Química: Estructura, Composición y Propiedades de la Materia

La química es el estudio de la estructura, composición y propiedades de la materia.

Ramas de la Química

• Electroquímica
• Química Orgánica
• Fisicoquímica
• Bioquímica
• Química Inorgánica

Materia y sus Estados

La materia es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio.

Tipos de Materia

• Orgánica
• Inorgánica
• Viva

Los materiales son las distintas formas en que la materia se presenta, sea cual sea su estado físico.

Propiedades de la Materia

Propiedades No Características

Son aquellas que no dependen de la naturaleza de un material y no permiten diferenciarlo.

• Masa: Cantidad de materia en un material.
• Volumen: Espacio que ocupa un material.
• Temperatura: Grado de calor de un cuerpo.

Propiedades Características

Son aquellas que dependen de la naturaleza de un material y permiten diferenciarlo.

• Densidad: Relación de masa y volumen de un material.
• Punto de Ebullición: Temperatura a la cual un líquido pasa a estado gaseoso.
• Punto de Fusión: Temperatura a la cual un sólido pasa a estado líquido.
• Solubilidad: Máxima cantidad de soluto que se puede disolver en un solvente.

Mezclas

Una mezcla es la unión de dos o más sustancias.

Tipos de Mezclas

• Heterogéneas: Se pueden distinguir sus componentes a simple vista.
• Homogéneas: No se pueden diferenciar sus componentes a simple vista.

Métodos de Separación de Mezclas Heterogéneas

• Filtración: Separar un sólido de un líquido.
• Decantación: Separar dos líquidos.
• Tamización: Separar dos sólidos de diferentes tamaños.
• Imantación: Separar materiales magnéticos de otros.
• Centrifugación: Separar componentes con diferentes densidades.

Métodos de Separación de Mezclas Homogéneas

• Destilación: Separar líquidos con diferentes puntos de ebullición.
• Evaporación: Separar un sólido disuelto en un líquido.
• Cristalización: Purificar sustancias sólidas.
• Cromatografía: Separar los componentes de una mezcla.
• Extracción: Separar componentes por solubilidad en diferentes disolventes.

Disoluciones

Las disoluciones son mezclas cuyas partículas no se pueden ver debido a su pequeño tamaño.

Sustancias

Una sustancia es cualquier variedad de materia de composición definida y reconocible.

Sustancias Puras

Un material homogéneo que siempre tiene la misma composición fija.

Clasificación

• Elementos (Simples): Sustancias puras que no se descomponen en más simples.
• Compuestos: Sustancias puras formadas por dos o más elementos en proporciones definidas.

Coloides

Partículas con tamaño muy pequeño.

Soluciones

Sus componentes son soluto y solvente.

Molalidad

Cantidad de soluto expresado en moles contenido en un kilogramo de solvente.

Clasificación de Sustancias Puras

• Metálicos
• No Metálicos
• Metaloides

Propiedades de los Metales

• Brillo
• Dureza
• Tenacidad
• Alta Densidad
• Conductividad Eléctrica

Propiedades de los No Metales

Opuestas a las de los metales.

Metaloides

Presentan propiedades metálicas y no metálicas, comportándose como metal o no metal según el ambiente.

Compuestos Orgánicos

Sustancias químicas que contienen carbono.

Reacciones Químicas

Se rigen por las leyes de las combinaciones químicas, llamadas leyes ponderales.

Leyes Ponderales

• Ley de la Conservación de la Masa: La masa inicial de las sustancias debe ser igual a la masa final.
• Ley de las Proporciones Definidas: Cuando dos elementos se combinan, lo hacen en una proporción fija de masa.

Composición Centesimal

Cantidad presente en términos de porcentaje y gramos.

Símbolo Químico

Expresión abreviada y de aceptación universal que representa a los elementos químicos.

Ecuación Química

Conjunto de símbolos que representan las características de una reacción.

Volumen Molar

Espacio que ocupa un mol molecular.

Cargas Eléctricas

Número de cargas positivas o negativas de un símbolo químico.

