Parte 1 %28pp 1-24%29 %26 Intro

Colegio Arturo Rosenblueth

Química Inorgánica

Profesor: Ing. Roberto Javier Pérez Cárdenas Agosto, 2010

Colegio Arturo Rosenblueth

Material de Estudio para el Curso de

Química Inorgánica

Correspondiente al 1er. semestre del tronco

común de Bachillerato

Profesor: Ing. Roberto Javier Pérez Cárdenas

Celaya, Gto. Agosto de 2010

Colegio Arturo Rosenblueth QUÍMICA INORGÁNICA

Ing. Roberto Javier Pérez Cárdenas i

QUÍMICA INORGÁNICA Programa

I. Introducción a la Química.

• Concepto de Química. • Historia de la Química. • Clasificación de la Química, áreas de interés y relación con otras ciencias. • Importancia de la Química • Riesgos y beneficios en la Química. • Investigación y oportunidades en la Química

II. Materia y Energía. • Conceptos de materia y energía. • Estados físicos de la materia.

- Naturaleza y características de gases, líquidos y sólidos. - Su comportamiento y leyes que lo rigen.

• Sustancias puras e impuras. • Compuestos y mezclas. • Elementos químicos. • Propiedades de la materia:

- Propiedades físicas y químicas. - Propiedades intensivas y extensivas.

• Cambios físicos y cambios químicos. • Repercusiones de los cambios químicos.

III. Estructura Atómica. • Teoría atómica de Dalton. • Modelos atómicos de Thomson, Rutherford. • Partículas subatómicas. • Número atómico y número de masa. • Iones, cationes y aniones. • Masas atómicas e isótopos. • Riesgos y beneficios de los isótopos.

IV. Teoría Cuántica. • Naturaleza ondulatoria de la luz. • Espectro electromagnético. • Teoría cuántica de Planck. • Modelo atómico de Bohr. • Modelo cuántico del átomo. • Orbitales atómicos y números cuánticos. • Configuraciones electrónicas. • Principio de Exclusión de Pauli y Regla de Hund.

V. Tabla Periódica. • Fundamentos históricos de las diversas clasificaciones periódicas. • Tabla periódica moderna. • Grupos, periodos y bloques de elementos. • Configuraciones electrónicas y la tabla periódica. • Propiedades periódicas. • Riesgos de los elementos pesados.

VI. Enlaces Químicos. • Estructuras de Lewis y regla del octeto. • Enlaces iónicos. • Enlace covalente. • Enlaces múltiples. • Enlace covalente coordinado. • Enlace metálico. • Puentes de hidrógeno.


Ing. Roberto Javier Pérez Cárdenas ii

VII. Nomenclatura. • Nomenclatura de óxidos metálicos y no metálicos. • Nomenclatura de hidrácidos y oxiácidos. • Nomenclatura de sales binarias y oxisales. • Nomenclatura de hidruros e hidróxidos. • Nomenclatura de hidratos.

VIII. Reacciones químicas. • Simbología en las reacciones químicas. • Tipos de reacciones químicas.

- Reacciones en química inorgánica • Síntesis. • Descomposición. • Desplazamiento o sustitución. • Doble sustitución.

- Reacciones en química orgánica: • Adición. • Sustitución. • Eliminación.

• Balanceo de ecuaciones químicas (método por tanto y algebraico) • Oxidación y reducción en reacciones químicas.

IX. Cálculos Estequiométricos. • Pesos moleculares. • Concepto de mol y número de Avogadro. • Cálculos estequiométricos y ecuaciones químicas. • Cálculos estequiométricos masa – masa.

Bibliografía:

Química 1 Víctor Manuel Ramírez Regalado. Grupo Editorial Patria. 1ª Edición – 1ª Reimpresión..

Fundamentos de Química. Ralph A. Burns. Pearson Educación. 4ª Edición.

Química Inorgánica. Francisco Recio del Bosque. McGraw – Hill. 2ª Edición.

Química. William Daub – William Seese. Prentice – Hall. 7ª Edición.

Fundamentos de Química. Morris Hein – Susan Arena. Thomson Eduación. 10ª Edición.

Química, La Ciencia Central. Brown – LeMay – Bursten – Murphy. Pearson Educación. 11ª Edición

Química. Raymond Chang. McGraw – Hill. 10ª Edición.

Química. Garritz – Chamizo. Addison Wesley Iberoamericana.

Introducción a la Química. Leo J. Malone. Limusa – Noriega Editores. 2ª Edición.

Química: enfoque ecológico. T. R. Dickson. Limusa – Noriega Editores.

QuimCom: Química en la Comunidad. American Chemical Society. Addison Wesley Iberoamericana. 2ª Edición.

Química 1. Ramírez Regalado – Monsalvo Vázquez. Publicaciones Cultural.

Estequiometría. Villarreal – Butruille – Rivas. Ed Trillas. Serie Temas Básicos, Área de Química.

Introducción a la Nomenclatura Química. Villarreal – Butruille – Rivas. Ed. Trillas. Serie Temas Básicos, Área de Química.

Problemas de Química. Paul R. Frey. CECSA.


Ing. Roberto Javier Pérez Cárdenas iii

Sistema de evaluación:

La calificación mínima aprobatoria es de 7.0. Apruebas el curso si logras esa calificación, sin ningún tipo de redondeo a las cantidades inmediatas superior o inferior.

Evaluaciones parciales: serán tres, sujetas a la siguiente ponderación: • 10% Asistencia. • 10% Tareas. • 80% Examen.

Evaluación final: incluyendo todos los tópicos tratados en el curso. • 10% Tareas (del último período). • 10% Asistencia y Participación (en el último período). • 80% Examen.

La calificación final de la materia se obtendrá, acorde a las políticas institucionales, con la fórmula: 1 2 30.6 0.4

3f fE E EC E+ +⎛ ⎞= +⎜ ⎟

⎝ ⎠

No hay exenciones de examen final. La calificación por asistencia se te otorgará si cumples con tu asistencia a todas las sesiones del

periodo considerado, en caso contrario se te descontará la parte proporcional a las inasistencias que tengas: • 1 inasistencia = – 0.5 puntos de la calificación. • 2 inasistencias = – 1.0 puntos de la calificación.

La justificación de las faltas debe ser realizada en tiempo y forma de conformidad con lo estipulado en el Reglamento Institucional. En caso contrario no procederá.

En la calificación de las tareas se considerará: (a) cumplimiento en tiempo y forma, (b) contenido, (c) profundidad del análisis y (d) presentación. Toda tarea que se asigne deberá entregarse limpia, ordenada y legible, quedando a tu criterio y posibilidades la selección de la forma de presentación.

Por ningún motivo se reciben tareas extemporáneas. Aún justificada la inasistencia, las tareas no se recibirán debido a su condición de

extemporaneidad. La asignación del puntaje de tareas será proporcional al promedio de las calificaciones obtenidas

en las tareas asignadas. No basta con entregarlas. Dado que no se llevará libro de texto, será indispensable contar con el material de estudio

preparado ad hoc por el profesor. Este material será el pase de ingreso al salón en TODAS las clases, para ir agregando las notas generadas en la clase sobre cada uno de los puntos. En caso no llevarlo, la primera vez el alumno se hará acreedor a una amonestación, y a partir de la 2ª ocasión de olvido no se le permitirá permanecer en el salón para no distraer a sus compañeros.

Dentro de la calificación de tareas estarán contemplados algunos trabajos que irán conformando el Portafolio de Evidencias de Aprendizaje (PEA). La entrega del PEA al final del curso es obligatoria para tener derecho a presentar la evaluación final y para fines que el profesor pueda discriminar sobre la asimilación de los diversos temas del curso en caso de requerir alguna consideración adicional.

En los exámenes, por ningún motivo se permitirá pedir prestado nada a nadie. Cada uno es responsable de llegar preparado con todo lo necesario: herramientas de escritura, tabla periódica y calculadora (cuando sea requerida).

Requerimientos y Materiales:

Libreta de notas única y exclusivamente para esta materia. Puede ser de cualquier forma o tipo, pero es

obligatoria y como tal debe tenerse disponible todos los días del curso. El profesor se reserva el derecho de


Ing. Roberto Javier Pérez Cárdenas iv

revisarla como complemento de calificación en tareas y/o exámenes. Puede suplirse por el Material de Estudio del curso, siempre que esté impreso únicamente por un solo lado.

