Orígenes Históricos de la Química
La Química Primigenia: Abarca un período de tiempo muy amplio, que va desde la prehistoria hasta el desarrollo de las primeras culturas y su conocimiento de la naturaleza. Las civilizaciones antiguas ya usaban tecnologías que demostraban su comprensión de las transformaciones de la materia, y algunas de estas prácticas sentarían las bases para los primeros estudios de la química. Entre ellas se cuentan la extracción de metales de sus minas, la elaboración de aleaciones como el bronce, y la obtención de sustancias de las plantas para usarlas como medicinas o tintes.
Desarrollo de la Química Orgánica
El término ‘química orgánica’ fue introducido en 1807 por Jöns Jacob Berzelius, para estudiar los compuestos derivados de recursos naturales. En aquella época, se creía que los compuestos relacionados con la vida poseían una “fuerza vital” intrínseca que los hacía fundamentalmente distintos a los compuestos inorgánicos. Además, se consideraba imposible la síntesis en el laboratorio de un compuesto orgánico, a diferencia de los compuestos inorgánicos que ya se podían preparar artificialmente.
Un hito crucial ocurrió en 1828 cuando Friedrich Wöhler, quien había completado sus estudios de medicina en Alemania y trabajado en Estocolmo bajo la supervisión de Berzelius, observó un fenómeno inesperado. Al evaporar una disolución de cianato de amonio (un compuesto inorgánico), obtuvo cristales incoloros de gran tamaño que identificó como urea, un compuesto orgánico previamente aislado de la orina de los animales. Esta transformación, conocida como la síntesis de Wöhler, demostró que los compuestos orgánicos podían ser sintetizados a partir de materiales inorgánicos, desafiando la teoría de la fuerza vital y marcando un punto de inflexión en el desarrollo de la química orgánica.
Conceptos Fundamentales en Química
Definición de Química
Es la rama de las ciencias naturales que estudia la composición, estructura, propiedades y transformaciones de la materia, así como la energía involucrada en dichos cambios.
Materia
Es todo aquello que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio. La materia está conformada por partículas diminutas llamadas átomos, que a su vez se agrupan para formar moléculas u otras estructuras.
Átomo
Es la partícula más pequeña de un elemento que conserva las propiedades químicas de dicho elemento. Los átomos están compuestos por un núcleo central (con protones y neutrones) y electrones que orbitan alrededor del núcleo.
Elemento
Es una sustancia pura constituida por un solo tipo de átomo. Los elementos no pueden descomponerse en sustancias más simples por métodos químicos ordinarios y se organizan en la tabla periódica.
Molécula
Es la unión química de dos o más átomos, que pueden ser del mismo elemento (ej. O2, N2) o de elementos diferentes (ej. H2O, CO2). Una molécula es la partícula más pequeña de una sustancia que conserva sus propiedades químicas.
Compuesto
Es una sustancia pura formada por la unión química de dos o más elementos diferentes, combinados en proporciones fijas y definidas. Los compuestos tienen propiedades distintas a las de los elementos que los forman y pueden descomponerse en sus elementos constituyentes mediante reacciones químicas.
Cambios de Estado de la Materia
Los cambios de estado son transformaciones físicas que experimenta la materia al pasar de un estado de agregación a otro, generalmente debido a variaciones de temperatura o presión, implicando absorción o liberación de energía.
Evaporación
Es el proceso mediante el cual, al introducir energía calórica (calor), parte de la masa de un líquido se transforma en gas de manera gradual y en la superficie del líquido, sin necesidad de alcanzar el punto de ebullición.
Ebullición o Vaporización
Es el proceso mediante el cual, al suministrar suficiente energía calórica, la totalidad de la masa de un líquido se transforma en gas. Esta transición de fase ocurre de forma tumultuosa en todo el volumen del líquido cuando su temperatura alcanza el punto de ebullición (temperatura a la cual la presión de vapor del líquido iguala la presión externa).
Condensación
Es el proceso mediante el cual, al retirar energía calórica (enfriar), un gas se transforma en líquido. Este proceso es el inverso a la vaporización.
Licuefacción
Es el proceso mediante el cual, al aumentar significativamente la presión y, usualmente, disminuir la temperatura, un gas se transforma en líquido. Se diferencia de la condensación principalmente por el énfasis en el aumento de presión.
Solidificación
Es el proceso general mediante el cual un líquido se transforma en sólido. Este cambio puede ser inducido por una disminución de la temperatura (congelación) o, en ciertos casos, por un incremento considerable de la presión.
Congelación
Es el tipo de solidificación que ocurre cuando, al retirar energía calórica, un líquido se transforma en sólido. La transición de fase sucede cuando la temperatura desciende hasta alcanzar el punto de congelación del líquido.
Fusión
Es el proceso mediante el cual, al suministrar energía calórica (calor), un sólido se transforma en líquido. Esto ocurre a una temperatura específica llamada punto de fusión.
Sublimación
Es el proceso mediante el cual, al suministrar calor, un sólido se transforma directamente en gas, sin pasar previamente por el estado líquido.
Deposición o Sublimación Inversa
Es el proceso mediante el cual, al retirar calor, un gas se transforma directamente en sólido, sin pasar previamente por el estado líquido.
Estados de Agregación de la Materia
La materia se presenta comúnmente en tres estados de agregación principales, determinados por la intensidad de las fuerzas intermoleculares y el grado de movimiento de sus partículas constituyentes.
Sólido
En el estado sólido, las partículas (átomos, moléculas o iones) están fuertemente unidas y dispuestas en posiciones fijas, a menudo formando estructuras cristalinas ordenadas. Vibran en torno a estas posiciones, pero no se desplazan libremente. Debido a esto, los sólidos tienen forma y volumen definidos, alta cohesión, elevada densidad y gran resistencia a la fragmentación y deformación.
Líquido
En el estado líquido, las partículas están unidas por fuerzas de atracción más débiles que en los sólidos, lo que les permite moverse y deslizarse unas sobre otras, aunque permanecen en contacto. Por ello, los líquidos no tienen forma propia (adoptan la del recipiente que los contiene) pero sí volumen definido. Presentan menor cohesión que los sólidos, son generalmente menos densos y tienen la capacidad de fluir y presentar resistencia al flujo (viscosidad).
Gaseoso
En el estado gaseoso, las partículas se encuentran muy separadas entre sí y se mueven a altas velocidades de forma caótica y aleatoria. Las fuerzas de atracción entre ellas son prácticamente despreciables. Por esto, los gases no tienen forma ni volumen definidos; tienden a expandirse hasta ocupar todo el volumen del recipiente que los contiene y son fácilmente compresibles. Su comportamiento está fuertemente influenciado por la presión y la temperatura, y su gravedad específica es baja.