Origen de los Símbolos Químicos

Comenzó con los alquimistas, pero eran de difícil comprensión. Dalton propuso símbolos más fáciles de comprender y fueron aceptados universalmente.

Balanceo de Ecuaciones Químicas

Igualación o ajuste de una ecuación química.

Masa Molar

Masa en gramos de un mol de sustancia.

Unidad de Masa Atómica

Expresa las masas individuales de partículas individuales.

Fórmula Molecular

Representa el número real de átomos que forman la molécula de un compuesto.

Fórmula Empírica

Forma simplificada que solo representa el número relativo de átomos.

Número Atómico

Número de protones que un elemento tiene en su núcleo.

Masa Atómica

Número de nucleones que tiene un elemento en su núcleo.

Estequiometría

Cálculos basados en las relaciones ponderales de las sustancias que participan en una reacción, expresadas en una ecuación química.

Mol

Unidad en que se mide la cantidad de sustancia.

Concentraciones

• m/m: Cantidad en gramos de soluto disuelta en 100 g de disolución.
• v/v: Cantidad en cm³ de soluto disuelto en 100 cm³ de disolución.
• m/v: Cantidad en gramos de soluto disuelto en 100 cm³ de disolución.

Alcanos, Alquinos y Alquenos

• Alcanos: Enlace simple, solo átomos de carbono e hidrógeno.
• Alquinos: Triple enlace carbono-carbono.
• Alquenos: Doble enlace carbono-carbono.

Efecto Tyndall

Proceso que consiste en dirigir un haz de luz a través de una mezcla coloidal.

Colisión

Proceso que ocurre cuando las partículas tienen la debida orientación y chocan con suficiente energía.

Reacciones Exotérmicas

Reacciones químicas que liberan calor.

Ductilidad

Propiedad de algunos metales de ser estirados en forma de hilos delgados.

Ácidos

Variedad de cambio químico que tiene lugar cuando se hace reaccionar un óxido con un ácido.

Catalizadores

Sustancias químicas que, al agregarlas a una reacción, aceleran la velocidad con que se produce la misma.

Bases

Sustancias químicas que se caracterizan por hacer cambiar el papel rosado a azul.

Celda Electrolítica

Celdas que, a través de la electricidad, descomponen un compuesto.

Reacciones Endotérmicas

Reacciones que absorben calor del medio, provocando un descenso en su temperatura alrededor.

Disolución Diluida

Posee poco soluto en relación con otras iguales.

Disolución Concentrada

Posee una gran cantidad de soluto disuelto.

Tipos de Reacciones Químicas

• Descomposición: Una sustancia se rompe en dos o más sustancias.
• Síntesis: Dos o más elementos se unen para formar uno solo.
• Doble Desplazamiento: AB + CD → BC + AD
• Desplazamiento: A + BC → AB + C
• Combinación: A + B → AB

Volumen de Sólidos

• Regulares: Se determina a través de expresiones matemáticas.
• Irregulares: Se determina por desplazamiento de líquidos.

Unidades de Temperatura

• ºK = ºC + 273
• ºC = ºK – 273
• ºF = (ºC * 9/5) + 32
• ºC = (ºF – 32) * 5/9
• ºK a ºF: ºK a ºC y ºC a ºF
• ºF a ºK: ºF a ºC y ºC a ºK

Unidades de Masa y Volumen

• Libra: 453.6 gramos
• Onza: 28.35 gramos
• Tonelada: 1000 kg
• Galón: 3.785 litros
• Barril: 158.98 litros
• 1 ml = 1 cm³
• 1 kl = 1 m³
• 1 litro = 1 dm³

Densidad

• D = M/V
• M = D * V
• V = M/D

Velocidad de Reacción

• Vreacción = Número de moles / Tiempo en segundos
• Número de moles = Masa / Peso Atómico
• Masa = Peso Atómico / Número de moles
• Tiempo = Número de moles / VR

Molaridad o Concentración

• Molaridad = Moles de soluto / Litros de solución
• Nº de moles de soluto = Masa de soluto / Peso Atómico de soluto
• Volumen de solución = Nº de moles de soluto / Molaridad
• Masa de soluto = Molaridad * Peso Atómico * Volumen de solución