Tabla Periódica, adecuada a la información requerida en el curso. (Se indicará lo conducente al momento en que sea requerida). Una vez requerida, deberá usarse todos los días del curso como pase de entrada.

Calculadora, de preferencia científica, pero una calculadora básica puede cumplir perfectamente para el nivel de operaciones a realizar. En cualquier caso, será indispensable desde que se inicien los temas de resolución de problemas. En ningún caso se permitirá el uso de teléfonos celulares como calculadoras.

Será indispensable tener diariamente el material de trabajo que se haya solicitado: material de estudio, fotocopias o impresiones de lecturas asignadas, anexos sobre nombres de los elementos, copias de problemas, de acuerdo a las indicaciones que previamente a su uso se irán dando a conocer.

Herramientas de escritura: lápiz o portaminas, borrador, sacapuntas o minas de repuesto, bolígrafo de tinta negra y azul parta escritura ordinaria, bolígrafo de tinta roja para marcar resultados de ejercicios y problemas, marcador resaltador para usarlo sobre el material de estudio.

Registro de acceso a “PoliQuímica”, el grupo de discusión en Yahoo, donde se van colocando los materiales de apoyo y consulta del curso, tareas y otros materiales descargables. Cada alumno deberá registrarse y generar su cuenta de acceso en Yahoo, independientemente de que la use como correo electrónico o no; también deberá registrar una cuenta de correo electrónico donde recibirá las notificaciones de la actividad del grupo.

Objetivo General Comprenderás que la química es una ciencia relevante en la historia del hombre, conociendo e identificando las características generales de la materia así como sus propiedades físicas y químicas, manejando adecuadamente los principios químicos básicos, las reglas de nomenclatura y la tabla periódica, en el análisis y resolución de problemas y circunstancias de la relación entre la química y el mundo cotidiano. TTooddoo lloo qquuee ppooddaammooss ggaannaarr ppoorr nnuueessttrroo pprrooppiioo eessffuueerrzzoo eess nnuueessttrroo,, yy nnoo ddeebbeemmooss ppeeddiirr mmááss nnii aacceeppttaarr mmeennooss.. Thomas Hardig SSii ttee rreezzaaggaass,, rreessiissttee llaa tteennttaacciióónn ddee rreennddiirrttee.. David Weinbaum EEll ddeessccuubbrriimmiieennttoo mmááss ggrraannddee ddee mmii ggeenneerraacciióónn,, eess qquuee llooss sseerreess hhuummaannooss ppuueeddeenn ccaammbbiiaarr ssuuss vviiddaass,, mmooddiiffiiccaannddoo ssuuss aaccttiittuuddeess mmeennttaalleess.. W. James


Ing. Roberto Javier Pérez Cárdenas v

LLaa ccaappaacciiddaadd ddee ccoonncceennttrraarrssee eenn llaass ccoossaass iimmppoorrttaanntteess eess uunnaa ddee llaass ccaarraacctteerrííssttiiccaass ddeetteerrmmiinnaanntteess ddee llaa iinntteelliiggeenncciiaa.. Robert Seller LLaa aammbbiicciióónn eess eell ccaammiinnoo aall ééxxiittoo;; llaa tteennaacciiddaadd,, eell vveehhííccuulloo eenn qquuee ssee lllleeggaa.. Bill Eardley TTooddoo lloo qquuee llaa mmeennttee ppuueeddee ccoonncceebbiirr eessttáá aa nnuueessttrroo aallccaannccee.. LLaa iimmaaggiinnaacciióónn ffiijjaa eell llíímmiittee.. Arnold Schwarzenegger EEll ééxxiittoo nnoo eess ppaarraa llooss qquuee ppiieennssaann qquuee ppuueeddeenn hhaacceerr aallggoo ssiinnoo ppaarraa qquuiieenneess lloo hhaacceenn.. Anónimo

Roberto Javier Pérez Cárdenas


Ing. Roberto Javier Pérez Cárdenas 1

I. Introducción.

Sobre el origen de la palabra Química. ♦ Del griego χυµικη (chymiké), de χυµικóζ (chymikos), químico. ♦ La palabra “química” apareció por primera vez en un documento del emperador romano

Doclesiano en el año 296 d.C., en el que se ordenaba destruir los libros egipcios relacionados con la chemeia, el arte de imitar el oro y la plata.

♦ Numerosas hipótesis tratan de explicar el origen de la palabra "química". Las más generalizadas la consideran derivada de la voz egipcia Khem, negro, o bien de la griega Cheo, echo o vierto. La primera interpretación tiene en cuenta que esta ciencia se inició en Egipto, país denominado Khem por su suelo oscuro. La segunda alude a las operaciones metalúrgicas de los químicos primitivos.

♦ Proviene de “Quemia” que significa “el antiguo nombre de Egipto” y luego se le agregó el término Al (por parte de los árabes) y se transformó el “Alquemia” que significa “el arte de los egipcios”. Finalmente se transformó en Alquimia por razones de fonética al pasar a España.

♦ Cuando más tarde se adicionó el artículo arábigo al se formó la palabra alquimia, término que se mantuvo hasta el final del siglo XV cuando la química empezó a considerarse una verdadera ciencia.

Definición de Química y objeto de su estudio. ♦ Se define como la ciencia que estudia la composición y las propiedades de la materia, así

como los cambios que experimenta y la energía asociada a estos. ♦ Ciencia que estudia las transformaciones conjuntas de la materia y de la energía. ♦ Estudia la naturaleza de la materia y los cambios en la composición de la misma. ♦ Ciencia natural que estudia las modificaciones de las propiedades específicas de la materia

por acción de alguna forma de energía (calor, luz, electricidad, etc.) o de otra clase de materia. Cuando tienen lugar estos cambios se dice que una sustancia se ha transformado en otra y tales transformaciones pueden interpretarse siempre como variaciones de la composición o de la estructura de las moléculas que integran dichas sustancias.

♦ La química es el estudio e la preparación, propiedades, estructura y reacciones de los elementos y sus compuestos, así como de los sistemas que forman.

♦ Por eso se define a la química como la ciencia de las sustancias y tiene por objeto el estudio de sus estructuras, sus propiedades y las reacciones que las transforman en otras (Linus Carl Pauling, 1949).

♦ Se le asigna el estudio de los fenómenos que son el resultado de la acción recíproca de las sustancias, lo que da lugar a profundas transformaciones en la naturaleza.

♦ La Química atiende, preferentemente, a aquellas propiedades de la materia susceptibles de experimentar modificaciones y transformaciones profundas.



♦ La química estudia las propiedades de la materia. Esto implica la medición de sus características: lo que es propio de una sustancia y la diferencia de las otras.

♦ Se diferencia de la física en que mientras ésta estudia las propiedades de la materia sin profundizar en su constitución, la química se ocupa de las características de cada producto y de la manera de formarse.

♦ La química es una rama de la ciencia que trata de la naturaleza de la materia y de los cambios que sufren. La química, al igual que todas las ciencias, se sistematiza, en gran parte, mediante hipótesis, teorías y leyes.

♦ Es una ciencia: • Es un conocimiento exacto y razonado de ciertas cosas. • Es un conjunto de conocimientos fundados en el estudio. • Es un conjunto organizado y sistematizado de conocimientos.

♦ Todas las ciencias naturales son experimentales, es decir que están formadas como resultado de los experimentos. Un experimento es una secuencia controlada de observaciones.

♦ Es ciencia porque ésta es el proceso de investigación científica u el resultado de dicho proceso, y en la química es necesario investigar científicamente y llegar a conclusiones.

♦ Ciencia que estudia los cambios de la materia y la energía. De aquí se desprende que todo el Universo resulta objeto de estudio de la química.

“No está en la naturaleza de las cosas que el hombre realice un descubrimiento súbito e inesperado: la ciencia avanza paso a paso y cada hombre depende del trabajo de sus predecesores”. Sir Ernest Rutherford (1871 – 1937).

