Materia y sus Propiedades

Materia: Todo aquello que ocupa un lugar en el espacio y tiene masa y energía; cualquier cosa que podemos ver y tocar. La materia está compuesta por 4 elementos y 4 propiedades, según Empédocles. Esta fue la primera explicación racional de las causas de los fenómenos, siguiendo la filosofía de Tales de Mileto.

Mezcla: Compuesto formado por la interposición mecánica de partículas distintas de dos o más sustancias, en la cual las sustancias conservan sus propiedades características y que no tienen aire.

• Homogéneas: Sus componentes se distribuyen de forma uniforme (disoluciones).
• Heterogéneas: La distribución de sus componentes no es uniforme, observándose la composición de la misma (ensaladas).

Separación de mezclas: Vaporización, filtración, decantación, sedimentación, destilación, adsorción, sublimación, extracción y cristalización.

Sustancia Pura: Son aquellos cuerpos que no pueden desdoblarse en otros más sencillos por métodos físicos por tener todas las moléculas iguales (glucosa, agua, sílice).

Sustancia: Es una forma de materia que tiene una composición constante o definida con propiedades distintivas (agua, amoniaco, azúcar, plata). Pueden desdoblarse en sustancias más sencillas (elementos) por medios químicos (oxidación, reducción, calcinación, combustión, electrólisis).

• Oxidación: Pérdida de electrones.
• Reducción: Ganancia de electrones.

Elemento: Son aquellas sustancias que no pueden ser desdobladas en otras más sencillas ni por métodos físicos ni químicos; tienen todos los átomos iguales.

Elementos, Átomos y Moléculas

Robert Boyle definió elemento como «una sustancia que no puede separarse en una más sencilla por medios químicos».

Elementos importantes para el cuerpo: O, Na, C, Mg, H, Fe, Ni, Co, Ca, Cu, P, Zn, K, I, S, Se, Cl.

Molécula: Es la parte más pequeña de una sustancia que conserva sus propiedades físicas y químicas. Pueden estar formadas por uno, dos, tres o más átomos.

Átomo: Es el límite de la división química, la partícula indivisible por métodos corrientes.

Teoría de Leucipo y Demócrito: Toda la materia estaba formada por partículas muy pequeñas e indivisibles llamadas átomos (indestructible o indivisible).

Teoría de Dalton: Los elementos están formados por partículas extremadamente pequeñas llamados átomos. Todos los átomos de un mismo elemento son idénticos, tienen igual tamaño, masa y propiedades químicas. Los átomos de un elemento son diferentes a los de otros elementos. Los compuestos están formados por átomos de más de un elemento. En cualquier compuesto, la relación del número de átomos entre dos de los elementos presentes siempre es un número entero o una fracción sencilla. Una reacción química incluye solo la separación, combinación o reordenamiento de los átomos; nunca se crean o se destruyen.

Energía y Termodinámica

Trabajo: «El cambio de energía producida por un proceso». T = F x D.

Energía térmica: Se asocia al movimiento aleatorio de átomos y moléculas.

Temperatura: «Promedio de la energía cinética de las moléculas».

Energía Química: Se almacena dentro de las unidades estructurales de las sustancias.

Energía Potencial: Disponible en función de la posición de un objeto. La energía química puede ser potencial.

Energía Cinética: Energía de movimiento, es igual a la térmica.

Primera Ley de la Termodinámica: «La energía en un sistema aislado permanece constante», lo que equivale a decir que «la energía no se crea ni se destruye…».

Energía interna (U): Incluye todas las formas de energía que posee un sistema, excepto las que pueden derivar de su posición en el espacio.

Entalpía: Es la medida del calor desprendido o absorbido en un sistema. La magnitud de la entalpía depende de la cantidad de materia presente.

• Positiva: En esta forma, el proceso endotérmico, el sistema absorbe calor.
• Negativa: O proceso exotérmico, ΔH menor que cero.

Entropía: Es la medida (directa) del desorden del universo.