Estequiometría: Relaciones

• M: Masa de átomos y moléculas
• V: Volumen molar
• N: Número de partículas (átomos o moléculas)
• n: Cantidad de sustancia / mol

Relaciones Estequiométricas

• M — V: Masa en g que contiene 22.4 litros
• M — n: Masa en g que contiene 1 mol
• M — N: Masa en g que contiene 6.02 x 10^23 partículas
• n — N: 1 mol de sustancia contiene 6.02 x 10^23 partículas
• n — V: 1 mol contiene 22.4 litros de gas
• N — V: 6.02 x 10^23 partículas contienen 22.4 litros de gas

Nomenclatura Química

Óxidos

Metálicos: Metal + O₂

• Nomenclatura Tradicional (N.T.): Óxido + Prefijo o sufijo según valencia
• Nomenclatura de Stock (N.S.): Óxido + metal + valencia en números romanos

No Metálicos: No metal + O₂

• N.T: Anhídrido + prefijo o sufijo según valencia
• N.S: Prefijo griego de los oxígenos (di, tri, hepta, deca…) + óxido + prefijo o sufijo según valencia + no metal

Ejemplo: PbO₂ // CO₂

Hidruros

Metálicos: Metal + H₂

• N.T: Hidruro + prefijo o sufijo según valencia + metal
• N.S: Hidruro + metal + valencia en números romanos

No Metálicos: No metal + H₂

• N.T: Ácido + no metal + HÍDRICO
• N.S: No metal + uro + hidrógeno + valencia en números romanos

Sales Haloideas

Metal + no metal

• N.T: No metal + uro + metal + prefijo o sufijo según valencia
• N.S: No metal + uro + metal + valencia en números romanos

Hidróxidos

Metálicos: Metal + OH

• N.T: Hidróxido + metal + prefijo o sufijo según valencia
• N.S: Hidróxido + metal + valencia en números romanos

Oxácidos

Hidrógeno + no metal + oxígeno

• N.T: Ácido + no metal + prefijo o sufijo según valencia
• N.S: Ácido + prefijo griego de los oxígenos + oxo + no metal + ico + valencia en números romanos
• N.S2: Prefijo griego de los oxígenos + oxo + no metal + ato + valencia en números romanos + hidrógenos

Sales Oxisales

Metal + Oxianión

• N.T: Oxianión + metal + prefijo o sufijos según valencia
• N.S1: Oxianión + metal + valencia en números romanos
• N.S2: Prefijo griego de los oxígenos + oxo + no metal + ato + valencia en números romanos + metal + valencia en números romanos

Balanceo de Ecuaciones Químicas: Pasos

Qué se debe hacer:

1. Escribir la ecuación con los nombres de las sustancias participantes.
2. Sustituir el nombre de las sustancias por su fórmula o símbolo.
3. Revisar que la ecuación esté completa y escrita correctamente.
4. Verificar si la ecuación se encuentra ya balanceada.
5. Balancear primero los elementos metálicos y luego los no metálicos.
6. Balancear de último los átomos de Hidrógeno y Oxígeno.
7. Usar números enteros y los más pequeños posibles para balancear.
8. Escribir el número como coeficiente de la fórmula pertinente (si el coeficiente es uno, no se escribe).
9. Contar el número de átomos multiplicando los coeficientes por los subíndices de la fórmula y sumando todos los átomos de un elemento que estén en el mismo lado de la ecuación.
10. Verificar el balanceo final y reajustar si es necesario.

Qué no se debe hacer:

1. Introducir símbolos o fórmulas de sustancias no participantes.
2. Alterar la posición de los reactantes a productos o viceversa.
3. Alterar los subíndices de la fórmula química para balancear la ecuación.
4. Colocar el coeficiente estequiométrico en el medio de la fórmula química (no se debe fraccionar la fórmula química).

Volumen de Sólidos

Cilindro, Cubo, Pirámide, Cono, Prisma