Procesos químicos: Cuándo mezclan algunas sustancias como por ejemplo hierro y azufre no se obtienen otras nuevas. Es un proceso físico, ya que mediante un sencillo imán podemos recuperar los componentes iniciales. Pero si ahora, calentamos esa misma mezcl de azufre y hierro, observaremos la formación de una nueva sustancia diferente de las iniciales. Decimos queha tenido lugar una reacción química.
Reacción química es un proceso mediante el cual una o más sustancias, los reactivos, se transforman en otra o más sustancias diferentes que denominamos productos. Las primeras reacciones químicas que se estudiaron fueron las combustiones. La deducción más inmediata al observar este fenómeno era que algo se perdía en el proceso se escapanllamas y humo. Además el resto que queda las cenizas son más ligeras que el sonido original otro hecho adicional al observado en el estudio de estas reacciones fue que el aire era imprescindible para que tuviese lugar la combustión así Boyle (1627-1691) fracaso al tratar de quemar azufre en el vacío.
Clasificación de la materia: El estudio de la materia de su composición propiedades y transformación ha sido objeto prioritario de la humanidad desde tiempos remotos pero a medida que ha ido creciendo el número de sustancias conocidas se ha hecho patente la necesidad de clasificarlas en unos pocos grupos que faciliten su estudio. Como hemos visto, tanto los procesos físicos como los químicos producen transformaciones en las sustancias transformaciones que hacen que la materia pase de unos grupos de clasificación a otros como se muestra en el esquema los métodos físicos al contrario que los químicos no se conllevan cambios internos en la estructura de la materia.
Sustancias puras elementos y compuestos: Sustancias puras: un tipo de materia que no puede separarse en otros tipos de materia más simple por ningún proceso físico se caracteriza por tener propiedades y composiciones constantes. –Elemento: Es aquel tipo de sustancia pura que no se puede ser descompuesta por procesos químicos en otras más sencillas. –Compuesto: Es aquella sustancia pura formada por dos o más elementos Unidos únicamente en una proporción fija puede separarse en sustancias más sencillas por métodos químicos -Mezcla: Es un tipo de materia formada por dos o más sustancias que no reaccionan entre sí he conservado, por tanto, sus propiedades y que pueden separarse mediante procesos físicos. Hay dos tipos: -Mezclas homogéneas: aire, agua de mar ya que todos los componentes forman una única fase y Mezclas heterogéneas: dos o más fases reconocibles a simple vista o con un microscopio por ejemplo el granito.
Teoría atómica de Dalton: Aunque las leyes ponderales datan de finales de siglo 18 no pudieron ser justificadas hasta la llegada de la primera teoría atómica moderna publicada en 1808 por Dalton en su obra a New system of chemical philosophy. Está basada en las siguientes hipótesis: 1. Los elementos están constituidos por partículas discretas de materia que son invisibles e inalterables llamadas átomos 2. Todos los átomos de un mismo elemento tienen idéntica masa y propiedades y son diferentes de los átomos del resto de elementos 3. Los compuestos se forman por la unión de átomos de los correspondientes elementos en una relación numérica sencilla. 4. En una reacción química los átomos se agrupan de forma diferente a como lo estaban inicialmente, pero ni se crea ni se destruyen.
Dalton propuso además una simbología basada en signos circulares para representar los distintos tipos de átomos en las reacciones químicas. Interpretación de las leyes ponderales: La teoría de Dalton supuso un extraordinario avance en el conocimiento de la estructura de la materia y sus transformaciones uno de sus aciertos fue justificar las leyes ponderales. 1. Ley de conservación de la masa: Si una reacción química es sólo un reagrupamiento de átomos al no variar estos la masa permanece la constante. 2. La ley de las proporciones definidas: La tercera hipótesis de Dalton explica porque al mezclar 10 gramos de cobre y 10 gramos de azufre no se obtienen 20 gramos de sulfuro de cobre hecho que ocurrirá si la materia fuese continua ahora la existencia de átomos que se combinan en una determinada relación explica porque sobre azufre no quedan átomos de cobre con los que reaccionar 3. Ley de las proporciones múltiples: Vimos que el oxígeno y el cobre pueden formar dos óxidos diferentes uno de ellos con doble masa de cobre que el otro podemos justificar este hecho admitiendo las distintas posibilidades de combinación de los átomos de algunos elementos. Limitaciones de la teoría: Como Dalton no podía conocer experimentalmente el número de átomos de cada elemento que se combinan para formar el compuesto supuso erróneamente que si sólo se formaba un compuesto su forma sería la más sencilla posible es decir HO para el agua y NH para el amoniaco unos años más tarde la ley de Avogadro cuestiona este supuesto además hoy en día sabemos que el resto de las hipótesis de Dalton tampoco son exactamente válidas: 1. Hipótesis (Falsa): Cómo sabemos el átomo está considerado por otras partículas más pequeñas protones electrones y neutrones 2.Hipótesis(Falsa): No todos los átomos de un mismo elemento tienen la misma masa los isótopos son átomos de un mismo elemento pero con distinta masa atómica. 4. Hipótesis(Verdadera): Es la verdadera aunque en las relaciones químicas no se crea ni se destruyen átomos existen otros procesos las relaciones nucleares en los cuales si se crean y se destruyen átomos.