División de la Química. ♦ Química Inorgánica: se encarga del estudio de los elementos químicos y sus compuestos

excepto el carbono. ♦ Química Orgánica: estudia los compuestos del carbono. ♦ Química descriptiva: dedicada a describir las características y propiedades de los

diferentes elementos y compuestos. ♦ Química Analítica Cualitativa: establece los elementos que constituyen un compuesto. ♦ Química Analítica Cuantitativa: Se utiliza para la determinación de la cantidad o

proporciones en que los elementos figuran en un compuesto. ♦ Fisicoquímica: Estudia fundamentalmente la estructura de la materia, los cambios

energéticos, las leyes, los principios y teorías que explican las transformaciones de una forma de materia a otra.

♦ Bioquímica: Se dedica al estudio de las sustancias que forman parte de los organismos vivos.



♦ De acuerdo con el Profesor de Química Inorgánica, Sir Ronald S. Nyholm (+), de la Universidad de Londres, la Química Inorgánica puede definirse como el estudio de la formación, composición, estructura y reacciones de los elementos químicos y sus compuestos, exceptuando a la mayor parte de los compuestos del carbono.

♦ El siguiente cuadro esquematiza la división de la Química:

1) INORGÁNICA. a) Analítica.

• Análisis Cualitativo. • Análisis Cuantitativo.

b) Descriptiva. • Elementos.

Metales. No Metales.

• Compuestos. Por su número de elementos constitutivos: Binarios, Ternarios, Cuaternarios, Polinarios. Por sus propiedades.

c) Aplicada. • Termoquímica • Petroquímica. • Electroquímica. • Farmacoquímica. • Q. de suelos. • Q. nuclear. • Q. de alimentos. • Geoquímica. • Iatroquímica.

d) Físico – Química.

2) ORGÁNICA. a) Analítica. b) Descriptiva. c) Aplicada. d) Bioquímica.

Importancia de la Química en la vida diaria. ♦ La química interviene en todos los momentos de la vida diaria:

• La respiración es un proceso de combustión. • La combustión de los motores de los automóviles.



• La ropa está hecha de fibras sintéticas. • Todos los útiles de plástico que se conocen. • La nutrición de las plantas es un proceso químico. • Los limpiadores y desmanchadores, incluso los jabones. • Las grasas de zapatos son productos químicos. • Los refrescos utilizan productos químicos. • La elaboración de un caldo de pollo es un proceso químico. • Las tintas para escribir requieren de un proceso químico, al igual que los colorantes. • La elaboración de gasolina. • La extracción de metales que nos son útiles. • Las medicinas requieren de un proceso químico en la elaboración de una sustancia

activa o su aislamiento y separación. • El proceso de transformación del petróleo.

♦ A cualquier hora del día es normal que el hombre esté en contacto con algún producto que requiere para su elaboración de la intervención, directa o indirecta, de la química.

“Tengan en mente que las cosas maravillosas que se aprenden en las escuelas son el trabajo de muchas generaciones, producidas por el esfuerzo entusiasta y la labor infinita en todos los países del orbe. Todo esto se pone en sus manos como herencia para que la reciban, honren y aumenten y, un día, con toda su fe, la traspasen a su descendencia. Esta es la forma en que nosotros los mortales logramos la inmortalidad, en las cosas permanentes que creamos en común”. Albert Einstein.

Riesgos y Beneficios de la Química. ♦ Si bien los beneficios que aporta la química a la vida cotidiana y a seguir elevando la

calidad de vida de los habitantes del planeta resultan evidentes en cualquier momento de toda actividad humana, también existen algunos asuntos que por su complejidad o el nivel de afectación que implican, representan los desafíos para la química de nuestro tiempo. Entre otros asuntos se pueden citar: • El desarrollo de medicamentos o técnicas genéticas que puedan controlar el cáncer. • El desarrollo de una vacuna contra el sida. • El uso indiscriminado de herbicidas y plaguicidas. • Los análisis de ADN para determinar enfermedades genéticas, identificar padres

biológicos o algún criminal en la escena del crimen. • Los alimentos transgénicos. • El uso de materiales a base de asbesto en edificios públicos. • La presencia de plomo en distintas sustancias que están en contacto con personas. • La generación de sustancias contaminantes dentro de los procesos normales de la vida

doméstica.



• El calentamiento global del planeta y los gases de efecto invernadero. • El agujero en la capa de ozono. • El desarrollo de tecnologías limpias. • El desarrollo de procesos de tratamiento y depuración de aguas residuales que

garanticen la recuperación de los acuíferos. • Riesgos para la salud asociados al uso de café, margarina, grasas saturadas y otros

alimentos. • Riesgos para la salud por el tabaco. • El uso bélico de la energía nuclear y el mal uso dentro de los procesos de generación

de energía eléctrica. • El uso de sustancias químicas como armamento. • Las armas biológicas para exterminio masivo.

♦ Es necesario poder identificar estos y otros riesgos en grupos de trabajo interdisciplinarios, permitiendo la interacción de los profesionales de la química con los de otros campos, con el fin de alcanzar soluciones viables y pertinentes dentro del contexto cultural, social y económico.

♦ Así, se puede decir que la química se debate entre el bien y el mal, entre los beneficios y los perjuicios que va creando, pero siempre abriendo camino en la comprensión del universo.

Hechos relevantes en la Historia de la Química. ♦ La historia de la química está incluida en la historia de la civilización y como ella, sus

conocimientos se encuentran perdidos en las remotas tinieblas que cubrieron las primeras civilizaciones. Existió como un arte durante muchos siglos antes de que se fijaran sus principios y se elevaran a la categoría de ciencia.

♦ En la historia de la química debemos tener en cuenta dos aspectos: el aspecto práctico y el aspecto filosófico.

♦ ASPECTO FILOSÓFICO: ♦ Las primeras ideas de que la materia no era algo continuo se remontan a los griegos.

Entonces, la duda era si un pedazo de materia podría ser subdividido infinitamente en pedazos cada vez más pequeños (materia continua) o si llegaría un momento en que toparían con un pedazo indivisible de materia. La discusión fundamental fue: 1. La materia es de naturaleza continua y formada de pequeñas partículas, sin llegar a

obtener una partícula fundamental, ya que si la materia era capaz de subdividirse en pequeñísimos pedazos, era imposible una división más.

2. La materia es de naturaleza discontinua y formada de partículas pequeñísimas, fundamentales e indivisibles (átomos).

♦ Las verdaderas doctrinas cosmológicas aparecen durante el siglo V a.C., principalmente en Grecia. La primera escuela griega que aportó su colaboración en el desarrollo de la Química fueron los Jonistas encabezados por Tales de Mileto (580 a.C.) tomando como lema la cuestión “¿De qué y de qué modo está hecho el mundo?



♦ Tales observó que el alimento de las plantas y de los animales era la humedad. Por ello, para Tales, el agua es el principio de todas las cosas, mientras que para Anaximandro lo es el infinito

♦ Le sucedió Anaxímenes de Mileto (560 – 500 a.C.) quien sostuvo que la materia primaria o elemento del mundo era el aire, que se convertía en fuego por rarificación y en agua o en tierra por condensación.

♦ Heráclito (536 – 470 a.C.) menospreció esta tendencia y opinó que el elemento primario era el fuego etéreo, especie de sustancia animada de la que se hace todo y a la cual retorna todo.

♦ Anaxágoras de Klazomene, amigo de Pericles y expulsado de Atenas por impío, enunció un principio que permaneció olvidado durante 2300 años y que constituye uno de los fundamentos de la Química: “En la naturaleza nada se crea ni se destruye, sino que hay solamente mezcla o separación de las cosas existentes”.

♦ Anaxágoras, filósofo jónico, llevó a Atenas las ideas de que la materia es única, que los cuerpos celestes están constituidos por sustancias de la misma naturaleza que la terrestre y aseguró que el Sol no es el Dios Helios, sino una roca incandescente.

♦ Para Empédocles (490 – 430 a.C.) las cosas no nacen ni mueren, sino que se forman por las combinaciones de un inmenso número de corpúsculos inmutables, dotados de propiedades permanentes. En su hipótesis, limita a cuatro estos elementos o raíces: fuego, agua, aire y tierra, cuya interacción está influida por dos fuerzas contrarias: el odio y la amistad.

