Química: Conceptos Fundamentales

La química es la ciencia que estudia los fenómenos químicos, la composición, la estructura y las propiedades de las sustancias, así como las transformaciones que pueden experimentar.

Materia, Masa y Volumen

• Materia: Todo aquello que tiene una masa y ocupa un volumen.
• Masa: Indica la cantidad de materia que compone un cuerpo.
• Volumen: Espacio que ocupa la materia.

Estados de Agregación de la Materia

• Sólido: Se caracterizan por tener forma propia y no poder comprimirse, por lo que mantienen un volumen constante. Al ser calentados, se dilatan (aumentan su volumen).
• Líquido: Se caracterizan por no tener forma propia, sino que adoptan la del recipiente que los contiene. Son incompresibles, pero cuando se calientan se dilatan algo más que los sólidos.
• Gas: Con forma y volumen variable, tienden a ocupar todo el volumen disponible. Se comprimen con facilidad y cuando se calientan se dilatan mucho.

Teoría Cinético-Molecular

1. La materia está formada por partículas muy pequeñas.
2. Las partículas ejercen entre sí fuerzas de atracción que las mantienen unidas.
3. Las partículas están en continuo movimiento. La velocidad de dicho movimiento aumenta con la temperatura.

Comportamiento de Sólidos, Líquidos y Gases según la Teoría Cinético-Molecular

Sólidos

• Propiedad: Rígidos, tienen forma definida. Explicación: Las fuerzas de atracción son tan fuertes que impiden su movimiento.
• Propiedad: Volumen constante, no se comprimen. Explicación: Apenas hay espacio entre las partículas.
• Propiedad: Poca dilatación al calentarse. Explicación: Las intensas fuerzas de atracción solo permiten la vibración de sus partículas.

Líquidos

• Propiedad: Toman la forma del recipiente que los contiene. Explicación: Las fuerzas de atracción entre las partículas son más débiles y permiten que se deslicen unas sobre otras.
• Propiedad: Volumen constante, apenas se pueden comprimir. Explicación: Existe poco espacio entre las partículas.
• Propiedad: Al calentarse, se dilatan más que los sólidos. Explicación: Las fuerzas de atracción permiten que las partículas aumenten su movimiento.

Gases

• Propiedad: Fluidos y tienden a ocupar todo el volumen disponible. Explicación: Las fuerzas de atracción son tan débiles que permiten un movimiento independiente de las partículas.
• Propiedad: Se comprimen fácilmente. Explicación: Existe mucho espacio entre las partículas.
• Propiedad: Sufren una gran dilatación al calentarse. Explicación: Gran aumento en la velocidad de sus partículas.

Comportamiento de los Gases

La presión de un gas es la fuerza que ejercen las partículas de dicho gas por unidad de superficie.

Temperatura: Es la medida del calor o energía térmica que poseen las partículas de una sustancia.

Leyes de los Gases

• Ley de Boyle y Mariotte: Para una cantidad fija de gas a temperatura constante, el producto del volumen que ocupa por la presión a la que se halla es constante.
• Leyes de Charles y Gay-Lussac:
  1. A presión constante, el volumen de una cantidad fija de gas es proporcional a su temperatura: V₁/T₁ = V₂/T₂
  2. A volumen constante, la presión de una cantidad fija de gas es proporcional a su temperatura: P₁/T₁ = P₂/T₂
• Ley General de los Gases: V₁P₁/T₁ = V₂P₂/T₂

Cambios de Estado

Fusión, evaporación, ebullición. Los cambios de estado son reversibles.

• Los cambios de sólido a líquido a gas se ven favorecidos al aumentar la temperatura y disminuir la presión.
• Los cambios de gas a líquido a sólido se ven favorecidos al disminuir la temperatura y aumentar la presión.

Temperatura de Cambio de Estado

Mientras se está produciendo el cambio de estado, toda la energía suministrada se emplea en aumentar la velocidad de las partículas y vencer las fuerzas de atracción entre ellas; la temperatura no puede aumentar.

Sustancias Puras y Mezclas

Sustancia pura: Es cada uno de los tipos de materia que tiene una composición definida y unas propiedades características e invariables.