T12
Naturaleza eléctrica de la materia: Hasta finales de siglo 19 los átomos eran considerados por los químicos esferas invisibles cuyas propiedades variaban de un elemento otro. Sus combinaciones originaban las distintas sustancias. Desde la invención por parte de Volta de la pila eléctrica en 1800 se utilizó este dispositivo para producir fenómenos químicos así Davy y su alumno Faraday mediante el uso de la electricidad consiguieron descubrir nuevos elementos químicos como el sodio y el potasio. Fue precisamente este último científico quien hizo los primeros estudios cuantitativos que relacionaban electricidad y cambio químico por ello aplicó sistemáticamente el uso de la balanza pudiendo relacionar la cantidad de sustancia transformada en cada electrón con la cantidad de electricidad que atravesaba el sistema mediante un dispositivo en el que se hace pasar una corriente eléctrica a través de varias celdas electrolíticas dispuestas en serie y que contienen diferentes soluciones Faraday pudo demostrar que: 1. La cantidad liberada de un elemento es directamente proporcional a la cantidad de electricidad que pasa a través de la disolución 2. Las masas liberadas de distintos elementos por la misma cantidad de electricidad son directamente proporcionales a sus equivalentes químicos siendo el equivalente químico de una sustancia la masa de dicha sustancia capaz de reaccionar con 1 gramo de hidrógeno u 8 gramos de oxígeno. Los experimentos de electrólisis de Faraday y las leyes que dedujo a partir de ellos junto con las observaciones realizadas con gases en tubos de descarga desde el arranque la naturaleza de la materia era eléctrica Faraday confirmó que en la electrólisis, a un átomo de una sustancia dada se asocia siempre el mismo tipo y la misma cantidad de carga eléctrica a este constituyente cargado le dio el nombre de Ion que en griego significa viajero.
Divisibilidad del átomo: En la segunda mitad del siglo 19 se relacionaron una serie de experimentos que llevaron de forma concluyente a postular la divisibilidad del átomo estas experiencias desembocaron en el descubrimiento del electrón. Llas propiedades químicas de los elementos dependen de la distribución de los electrones en el átomo. Posteriormente las primeras décadas del siglo 20 se descubrieron otras dos partículas subatómicas el protón y neutrón así en 1919 Rutherford(1871-1937) descubrió el protón y en 1932 J.Chadwick(1891-1974): descubrió el neutrón. La mayor demora en hallar esta última partícula fue debida a su neutralidad eléctrica lo hizo más difícil su detección.
Descubrimiento del electrón: En 1997 el físico británico Thomson(1856-1904) Estudió la naturaleza de los rayos catódicos y observó que dichos rayos: 1.Son siempre iguales sea cual sea el gas introducido en el tubo y el metal del que se construye el cátodo. 2. Están compuesto por partículas con masa es decir no son radiación electromagnética 3. Son desviados por los campos eléctrico y magnético en la dirección esperada para partículas con carga negativa. Concluyó por tanto: Los rayos catódicos están constituidos por partículas materiales cargadas eléctricamente. Estas partículas reciben el nombre de electrones.
Rayos canales: En 1866 el físico alemán Goldstein (1850-1931) encontró en los tubos de descarga una radiación que se movía en sentido contrario a los rayos catódicos esta radiación procedente del ánodo recibió el nombre de rayos canales y se caracteriza porque: 1. La relación carga masa de las partículas que componen los rayos canales depende de la naturaleza del gas encerrado en tubo en el tubo 2. Es desviada por los campos eléctrico y magnético en la dirección esperada para partículas con carga positiva.