♦ Leucipo, expuso que la parte ponderal del universo estaba constituida por pequeñísimas partículas átomos, imperceptibles materiales de forma determinada, dotados de movimiento; su discípulo Demócrito admitió que de la forma de esas partículas dependen las demás sustancias y sus propiedades.

♦ El lugar más destacado entre los filósofos griegos que especularon sobre la composición de la materia, lo ocupa Demócrito (488 – 370 a.C.), discípulo de Leucipo y fundador de la escuela de Abdera, por su teoría atómica, una física corpuscular bien definida, que lo sitúa como precursor de las teorías modernas. Para Demócrito (420 a.C.), la masa material infinita está formada por innumerables corpúsculos, invisibles a causa de su pequeñez, indivisibles – de aquí el nombre de átomos, del griego α sin y τεµυω cortar, dividir, o sea sin división, a través del latín atomus –, llenos, eternos e invariables. Por primera vez se crea una Cosmología concreta, sin que se apoye en ideas abstractas, ya sean fuerzas cualitativas, como frío o calor, ya causas motrices, como amistad u odio. No es un artificio ideal para sostener una cosmogonía como los de la escuela jónica; en él, la realidad pertenece al átomo y las demás propiedades se producen por acción sobre los sentidos. “Decimos dulce, decimos caliente y frío; pero, verdaderamente no hay sino átomos y vacío”. La física mecanicista de Demócrito llega hasta el extremo de considerar a los dioses como combinaciones de átomos, aunque pasajeras y sometidas a la necesidad universal.

♦ Para Demócrito, había tantos átomos como sustancias diferentes. Cada átomo tenía un peso distinto, y por ello cada material poseía una densidad característica, El concepto átomo le permitió interpretar la evaporación, la difusión, el crecimiento de los cristales y muchos otros fenómenos cotidianos.



♦ Desgraciadamente, dos grandes filósofos griegos, Aristóteles y Platón, negaron las ideas atomísticas de Demócrito, lo que condujo al olvido este modelo de la estructura de la materia.

♦ Las doctrinas de Leucipo fueron rápidamente olvidadas y prevaleció la de los elementos de Empédocles, perfeccionada por Aristóteles (384 – 322 a. C.), quien suponía que los cuatro elementos, o mejor, las cuatro raíces, estaban influidos por cuatro propiedades fundamentales: caliente, frío, seco y húmedo, formándose la materia, en sus infinitas formas, de las combinaciones de unas y otras. A pesar de constituir esta doctrina un retroceso con respecto a la ideada por Demócrito, se mantuvo como cierta durante 1800 años, gracias a la enorme autoridad de Aristóteles, que ha perdurado hasta hoy.

Fig.1 - Formación de los cuatro elementos con sus signos representativos.

♦ La figura representa la "Teoría de la existencia de un principio permanente origen de

todo", más conocida como la "Teoría de los 4 elementos". Esta teoría fue formulada por 4 de los más famosos filósofos de la Antigua Grecia: Tales, Anaxímenes, Heráclito, y más tarde Empédocles. Cada uno de estos filósofos agregó un elemento el cual ellos pensaban, era el principio de todo. Dichos 4 elementos aparecen simbolizados en la teoría: Agua, Aire, Fuego y Tierra.

♦ Años más tarde esta teoría es aprobada por otro de los grandes filósofos de la Cultura Clásica: Aristóteles.

♦ Los cuatro elementos definidos por Aristóteles, eran más bien estados de la materia. ♦ Aristóteles se pregunta: ¿de qué materia están hechas todas las cosas?, ya que las

opiniones expresadas con anterioridad pretendían explicar fenómenos meteorológicos sin relación con la pregunta aristotélica.

♦ Aristóteles desarrolló la idea de que todas las sustancias estaban formadas por una materia primitiva a la que llamaba “Hylé”, que al tomar diversas formas originaba los 4 elementos mencionados; estas ideas aristotélicas persistieron hasta mediados del siglo XVIII.

♦ En Roma, Lucretius (96 – 11 a. C.).admitió la concepción atomista en su obra “De rerum natura” (Acerca de la naturaleza de las cosas), que fue publicada póstumamente por Cicerón.



♦ Esta idea fue revivida por Galileo, quien experimentó la idea de la naturaleza atómica de la materia con cuerpos en movimiento.

♦ En nuestra era, la concepción atomística apareció esporádicamente en varios trabajos científicos. La encontramos en Bacon, Galileo, Newton y Boyle.

♦ El filósofo inglés Francis Bacon (1521 – 1626) propuso un método de investigación científica, basado en observaciones y en una colección de experimentos. Esto permitió tener fundamentos para formar la moderna ciencia de la Química.

♦ Una revisión efectuada en 1660 por el físico Gassendi fue convirtiendo en teoría la idea de que la materia era de naturaleza discontinua, y así se fue describiendo a la materia como compuesta de partículas pequeñas, duras, indivisibles y esféricas llamadas átomos. Pero no dejó de pensarse que la materia era de naturaleza continua.

♦ La sensibilidad intelectual mejoró gracias a la influencia del Renacimiento. El método experimental preconizado por Francis Bacon (1561 – 1628), Galileo (1564 – 1641) y Gassendi (1592 – 1655), se fue imponiendo contra el escolasticismo y las teorías aristotélicas.

♦ Robert Boyle (1627 – 1691) escribió “The Sceptical Chymist” en 1661, en el que decía: “La materia que constituye el Universo está, en realidad, dividida en pequeñas partículas de tamaños y formas diferentes”. Tampoco aceptó la teoría de los cuatro elementos, ya que solo consideró elementos aquellas sustancias que no se podían descomponer en dos o más sustancias (más simples) y la experimentación le mostró que había muchas más de tres o cuatro.

♦ Hacia 1803, el químico inglés John Dalton (1766 – 1844) pudo demostrar las ideas de los pensadores primitivos y fue el iniciador de la teoría atómica moderna. Dalton sugirió que muchos hechos se podían explicar presumiendo que toda la materia está compuesta de átomos y que no existen partículas más pequeñas, que todos los elementos están formados de estas partículas, que el átomo es la unidad fundamental y que los átomos son indivisibles.

♦ John Dalton fue un maestro de escuela inglés que desarrolló la primera teoría moderna de los átomos, considerándolos como las partículas más pequeñas de los elementos, y de las moléculas como las partículas más pequeñas de los compuestos.

♦ Para explicar las propiedades de los elementos, Dalton dedujo que un elemento contiene una sola clase de átomos y que un átomo es una partícula de materia simple e indestructible. Los elementos no pueden descomponerse en sustancias más simples debido a que sus átomos no pueden descomponerse.

♦ Dalton explicó la composición constante de los compuestos por medio de la teoría de que los átomos de los elementos están unidos para formar partículas más complejas llamadas moléculas, que son las unidades más simples de los compuestos. De acuerdo con esta idea, la combinación más favorable para dos elementos era probablemente 1:1. Debido a que todas las moléculas serían idénticas, el compuesto tendría una composición constante, teniendo un mayor porcentaje en peso el elemento que tuviera los átomos más pesados.

♦ La ley de la conservación de la masa podía explicarse también con relativa facilidad. La teoría indicaba que en cualquier reacción química, los átomos podían cambiar sus compañeros de composición, o las moléculas podían descomponerse en átomos, pero el número total de átomos sería el mismo para los productos que para los reactivos. Si los átomos eran realmente indestructibles, la reacción química no podía implicar ni ganancia ni pérdida de masa.



♦ La ley de las proporciones múltiples puede explicarse fácilmente si se supone que dos tipos de átomos se combinan en proporción de 1:1 bajo ciertas condiciones y en proporción 1:2, 1:3 ó 2:3 bajo otras.

♦ Hay que hacer hincapié en que la teoría de Dalton fue inicialmente teórica. Debido a la gran imaginación de Dalton, las leyes establecidas se podían probar experimentalmente y aún desarrollar otras desconocidas. Se siguió el MÉTODO DEDUCTIVO.