Segunda Ley de la Termodinámica: «La entropía del universo aumenta en un proceso espontáneo y se mantiene constante en un proceso que se mantiene en equilibrio».

Tercera Ley de la Termodinámica: «La entropía en el cero absoluto es nula para un sólido cristalino».

Agua y Soluciones

Fuentes hídricas:

• Oral: Agua de bebida y alimentos.
• Metabólica: Reacciones.

Pérdidas de agua: Riñón, pulmones, piel y mucosas, tubo digestivo.

La dipolaridad de la molécula del agua se debe al ángulo de 104.5° que separa los dos hidrógenos.

Sustancias Batótonas (hidrófobas): Disminuyen la tensión superficial, como el jabón, el alcohol y los detergentes.

Sustancias Hipsotonas (hidrofílicas): Aumentan la tensión superficial, como el agua o los electrolitos.

Disolvente: Es el componente que determina la fase de la disolución y que normalmente está presente en proporción más elevada, generalmente es el agua.

Soluto: Sustancia presente en menor cantidad que está disuelta en el disolvente. La concentración de las soluciones se expresa en función de la cantidad de soluto en una masa específica o volumen de solución.

Solución: Una disolución consiste en una mezcla totalmente homogénea de dos o más sustancias en una sola fase.

• Solución diluida: Contiene una pequeña proporción de soluto disuelta en una gran proporción de solvente. Ejemplo: Solución Salina Fisiológica (SSF).
• Solución concentrada: Contiene una gran cantidad de soluto disuelto en una cantidad menor de solvente. Ejemplo: Glucosa al 50%.
• Disolución saturada: Contiene la máxima cantidad de soluto que se disuelve en un disolvente específico a una temperatura específica. Las moléculas del soluto están en equilibrio con las moléculas del disolvente. Ejemplo: Solución saturada de NaCl.
• Solución sobresaturada: Es aquella que contiene una mayor cantidad de soluto que la saturada en la misma cantidad de solvente. Se prepara calentando el solvente. Estas soluciones no son estables, una parte del soluto se puede precipitar al fondo.

Tipos de Disoluciones y Propiedades

Disoluciones verdaderas: El diámetro de la partícula dispersa es inferior a 10 Å (1 milimicra). Soluciones de sales, glucosa y urea.

Disoluciones coloidales: Partículas con diámetro entre 10 y 1000 Å (de 1 a 10 milimicras). Proteínas, sangre y leche.

Dispersiones groseras: Partículas superiores a 1000 Å (10^-4). Son invisibles a simple vista pero dan turbidez u opacidad a la dispersión: grasa en leche, arcilla en agua, glóbulos rojos en plasma.

La molaridad (M) o concentración molar es la unidad de uso común que expresa las concentraciones de las soluciones.

La actividad osmótica de las soluciones de sustancias que se ionizan es mayor que la de aquellas que no lo hacen.

La molalidad de una solución es el número de moles de soluto por 1000 g de solvente.

Temperatura: La solubilidad de los sólidos aumenta al incrementar la temperatura, provoca tensión en la solución saturada, esta tensión favorece el proceso que consume calor, en este caso se disuelve más la sal.

Presión: Si aumenta la presión se lleva a cabo mejor la solución.

Propiedades coligativas: Descenso relativo de la presión de vapor, descenso crioscópico, elevación ebulloscópica, presión osmótica.

Electrolitos Fuertes: Son aquellos que se ionizan y disocian en un 100% y tienen alta conductividad electrolítica. Sin embargo, a altas concentraciones disminuye la conductividad molar debido a la “atmósfera iónica” (teoría de Debye-Hückel).

Electrolitos Débiles: Son aquellos que se disocian solo en parte, en sus diluciones existen iones libres y moléculas neutras sin disociar.

Ley De Acción De Masas: «A una temperatura dada, la velocidad de una reacción química es directamente proporcional a las masas activas de los reactantes».

Ecuación de Goldman: Los iones de conductancia alta llevan el potencial de membrana a su potencial de equilibrio.