La Materia y sus Transformaciones

Elementos Químicos

Un elemento químico es aquella sustancia que no puede descomponerse en otra más simple que siga manteniendo sus propiedades físicas y químicas.

• Metales: brillo, sólidos a temperatura ambiente (excepto el mercurio), conductores del calor y la electricidad, dúctiles y maleables.
• No Metales: sin brillo, sólidos, líquidos o gaseosos a temperatura ambiente, no conductores, frágiles.

Algunos elementos presentan características intermedias entre metales y no metales. Son los metaloides.

Clasificación de los Elementos

• Alcalinos: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr.
• Alcalinotérreos: Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra.
• Térreos: B, Al, Ga, In, Tl.
• Carbonoideos: C, Si, Ge, Sn, Pb.
• Nitrogenoideos: N, P, As, Sb, Bi.
• Anfígenos: O, S, Se, Te, Po.

Cuanto más a la izquierda esté un elemento dentro de un periodo y cuanto más abajo esté dentro de un grupo, más metálico será.

Enlaces Químicos

Enlace Iónico

Se produce al unirse un elemento de carácter metálico con uno no metálico. Este enlace se forma al ceder el metal electrones al no metal, transformándose ambos en iones, uno positivo y otro negativo. Se produce la atracción electrostática entre todos los iones formados, a fin de estabilizarse energéticamente, se colocan en posiciones fijas distribuidas ordenadamente en el espacio, formando entramados cristalinos que denominamos redes. Ej: NaCl.

Propiedades de los compuestos iónicos:

• Se presentan en forma sólida y forman redes cristalinas.
• Son compuestos duros y tienen altos puntos de fusión y ebullición.
• Son solubles en agua.
• Los disolventes de tipo orgánico no son capaces de disolver estos cristales.
• Su conductividad eléctrica es nula en estado sólido, pero cuando están disueltos o fundidos su conductividad es elevada.

Enlace Covalente

Se produce al unirse entre sí dos elementos de carácter no metálico. También son covalentes las uniones en las que el H es el elemento unido al de tipo no metálico. Se forma al compartir ambos átomos algunos de sus electrones externos con el fin de conseguir estabilidad, se consigue cuando ambos tienen ocho electrones (2 en el H) en esa zona externa. El par de electrones implicado en cada enlace se comporta como si perteneciera a cada uno de los átomos que une. Ej: Cl₂.

Propiedades de los compuestos covalentes:

• Con este tipo de enlace se pueden formar moléculas o redes cristalinas.
• Cuando los átomos se unen formando moléculas se originan sustancias que a temperatura ambiente pueden hallarse en estado gaseoso, líquido o sólido.
• Estas sustancias presentan puntos de fusión y ebullición bajos.
• La solubilidad de estos compuestos es elevada en disolventes de tipo orgánico, menos el agua.
• Su conductividad eléctrica es nula.

Algunas veces las sustancias covalentes forman macroestructuras de átomos enlazados en forma de redes. Se trata de cristales constituidos por un número muy elevado de átomos iguales o distintos unidos entre sí. Las redes formadas por átomos de C o de Si son ejemplos importantes. Se presentan en forma sólida y tienen altos puntos de fusión y ebullición, son duros, malos conductores de la electricidad e insolubles en general.

Enlace Metálico

Se produce al unirse entre sí los átomos de los elementos metálicos. Estos átomos se agrupan de forma muy compacta unos con otros, se produce estructuras de tipo red cristalina. Los electrones más externos no pertenecen a los átomos individuales sino que todos ellos son comunes al conjunto de los átomos que forman la red tridimensional. Los metales tienen entre 1 y 3 electrones débilmente unidos al átomo, estas sustancias están formadas por cationes metálicos rodeados de electrones que tienen movilidad, tienen gran conductividad.

Propiedades de los metales:

• Los metales son sólidos a temperatura ambiente (excepto el mercurio), aunque sus puntos de ebullición y fusión varían mucho.
• Su dureza es variable, son dúctiles y maleables.
• Su superficie es pulida, reflejan la luz, se le conoce como brillo metálico.
• Son buenos conductores de la electricidad y del calor.