♦ La teoría atómica de Dalton puede resumirse en los siguientes puntos: POSTULADOS DE LA TEORÍA ATÓMICA DE DALTON. 1. Todos los elementos están formados por partículas extremadamente pequeñas,

indivisibles e indestructibles, llamadas ÁTOMOS. Los átomos no pierden su identidad al efectuarse un cambio químico. (Toda la materia está formada de partículas minúsculas e indestructibles llamadas átomos).

2. Los átomos de un elemento determinado tienen siempre la misma masa y tienen siempre las mismas propiedades. (Todos los átomos de un mismo elemento son iguales).

3. Los compuestos se forman por combinación de átomos de diferentes elementos. (Aunque los átomos se combinan y las moléculas se descomponen, ninguna reacción puede variar los átomos en sí mismos).

4. Átomos de dos o más elementos se pueden combinar en más de una proporción, para formar diferentes compuestos. (Cuando los átomos forman moléculas, se unen en proporciones de números enteros simples tales como 1:1, 1:2, 1:3, 2:3).

♦ Aunque algunas de estas suposiciones han resultado incorrectas en los experimentos posteriores, la teoría de Dalton fue el principio que sirvió de guía en un siglo pleno de brillantes descubrimientos.

♦ La teoría de Dalton da una explicación satisfactoria a tres leyes que todavía son perfectamente reconocidas: la “Ley de la Conservación de la Masa”, la “Ley de las Proporciones Constantes” y la “Ley de las Proporciones Múltiples”.

Ley de la Conservación de la Masa: En toda reacción química, la masa total permanece constante antes y después de la reacción. (La materia no se crea ni se destruye, sólo se transforma). Ley de las Proporciones Constantes: Un mismo compuesto contiene siempre los mismos elementos en una proporción fija en peso. (Ley de Proust). Ley de las Proporciones Múltiples: Si dos o más elementos se combinan para formar diferentes compuestos, los pesos de uno de ellos que se unen a un peso fijo del otro, se hallan en relaciones sencillas uno con respecto a otro, en simples proporciones múltiples.

♦ Dalton y sus contemporáneos no pudieron determinar el peso de un solo átomo, pues ni siquiera estaban seguros de la existencia de esta partícula. Sin embargo, al suponer que los átomos tenían pesos definidos, pudieron asignar pesos atómicos relativos que concordaban con las composiciones de los compuestos considerados.

♦ Uno de los conceptos más importantes que resultaron de la teoría atómica de Dalton es el de masa atómica. Hay que insistir en que el concepto fundamental es la masa atómica y no el peso atómico, como se llamaba en aquella época; pero como en general se opera con valores relativos, el valor numérico es el mismo para ambas magnitudes.

♦ La masa atómica es la masa de un átomo comparada con otro. Dada la pequeñez que tienen los átomos, es difícil medir sus masas absolutas. Lo que hizo Dalton fue comparar



masas: encontró la masa relativa de un elemento y lo comparó con otro y encontró también la relación en que estos átomos se combinan para formar un compuesto.

♦ Actualmente, se puede definir la masa atómica de un elemento como la masa de ese elemento comparada con la masa de un átomo del isótopo del carbono con un valor de 12.01115.

♦ Dalton, en su obra “Nuevo Sistema de Filosofía Química”, se encargó de darle cuerpo y razón a la teoría atómica, basándose en una buena cantidad de información recopilada:

- las leyes de los gases. - la ley de las presiones parciales. - la ley de la conservación de la materia. - los avances alcanzados en el análisis químico. - la ley de las composiciones constantes. - la ley de las proporciones múltiples.

♦ La teoría atómica formulada por Dalton afirmó que el átomo es una partícula fundamental y no una combinación de diversas partículas. Sin que existiera ninguna hipótesis acerca de la estructura de la materia, esta teoría no se impuso a causa de la teoría de los equivalentes de Wollaston. La base común de ambas teorías fue que explicaban las relaciones regulares y constantes de proporcionalidad entre las cantidades de materia de las sustancias que se combinaban en una reacción química.

♦ ASPECTO PRÁCTICO: ♦ En lo que a este se refiere tenemos algunas organizaciones sociales antiguas que a través

de sus costumbres y tradiciones nos han legado pequeños paréntesis de su civilización, tal es el caso de la India, la China, la Caldea, la asirio – babilónica y la egipcia.

♦ En estas organizaciones sociales, la agricultura y su hermana la industria tuvieron un amplio campo de aplicación.

♦ En la dinastía Ju (2000 años a.C.) la elaboración de la seda se conocía en China, industria que se introdujo posteriormente en el Japón, de donde se extendió lentamente por el Asia y a principios de la presente era fue desarrollada en Europa. También la industria del papel, de la pólvora, de la porcelana, la de las pinturas sobre telas, bronces y maderas, tuvieron su origen en la antigua civilización China.

♦ Después de los chinos, el lugar corresponde en antigüedad a la civilización egipcia (4000 años a.C.). Los egipcios practicaban el trabajo de los metales, de la tintura, de la fabricación del vidrio, del jabón, la aplicación de colorantes, el embalsamamiento de los cadáveres.

♦ En Egipto los laboratorios existían en los anexos de los templos, por lo que consideraban a la química como un arte sagrado, era solamente accesible a un grupo de elegidos, lo que practicaban secretamente y en forma de ritos religiosos.

♦ Los metales usados en la época antigua en la manufactura de objetos fueron el oro, la plata, el hierro, el cobre, el estaño, el plomo y el mercurio; junto a estos se encuentra el azufre, sustancia conocida como no metal.

♦ El campo de la química era complementado con sustancias casi todas naturales, como la sal de cocina, la caliza, el sulfato de cobre y la cal.

♦ En el año 640 d.C. surge la Alquimia al invadir los Árabes a Egipto, para después continuar hacia España. El principal objetivo de quienes las practicaban era legar a descubrir la “piedra filosofal”, para lograr la transmutación de los metales viles en oro y el



de obtener el “elíxir de la vida”, que debería volver al cuerpo la salud o la juventud perdidas.

♦ El alquimista árabe más destacado que vivió hacia el año 800 de nuestra era fue Jabir Ibn Hayyan, más conocido como Geber, autor de varios escritos en los que consta que conocía sustancias tales como el ácido nítrico y el agua regia y operaciones químicas como la cristalización, la calcinación, la disolución y la sublimación.

♦ En la segunda mitad del siglo XV el monje alemán Basilio Valentín descubrió el antimonio y algunos de sus compuestos tratando de determinar propiedades medicinales.

♦ Entre los continuadores para descubrir las propiedades medicinales de las sustancias se destaca Paracelso (1493 – 1541), médico y alquimista suizo que supo armonizar las dos ramas de su profesión. Tuvo la idea de poner la alquimia al servicio de la medicina.

♦ Paracelso (Philippus Aureolus Theophrastus Bombastus Von Hohenheimn, 1493 – 1541) introdujo la doctrina de “tría prima”, que incluía a la sal, el azufre y mercurio donde la sal actuaba como enlace entre los extremos, azufre y mercurio.

♦ En el Siglo XVI los Alquimistas afirmaban que el fuego era el resultado de algo indefinido llamado “azufre” que contenían las sustancias combustibles.

♦ Uno de los verdaderos químicos que inaugura esta época es el belga J. B. van Helmont (1577 – 1644), que puede considerarse como el precursor del método experimental químico.

♦ A principios del siglo XVII una nueva era se iniciaba para la química con el estudio del dióxido de carbono o gas carbónico hecho por Van Helmont quien lo llamó “gas silvestre” o “gas de la madera”, pues se desprendía de la combustión de sustancias con carbono.

♦ Robert Boyle consideró como elementos a las partes materiales que constituyen a las sustancias compuestas, pero que no son capaces de descomponerse posteriormente.

♦ Becher (1635 – 1682) pasó de “tría prima” a tres tierras: tierra vitriscibilis, tierra pinguis y tierra mercuriales. Consideró que mezcladas con el agua eran los constituyentes de la materia. Según Stahl, la tierra pinguis era el principio inflamable de la teoría del flogisto.