Rayos X: En 1895 el físico alemán Röentgen(1845-1923) descubrió que si dentro de un tubo de descarga se introduce una pieza metálica adicional llamada anticatodo, el choque de los rayos catódicos con dicha pieza genera una nueva radiación caracterizada por 1. Ser capaz de atravesar materiales de gran espesor 2. En crecer placas fotográficas 3. No desviarse ante un campo eléctrico o magnético lo que significa que no contiene carga eléctrica. Radiactividad: Tras el descubrimiento de los rayos X el físico francés Becquerel(1852-1908) intentó en 1920 96 producir rayos X a partir de las sales de uranio expuestas a luz solar casualmente al colocar estas sales sobre placas fotográficas descubrió que todos los compuestos del uranio producían de forma espontánea un nuevo tipo de radiación una discípula de Becquerel. M.Cire(1867-1934) Encontró que los minerales del Torío producían radiaciones similares surgió el nombre de radiactividad para describir la emisión espontánea de partículas o/y de radiación por parte de este tipo de sustancias como se pudo comprobar al someterla a la acción de campos eléctricos y magnéticos la radiactividad no es una radiación pura sino que se compone de tres tipos de emisores diferentes: 1. Emisión alfa: son haces de partículas materiales pesadas con carga positiva tienen alto poder de ionizacion pero muy pequeño poder de penetración son núcleos de helio 2. Emisión de beta son haces de partículas materiales ligeras con carga negativa su poder de penetración es mayor pero el ionizante menor son electrones muy energéticos. 3. Rayos gamma: No son partículas materiales es la radiación electromagnética más genética conocida capaz de atravesar láminas de plomo de 2 o 3 centímetros de espesor.
1. Los primeros modelos atómicos: Modelos atómicos clásicos: Modelo atómico de Thomson: En 1904 Thomson propuso un átomo constituido por una esfera uniforme que con carga positiva en la que estarían incrustados los electrones en cantidad suficiente para que el conjunto resultas eléctricamente neutros la masa del átomo estaría distribuida homogéneamente en todo su volumen este momento recoge la divisibilidad del átomo además justifica el proceso de formación de iones como una ganancia o una pérdida de electrones. Modelo atómico de Rutherford: En 1911 Rutherford lleva a cabo un experimento que llevó a desechar el modelo de Thomson y a proponer uno con estructura nuclear con un dispositivo como el que se muestra en la figura de la izquierda hizo incidir rayos alfa sobre láminas metálicas muy delgadas y estudio su dispersión producida cuando la radiación atravesaba el metal. En el átomo de Thomson donde están distribuidas homogéneamente carga y masa de los rayos alfa experimentaria una dispersión casi nula sin embargo los resultados contradecían este supuesto casi todas las partículas alfa seguian una trayectoria recta pero una pequeñísima porción de ellas presentaba una desviación que podía ser de hasta 180 grados Rutherford atribuyó las bruscas desviaciones de las partículas alfa a fuertes de pulsiones de tipo electrico es decir las partículas alfa cargas positivas que salían muy desviada se habían encontrado en su camino otras partículas positivas de masa superior, Rutherford propuso el siguiente modelo de átomo planetario: 1. El átomo tiene un núcleo muy pequeño cargado positivamente y en el cual se concentran casi la totalidad de la masa 2. Los electrones forman la corteza que ocupan casi todo el volumen atómico en ella orbitan con trayectoria circular en torno al núcleo 3. El átomo es neutro porque la carga nuclear positiva esta compensada por la carga de la corteza electromagnética (negativa). Número atómico:(Z): es el número de protones que contiene el núcleo y es característico de cada elemento químico Número másico:(A): La suma del número de protones, Z mas el numero de neutrones, N: A=Z+N
Interacciones de la radiación con la materia:Naturaleza electromagnética de la luz: Actualmente está admitir a un na doble naturaleza para los corpuscular y ambulatoria la naturaleza corpuscular propuesta por Newton (1642-1727) fue confirmada posteriormente por Einstein (1879-1955) al estudiar el efecto fotoeléctrico. Por otro lado Huygens postuló en 1678 una naturaleza ondulatoria y Maxwell (1831-1879) propuso considera la luz como una onda de naturaleza no material asociada a la vasos a la acción de los compuestos eléctrico y magnético y que se propaga en el vacío a la velocidad de 299792 m*s elevado a -1
Características de una onda una onda es la propagación de una perturbación vibracional en la cual se transmite energía pero no materia. Espectro atómico: hacia 1860 Bündchen(1811-1829) y Kirchhoff(1824-1887) desarrollaron una técnica de análisis que actualmente se denomina espectroscopia atómica. Consiste en la póliza distintos elementos con una llama muy caliente observándose la aparición de luces con colores característicos si ahora esta luz se hacen pasar a través de un prisma de vidrio veremos que se descompone en una serie de líneas discontinuas que constituye el denominado espectro atómico del elemento emisor de luz. Puesto que el espectro es característico de cada elemento químico es lógico suponer que las líneas que aparecen están íntimamente relacionadas con las estructuras del elemento que se ha vaporizado. Los espectros atómicos pueden ser de absorción o de emisión en el primer caso los átomos absorben radiación de una fuente luminosa continuar esta relación se descompone por ejemplo con un prisma y se analiza las líneas que faltan llamadas ausencias. En el segundo caso la naturaleza se vaporiza con lo cual los átomos adquieren un alto contenido energético. El exceso de energía puede eliminarse emitiendo radiación que se descompone con un prisma en una serie de líneas características de cada elemento químico.