtienen al separar varias sustancias.

_____El agua con sal no es una mezcla.

_____Si mezclamos arena con agua, la arena se disuelve.

_____Si mezclamos agua con azúcar, la azúcar se disuelve.

_____Cuando las sustancias se pueden mezclar se forma una mezcla heterogénea.

_____En una mezcla, la sustancia que se encuentra en menor proporción es el soluto.

_____En una mezcla, la sustancia que se encuentra en menor proporción es el disolvente.



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III. Nombre cuatro características de los sólidos, líquidos y gases.

IV. Completar con una X la siguiente tabla:

V. Dibuje un esquema indicando los cambios de estado posibles para la materia:

VI. Proponga un procedimiento que permita la separación de todas las sustancias presentes en unamezcla de Arena y Salmuera (NaCl + H2O).

VII. Escriba tres ejemplo de mezcla homogénea sólida, líquida y gaseosa.

VIII. Clasifique la materia como sustancias puras o mezcla; si es una mezcla, indique si es

homogénea o heterogénea: (a) arroz con leche; (b) agua de mar; (c) magnesio; (d) gasolina

IX. Rotule cada uno de las siguientes situaciones como un proceso físico o químico: (a) corrosión

de aluminio metálico; (b) fundir hielo; (c) pulverizar una aspirina; (d) digerir una golosina;

(e) explosión de nitroglicerina.

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