Mezcla: Formada por dos o más sustancias, llamadas componentes de la mezcla, de manera que su composición no está definida y sus propiedades dependen de la clase y de la proporción de sus componentes.

Mezclas Homogéneas y Heterogéneas

Dispersiones coloidales: Aquellas mezclas heterogéneas cuyas partículas solo pueden verse con ultramicroscopios.

Propiedades Características

• Densidad: Es la masa de sustancia que ocupa un determinado volumen.
• La temperatura del punto de fusión es aquella a la que una sustancia sólida funde cuando la presión externa es de 1 atm.
• La temperatura del punto de ebullición es aquella a la que una sustancia líquida hierve cuando la presión externa es de 1 atm.

Disoluciones

Disolución: Es una mezcla homogénea de dos o más sustancias. El componente en mayor proporción es el disolvente y el de menor proporción es el soluto.

Solubilidad

La solubilidad de un soluto en un disolvente es la máxima cantidad de soluto que puede disolverse en determinada cantidad de disolvente a una cierta temperatura. La solubilidad depende del soluto y del disolvente, pero también de la temperatura. Se denomina insoluble a una sustancia con solubilidad muy baja en un disolvente; cuando se trata de líquidos, se denominan inmiscibles.

Concentración

La concentración de una disolución es la cantidad de soluto disuelto en cierta cantidad de disolvente o disolución.

• Concentración en volumen: gramos de soluto / litros de disolución.
• % en masa = (gramos de soluto * 100) / (gramos de soluto + gramos de disolvente).
• % en volumen = (litros de soluto * 100) / litros de disolución.

Teoría Atómica

• Elemento químico: Aquella sustancia que no se puede descomponer en otras más sencillas, formada por un único tipo de átomo.
• Compuesto químico: Se puede descomponer en otras sustancias más sencillas. Formado por más de un tipo de átomo.

Modelos Atómicos

1. La materia está formada por unas partículas indivisibles denominadas átomos.
2. Cada elemento químico posee átomos todos iguales.
3. Los compuestos químicos son uniones de diferentes elementos en una determinada proporción.
4. Los átomos están formados por electrones con carga eléctrica negativa distribuidos por una esfera de materia de carga positiva, de forma que el átomo es eléctricamente neutro.

Modelo Atómico de Rutherford

Se basó en el posterior descubrimiento de las otras dos partículas subatómicas: protón y neutrón.

1. Los átomos están formados por protones, neutrones y electrones.
2. En cada átomo hay el mismo número de protones que de electrones, siendo el átomo eléctricamente neutro.
3. Los protones y neutrones se encuentran juntos en un núcleo muy pequeño, y los electrones se encuentran girando a su alrededor, ocupando un espacio mucho mayor llamado corteza electrónica.

Modelo Mecánico-Cuántico

Los electrones se encuentran alrededor del núcleo girando en diferentes niveles.

• Átomo formado por protones, neutrones y electrones.
• Existen cargas positivas y negativas.
• Las cargas de distinto signo se atraen y las del mismo signo se repelen.
• Cuanto menor sea la distancia entre dos cargas, mayor será la fuerza de atracción o de repulsión entre ellas.

Átomo

• Número atómico: Número de electrones que tiene un átomo.
• Número másico: Número total de partículas que hay en el núcleo de un átomo, es decir, el número de protones y neutrones. El número másico menos el atómico dará el número de neutrones.

Aunque todos los átomos de un mismo elemento químico tienen el mismo número de protones, pueden presentar masas diferentes. Teniendo en cuenta que los electrones tienen una masa ínfima y que el número de protones es fijo para un mismo elemento químico, lo único que puede variar son los neutrones.

Isótopos

Los isótopos son átomos que poseen el mismo número atómico pero diferente número másico.

Regla del Octeto

Los elementos no aparecen en solitario en su situación más estable. Tienen 8 electrones en su nivel más externo. Esta disposición, denominada disposición del octeto, es muy estable, por eso no forman compuestos. Los átomos de los elementos tienden a ganar, perder o compartir electrones para conseguir que su nivel más externo adquiera la configuración de gas noble.