♦ En el Siglo XVII, los alemanes Joachim Becher y el doctor Georg Ernst Stahl, propusieron la Teoría del Flogisto, afirmando que todas las sustancias contenían flogisto o “materia de fuego”. Dijo que cuando una sustancia ardía, se desprendía de ella, en forma de flama, un fluido llamado flogisto; la ceniza producida cuando una sustancia se quemaba era la sustancia menos su flogisto (sustancia desflogistizada). De acuerdo a esta teoría, las sustancias que arden rápidamente dejando muy poca ceniza, contienen una gran cantidad de flogisto y viceversa. Por medio de esta teoría Stahl explica las transformaciones de todos los cuerpos combustibles por el fuego, como un mismo fenómeno, debido a que todos ellos poseen una parte constitutiva común a la cual llamó “flogisto

♦ La Teoría del Flogisto pretendió ser una explicación de la Combustión, como lo ilustran las ecuaciones siguientes:

Zinc Cenizas de Zinc + Flogisto

Ceniza de Zinc + Carbón Zinc (Que es Correcto) Al Carbón se le consideraba una sustancia rica en flogisto, pues dejaba muy pocas cenizas. Si el Pb pulverizado se funde y quema se obtiene un polvo amarillo, denominado ceniza de plomo, que al ser calentada con carbón permitía obtener nuevamente plomo.



♦ En 1774, el inglés Joseph Priestley experimentaba calentando un polvo rojo formado al calentar mercurio en un crisol y recogió el gas desprendido y lo llamó aire desflogistizado.

♦ El periodo de la química moderna se inicia con el francés Antoine Laurent Lavoisier (1743 – 1794), el cual llegó a la conclusión de la materia es indestructible y de que la teoría del flogisto era completamente errónea.

♦ En 1789, Lavoisier en su “Tratado elemental de química”, presentó una lista de 33 elementos. Incluyó también los radicales muriático (HCl), fluórico (HF) y borácico (H3BO3) y ciertos óxidos como magnesio, sílice o alúmina, además del calórico (calor) y la luz.

♦ Lavoisier encontró que el azufre y el fósforo aumentan de peso cuando se queman al aire y que no hay modificación del peso cuando las reacciones químicas u otros procesos como la destilación, se realizan en recipientes sellados. Con sus experimentos demostró que en el proceso de combustión no hay tal pérdida de flogisto ni pérdida de nada y apoyaron el principio de que no hay cambio neto de peso durante una reacción química, concluyendo con el enunciado de la Ley de la Conservación de la Masa.

♦ A principios del Siglo XIX, Joseph Louis Proust (1754 – 1826) y Claude Louis Berthollet (1748 – 1822) sostuvieron una discusión que duró 8 años sobre la composición de los compuestos.

♦ Berthollet sostenía que la proporción (en peso) de cada elemento en un compuesto es variable (no sabía aún que dos elementos pueden formar más de un compuesto); analizó mezclas variables de SnO y afirmó que el porcentaje de Sn podía variar entre el 79% (del SnO2) y el 88% (del SnO).

♦ El trabajo analítico de Proust llevó a la Ley de la Composición Definida: “Las proporciones de los elementos en un compuesto son fijas”.

♦ En el siglo XIX, los contemporáneos de Dalton y Avogadro, Davy, Gay-Lussac y Berzelius, descubrieron y aislaron diversos elementos.

♦ En 1808, Gay Lussac encontró que cuando los gases reaccionan a la misma Temperatura y Presión, existe una relación numérica simple entre los volúmenes de los reactivos y los productos (Ley de los Volúmenes en Combinación).

♦ En 1812, J.J. Berzelius descubre la Ley de las Proporciones Múltiples predicha por Dalton en 1808.

♦ En 1811, Avogadro desarrolló el concepto de molécula y llegó a proponer el principio que lleva su nombre: a la misma Presión y Temperatura, volúmenes iguales de gases contienen el mismo número de partículas.

♦ En 1815, Proust declaró que los pesos atómicos de todos los elementos eran múltiplos exactos del peso atómico del hidrógeno.

♦ En 1817, J. Döbereiner propuso las triadas para clasificar los elementos. ♦ En 1828, el químico alemán Frederick Wohler llevó a cabo la síntesis de la urea, hecho

que desvió la atención de los químicos hacia el campo de la química del carbono. ♦ De 1839 a 1843, se descubrieron los primeros lantánidos (lantano, erbio y terbio). El

rutenio, el último platinoide, fue descubierto en 1844. ♦ A partir de 1859, el espectroscopio Kirchoff y Bunsen tuvo una función importante en el

descubrimiento de nuevos lantánidos y de los gases raros atmosféricos. ♦ Entre 1864 y 1866, J. Newlands propuso su ley de las octavas para clasificar los

elementos.



♦ En 1869, de manera independiente, Lothar Meyer y Dimitri Mendeleev propusieron la base de la clasificación periódica actual. Meyer lo hizo considerando las propiedades físicas de los elementos y Mendeleiev, las propiedades químicas. Meyer propuso su clasificación de los elementos a partir de determinar los volúmenes atómicos de los elementos.

♦ La radiactividad, descubierta en 1869 por Becquerel, condujo a los primeros elementos radiactivos naturales (polonio y radio).

♦ En 1897, J.J. Thomson (Premio Nobel 1906) determinó la naturaleza de los rayos catódicos y demostró que se trataba de especies discretas llamadas electrones.

♦ En 1900, Max Planck (Premio Nobel 1918) estableció que la energía se emite en porciones discretas o “cuantos”.

♦ En 1903, Albert Einstein (Premio Nobel 1912) explicó el Efecto Fotoeléctrico. ♦ En 1911, R.A. Millikan (Premio Nobel 1923) pudo determinar con cierto grado de

exactitud la carga de un electrón. ♦ En 1911, E. Rutherford propone en modelo atómico con un núcleo macizo y con carga

positiva, a partir de los trabajos de H. Geiger y Marsden. ♦ En 1913, Moseley introduce el concepto de carga nuclear efectiva y de número atómico. ♦ En 1913, N. Bohr (Premio Nobel 1922) propuso un modelo atómico que explicaba las

líneas de los espectros de emisión de los átomos. Este modelo es de un átomo similar al sistema solar, con los electrones distribuidos en niveles energéticos estables y con la energía “cuantizada”.

♦ En 1924, L. De Broglie (Premio Nobel 1929) propuso que el electrón y, en realidad, toda la materia, puede tener propiedades similares a las de las ondas así como de partículas.

♦ En 1927, Davisson y Gerner (Premios Nobel 1937) probaron experimentalmente que los electrones pueden comportarse como ondas.

♦ En 1927, Werner Heisenberg (Premio Nobel 1932) propuso el Principio de Incertidumbre, al afirmar que no es posible conocer simultáneamente la velocidad y la posición de un electrón.

♦ El tecnecio, primer elemento artificial, fue descubierto en 1937, y el neptunio, primer elemento transuránico, en 1940.

II. Clasificación y Propiedades de la Materia.

Materia y Estados Físicos de la Materia. ♦ Todo el Universo está formado por materia y energía. ♦ Entendemos por materia todo lo que ocupa un lugar en el espacio y tiene masa. ♦ A simple vista parece que la materia es continua e ininterrumpida. Sin embargo, en

realidad es discontinua y está formada por partículas discretas y diminutas llamadas átomos.



♦ La materia existe en tres estados físicos: sólido, líquido y gaseoso.

Propiedades características de los gases, líquidos y sólidos. Volumen / Forma Densidad Compresibilidad Partículas / Movimiento

de las moléculas

Sólido Tiene un volumen y forma definidos. Alta Virtualmente

incompresible

Rígidamente unidas; muy empacadas. Vibración alrededor de posiciones fijas.

Líquido Tiene un volumen definido pero adopta la forma del recipiente que lo contiene.

Alta Sólo ligeramente compresible

Móviles; unidas. Se deslizan entre sí libremente.

Gas Adopta el volumen y la forma del recipiente que lo contiene.

Baja Muy compresible

Independientes y relativamente lejanas entre sí. Movimiento muy libre.

La diferencia principal entre los estados condensados (sólido y líquido) y el estado gaseoso

es la distancia entre las moléculas. - En los líquidos las moléculas están tan juntas que hay poco espacio vacío, por eso

son difíciles de comprimir y son más densos que los gases (en condiciones normales).