Al mezclar metales entre sí se obtienen aleaciones cuyas propiedades son diferentes de las que tenía cada metal por separado. Ej: acero (hierro y carbono).

Reacciones Químicas

Las reacciones químicas son procesos en los que se modifican las sustancias iniciales, denominadas reactivos, para dar lugar a otras sustancias con propiedades diferentes llamadas productos.

Una reacción química es una redistribución de los átomos que forman las sustancias reaccionantes, los reactivos, para obtener otra u otras sustancias de propiedades diferentes llamadas productos.

Tipos de Reacciones Químicas

• Reacciones de Síntesis: se producen tras la combinación entre 2 o más elementos para dar uno nuevo. Ej: la corrosión.
• Reacciones de Descomposición: son endotérmicas, hay que dar energía al compuesto que se quiere descomponer.
• Reacciones de Sustitución: este tipo de reacción tiene lugar cuando un elemento de un reactivo deja su lugar a otro elemento para dar un compuesto diferente.

Calor de Reacción

Es la cantidad de calor que se desprende o se absorbe en un proceso químico.

• Reacción Endotérmica: aquella en la que los productos tienen más energía que los reactivos. El calor de reacción es positivo, el sistema absorbe calor del medio ambiente durante el proceso.
• Reacción Exotérmica: aquella en la que los productos tienen menos energía que los reactivos. El calor de reacción es negativo, el sistema expulsa calor al ambiente durante el proceso.

Velocidad de Reacción

Mide la rapidez con que los reactivos se transforman en productos. La podemos definir como la cantidad de sustancia transformada por unidad de tiempo.

Un catalizador es una sustancia que modifica la velocidad de una reacción sin experimentar cambios en su naturaleza. Pueden acelerar las reacciones o retardarlas (inhibidores).

Ley de Gay-Lussac

Los volúmenes de los gases reaccionantes y de los obtenidos guardan una relación numérica muy sencilla siempre y cuando se trabaje a presión y temperatura constantes.

Ácidos y Bases

Ácidos

Un ácido es toda sustancia que en disolución acuosa produce iones hidrógeno, llamados protones.

Propiedades de los ácidos:

• Sabor agrio.
• Reaccionan con algunos metales.
• Sus disoluciones conducen la corriente eléctrica.
• Enrojecen la tintura azul de tornasol.
• Reaccionan con las bases.
• Son corrosivos para la piel.
• Producen efervescencia con el mármol.
• Disuelven muchas sustancias.

• Ácidos fuertes: son aquellos que están completamente disociados en disoluciones diluidas.
• Ácidos débiles: son aquellos que están parcialmente disociados, tienen numerosas moléculas sin disociar por lo que no desprenden en disolución todos los protones que poseen.

Bases

Una base es toda sustancia que en disolución acuosa se disocia, dando iones hidroxilo.

Propiedades de las bases:

• Sabor amargo.
• No reaccionan con los metales.
• Conducen la corriente eléctrica.
• Azulean el tornasol.
• Reaccionan con los ácidos.
• Son corrosivas.
• Precipitan muchas sustancias que son solubles en los ácidos.
• Tienen consistencia resbaladiza al tacto.

Reacciones de Oxidación-Reducción

• Oxidación: es la reacción en la que un átomo de un elemento o de un compuesto pierde electrones.
• Reducción: gana electrones.

Combustión

Es una oxidación rápida de ciertas sustancias, llamadas combustibles, con desprendimiento de gran cantidad de energía en forma de luz y calor. Todas las combustiones son reacciones exotérmicas.

Problemas Ambientales

Efecto Invernadero

El CO₂ se desprende en la combustión del carbono y de los hidrocarburos utilizados en los motores de los vehículos de transporte. Podemos eliminarlo gracias a la fotosíntesis de las plantas. Un aumento de CO₂ en la atmósfera provoca el efecto invernadero, que puede tener consecuencias muy graves.

Lluvia Ácida

Cuando el aire tiene concentraciones altas de SO₂ y NO₂ al combinarse con el agua de lluvia se forman 2 ácidos muy fuertes, el ácido sulfúrico y el nítrico. La lluvia ácida tiene grandes consecuencias en la biosfera.