- Muchos de los sólidos se caracterizan por tener un orden de largo alcance, es decir que sus moléculas están distribuidas en una configuración regular tridimensional.

Con excepción del agua, la densidad de la forma sólida es mayor que la de la forma líquida para una sustancia dada.

Los sólidos pueden ser cristalinos y amorfos. - Son cristalinos cuando poseen un ordenamiento estricto y de gran alcance, es decir

que sus átomos, moléculas o iones ocupan posiciones específicas. Ejemplo: el hielo. - Son amorfos cuando carecen de un ordenamiento bien definido y de un orden

molecular de largo alcance. Ejemplo: el vidrio. Dos propiedades importantes de los líquidos son:

- Tensión Superficial: es la cantidad de energía necesaria para estirar o aumentar la superficie de un líquido por unidad de área (depende las fuerzas intermoleculares).

La propiedad denominada Capilaridad, capacidad para subir por un tubo delgado, ocurre por cohesión y adhesión de las moléculas a las paredes del tubo.

- Viscosidad: es una medida de la resistencia de los líquidos a fluir. ♦ En física y química, el Plasma (o gas ionizado) es un gas parcialmente ionizado compuesto

principalmente de electrones, iones (cationes) libres y partículas neutras en el que los electrones de los orbitales externos se han separado del átomo.

♦ Este estado de agregación, a veces denominado cuarto estado de la materia, fue identificado por primera vez por Sir William Crookes en 1879, y fue denominado "plasma" por Irving Langmuir.



♦ En condiciones normales, cualquier átomo que pierde un electrón lo recupera pronto atrapando otro. Pero a temperaturas muy altas, los átomos se mueven muy rápidamente y las colisiones entre ellos son lo suficientemente violentas como para liberar sus electrones. En la atmósfera solar, una gran parte de los átomos están permanentemente “ionizados” por estas colisiones y el gas se comporta como un plasma.

♦ A diferencia de los gases fríos (como el aire a la temperatura ambiente), los plasmas conducen la electricidad y se ven fuertemente influidos por los campos magnéticos. El Sol está formado por plasma. También lo está la ionosfera, que comienza a unos 70-80 km por encima de la superficie terrestre y resulta muy importante en la naturaleza. Existe también el plasma interplanetario, el viento solar, responsable de la aurora polar, los cinturones de en radiación y las tormentas magnéticas.

♦ Otro estado de la materia es el condensado de Bose-Einstein (CBE), predicho en 1924 por

Santyendra Nath Bose y Albert Einstein, y obtenido en 1995. Este estado es llamado el quinto estado de la materia.

♦ En este estado todos los átomos se unen fuertemente perdiendo su identidad y forman una sola onda cuántica de partículas. Este estado es todo lo contrario al plasma, porque sus partículas en vez de separarse se condensan. Esto ocurre a bajísimas temperaturas.

Propiedades de la Materia. ♦ Las sustancias se caracterizan por sus propiedades y por su composición. ♦ Cada sustancia tiene un conjunto de propiedades característico de ella y que le da su

identidad exclusiva. ♦ Las propiedades de la materia pueden clasificarse en generales y específicas o particulares:

• Son propiedades generales las que están presentes en toda la materia por el solo hecho de ser materia.

• Son propiedades específicas o particulares las q8ue corresponden a las características particulares de un cuerpo.

♦ Estas características de las sustancias pueden ser físicas o químicas. • Las propiedades físicas son las características inherentes de una sustancia que se

pueden determinar sin alterar la composición y están determinadas por su existencia física.

• Una propiedad física se puede determinar sin que cambie la composición o identidad de la sustancia.

• Las propiedades químicas describen la capacidad que tiene una sustancia de formar otras sustancias, sea por medio de reacción con otras sustancias o por descomposición.

• Para observar una propiedad química se debe efectuar una modificación de la composición de la sustancia.

♦ Todas las propiedades medibles de la materia pertenecen a una de dos categorías adicionales: propiedades extensivas y propiedades intensivas. • El valor medido de una propiedad extensiva depende de la cantidad de materia

considerada.



• El valor medido de una propiedad intensiva no depende de cuánta materia se considere. ♦ Algunos ejemplos de propiedades intensivas son la temperatura, la velocidad, el volumen

específico (volumen ocupado por la unidad de masa, el punto de ebullición, el punto de fusión, entre otras.

♦ Si se tiene un litro de agua, su punto de ebullición es 100 °C (a 1 atmósfera de presión). Si se agrega otro litro de agua, el nuevo sistema, formado por dos litros de agua, tiene el mismo punto de ebullición que el sistema original. Esto ilustra la no aditividad de las propiedades intensivas.

♦ Algunos ejemplos de propiedades extensivas son la masa, el volumen, el peso, cantidad de sustancia, resistencia eléctrica, entre otras.

No hay dos sustancias que tengan propiedades físicas y químicas idénticas.

Cambio Físico y Cambio Químico. ♦ La materia puede sufrir dos tipos de cambios o transformaciones: los cambios físicos y los

cambios químicos. • Los cambios físicos son cambios de propiedades físicas, como tamaño, forma y

densidad, o cambios de estado, sin sufrir ningún cambio en su composición. • En un cambio físico no se modifica la estructura interna de la materia. • En un cambio químico se forman sustancias nuevas que tiene propiedades y

composición distinta del material original. No es necesario que las sustancias nuevas se asemejen al material original.

• En un cambio químicos sí se modifica la estructura interna de la materia. • Los cambios químicos se expresan mediante ecuaciones químicas.

Ejemplos de procesos donde intervienen cambios físicos o químicos Proceso Tipo de Fenómeno Observaciones

Oxidación del hierro Químico El metal brillante y lustroso se transforma en óxido café rojizo.

Ebullición del agua Físico El líquido se transforma en vapor.

Ignición del azufre en aire Químico El azufre, sólido y amarillo, se transforma en dióxido de azufre, gas sofocante.

Pasar un huevo por agua hirviendo Químico La yema y la clara líquidas se transforman

en sólidas.

Combustión de la gasolina Químico La gasolina líquida se quema y produce monóxido de carbono, dióxido de carbono y agua, todos en estado gaseoso.

Digestión de los alimentos Químico Los alimentos se transforman en nutrientes líquidos y, parcialmente, en desechos sólidos.



Aserrado de la madera Físico Se producen trozos más pequeños de madera y aserrín, a partir de una pieza de mayor tamaño.

Quemado de la madera Químico La madera arde y transforma en cenizas, dióxido de carbono gaseoso y agua.

Calentamiento del vidrio Físico El vidrio sólido se transforma en pasta deformable por el calentamiento, y así se puede cambiar la forma del vidrio.

♦ La tabla muestra una comparación entre propiedades físicas y químicas y cambios físicos y

químicos:

Física Química

Propiedad

Describe las propiedades que no provocan un cambio en otra sustancia.

Describe los tipos de reacciones químicas que sufre la sustancia.

Cambio

Cambios en las dimensiones o en el estado físico.

Cambios en otras sustancias

Sustancias Puras e Impuras. ♦ La palabra materia se refiere a todos los materiales, o cosas materiales, que forman el

universo. Existen miles de tipos distintos de materiales o sustancias. Una sustancia es un tipo especial de materia, con composición definida y fija. A veces a la sustancia se le llama sustancia pura, y es un elemento o un compuesto. Algunos ejemplos comunes de elementos son el cobre, el oro y el oxígeno. Entre los compuestos más conocidos tenemos la sal, el azúcar y el agua.

♦ Al eliminar una muestra de materia, podemos clasificarla como homogénea y heterogénea. La materia homogénea tiene aspecto uniforme y tiene las mismas propiedades en toda ella. La materia formada por dos o más fases físicamente distintas es heterogénea. Una fase es una parte homogénea de un sistema, separada de otras partes mediante fronteras físicas. Un sistema es, simplemente, el conjunto de la materia que se considera. Siempre que tengamos un sistema en el que existan fronteras visibles entre sus partes o componentes, ese sistema tendrá más de una fase y será heterogéneo.

♦ Una sustancia puede existir en forma de distintas fases en un sistema heterogéneo. Por ejemplo, el hielo que flota en el agua es un sistema de dos fases, formado por agua sólida y agua líquida. El agua de cada fase tiene la misma composición, pero como en el sistema están presentes las dos fases, el sistema es heterogéneo.



♦ Una mezcla es un material que contiene dos o más sustancias y puede ser homogénea o heterogénea. Las mezclas tienen composición variable. Si agregamos una cucharada de azúcar a un vaso con agua de inmediato se forma una mezcla heterogénea. Las dos fases presentes son un sólido (el azúcar) y un líquido (el agua). Pero al agitar esa mezcla, el azúcar se disuelve formándose una mezcla homogénea: una solución. Las dos sustancias continúan presentes: todas las partes de la solución son dulces y líquidas. Podemos variar las proporciones de azúcar y agua tan solo con agregar más azúcar y agitar para que se disuelva.

♦ Hay muchas sustancias que no forman mezclas homogéneas. Si mezclamos azúcar y arena blanca fina formamos una mezcla heterogénea, porque las dos fases, azúcar y arena, son sólidos blancos. Por lo general, la materia se encuentra casi siempre en forma de mezcla. Si analizamos al suelo, al granito, a un mineral o a cualquier depósito de minerales formado de manera natural, veremos que se trata de mezclas heterogéneas. El aire es una mezcla (o solución) homogénea de varios gases.

♦ El cuadro siguiente muestra las relaciones entre las sustancias y las mezclas.







• La materia se define como todo lo que tiene una masa y ocupa un espacio. • Una sustancia es una clase particular de materia. • Las propiedades describen las características particulares de una sustancia. • Las propiedades físicas pueden observarse sin que haya un cambio de la sustancia en otra. • Una propiedad química está relacionada con la capacidad o tendencia a convertirse en

otras sustancias mediante una reacción química. • Un cambio físico en una sustancia no involucra un cambio en la composición de la

sustancia sino que es simplemente un cambio en el estado o en las dimensiones físicas. • Cuando ocurre un cambio químico en una sustancia, la reacción produce otras sustancias

únicas. • Las sustancias puras tienen composiciones definidas con propiedades definidas e

inalterables. • Los elementos no pueden degradarse en sustancias más simples por medios químicos, de

modo que son las formas básicas de materia que existen bajo condiciones ordinarias. • Un compuesto es una sustancia compuesta por dos o más elementos que están

químicamente combinados. • Una fase es un estado físico con límites distinguibles y propiedades uniformes. • La materia homogénea es la misma en todas partes y contiene sólo una fase. • La materia heterogénea es una mezcla no uniforme que contiene dos o más fases con

límites definidos entre las fases. • Una mezcla homogénea es conocida como solución. • La materia homogénea puede ser o una sustancia pura o una solución. • En general podemos distinguir una mezcla heterogénea de la materia pura (elementos y

compuestos) por observación visual. Pero no es tan fácil con una mezcla homogénea. ¿Cómo podemos entonces distinguir una mezcla homogénea de una sustancia pura? La respuesta es que debemos examinar las propiedades físicas. Las mezclas tienen propiedades que varían con la proporción de los componentes; los elementos tienen propiedades definidas e inalterables.

• En general, cuando echamos una ojeada a nuestro alrededor, los elementos y compuestos que observamos no se encuentran en el estado puro, sino que a menudo están presentes como mezclas. Incluso el agua para beber contiene algunos sólidos disueltos y aire. Las mezclas heterogéneas contienen dos o más fases distinguibles; las mezclas homogéneas existen en una sola fase y presentan las mismas propiedades en toda su masa. En contraste con las sustancias puras, las propiedades de las mezclas son variables y dependen de la relación de los componentes.

• En el diagrama siguiente comenzamos con una mezcla heterogénea, el tipo más complejo de sustancia impura y procedemos, paso a paso, hasta llegar a la sustancia más simple, un elemento.



------------------------------------------------------------------------ Elementos • Toda la Tierra, así como el resto del Universo está compuesto por unas cuantas sustancias

básicas llamadas elementos. En la Tierra, la mayoría de los elementos no se encuentran en estado libre sino se combinan químicamente con otros elementos para formar compuestos. Tanto los elementos como los compuestos se conocen con sustancias puras porque tienen propiedades químicas y físicas inalterables y definidas. también sufren cambios químicos y físicos particulares y definidos.

• Todas las sustancias conocidas en la Tierra y con toda probabilidad en el Universo están formadas por los 113 elementos conocidos hasta ahora.

MATERIA (Tiene masa y volumen)

HETEROGÉNEA Dos o más fases

HOMOGÉNEA Una fase

Puede separarse en

SOLUCIONES Propiedades

variables

SUSTANCIAS PURAS

Propiedades definidas

Puede separarse en

COMPUESTOS Dos o más elementos

ELEMENTOS Sustancias básicas

Puede separarse en



• Un elemento es una sustancia fundamental o elemental que no se puede descomponer para formar sustancias más simples, usando medios químicos. Los elementos son las piedras constructivas de todas las sustancias.

• Los elementos están numerados en orden de complejidad creciente, comenzando con el hidrógeno que tiene el número 1. De los primeros 92 elementos, 88 se encuentran en la naturaleza. Los otros cuatro, que son el tecnecio (43), el prometio (61), el astatinio (85) y el francio (87), no se encuentran en la naturaleza o su existencia es tan sólo transitoria durante la desintegración radiactiva. Excepto el elemento número 94, el plutonio, los elementos posteriores al 92 no se conocen en la naturaleza, pero se han sintetizado en laboratorios, casi siempre en cantidades muy pequeñas. Hace poco se informó el descubrimiento de huellas del elemento 94 (plutonio) en la naturaleza. En 1994 se dieron a conocer las síntesis de los elementos 110 y 111. En todo el Universo no se han encontrado elementos distintos de los que hay en la Tierra.

• La mayor parte de las sustancias se puede descomponer en dos o más sustancias simples: el agua se puede descomponer en hidrógeno y oxígeno; el azúcar se puede descomponer en carbono, hidrógeno y oxígeno; la sal de mesa se descompone con facilidad en sodio y cloro. Sin embargo, un elemento químico no se puede descomponer y formar sustancias más simples con los métodos químicos ordinarios.

• Si pudiéramos tomar una pequeña porción de un elemento, por ejemplo de cobre, y dividirla y subdividirla en partículas cada vez más pequeñas, llegaríamos a una unidad de cobre que ya no podríamos dividir. A esta partícula mínima que puede existir de un elemento se le llama átomo, siendo también la unidad mínima de un elemento que puede participar en una reacción química. Los átomos están formados por partículas subatómicas todavía más pequeñas, pero estas partículas ya no tienen las propiedades de los elementos.

• El cuadro siguiente muestra las aplicaciones que tiene algunos de los elementos, no en su forma pura sino en compuestos de cada elemento:

Hidrógeno

- Combustión de cohetes. - Hidrogenación de grasas.

Helio - Globos, dirigibles. - Rayos láser.

Litio - Baterías eléctricas. - Aditivo de lubricantes.

Berilio - Herramientas para antichispas. - Resortes para relojes.

Boro - Raquetas de tenis - Desinfectante ocular.

Carbón - Diamante. - Grafito de lápices.

Nitrógeno - Refrigerante. - Producción de amoníaco.

Oxígeno - Combustión. - Respiración celular.

Flúor - Aditivo pastas dentales. - Teflón.

Neón - Avisos luminosos. - Tubos de TV, láser.

Sodio - Alumbrado de carreteras. - Sal de cocina.

Magnesio - Bicicletas de carrera. - Antiácidos.



Aluminio - Latas de refresco. - Autos, aviones, cohetes.

Silicio - Celdas solares. - Vidrio, cemento, grasas.

Fósforo - Fósforos. - Fertilizantes, detergentes.

Azufre - Fuegos artificiales. - Ondulado de cabello.

Cloro - Desinfectante de agua. - Blanqueador.

Argón - Bombillas fluorescentes. - Rayos láser.

Potasio - Abono químico. - Impulso nervioso.

Calcio - Metalurgia. - Preparación de cemento.

------------------------------------------------------------------------

Documents

Parte 1 %28pp 1-24%29 %26 Intro