Fundamentos de la Química y Clasificación de la Materia

La Química se define como el estudio de la materia y los cambios que esta experimenta. La materia es cualquier cosa que ocupa un espacio y tiene masa (ejemplo: el aire).

Propiedades de los Sistemas Materiales

Los sistemas materiales se clasifican a través de sus propiedades, las cuales pueden ser:

• Físicas: Son determinadas sin que ocurra ningún cambio en la composición del sistema. Ejemplos: sabor, olor, punto de fusión, etc.
• Químicas: Describen el comportamiento del sistema cuando se producen cambios en su composición.

División de la Materia

La materia se divide en:

Sustancias Puras

Son especies de materia que no pueden ser fraccionadas por métodos físico-químicos. Poseen una composición química definida y constante.

• Compuestos: Pueden descomponerse en dos o más elementos. Ejemplos: agua (H₂O), sal (NaCl).
• Elementos: Sustancias fundamentales (ejemplo: Hidrógeno).

Mezclas

No poseen composición química definida y pueden ser fraccionadas. Se dividen en:

• Homogéneas (Disoluciones): Presentan iguales propiedades en todos los puntos de su masa y no se observan superficies de discontinuidad. La composición de la mezcla es la misma en toda la disolución.
• Heterogéneas: Poseen distintas propiedades en diferentes puntos de su masa y presentan superficies de discontinuidad.

Separación de Mezclas

Mezclas Heterogéneas (Separación de Fases)

Métodos comunes:

• Filtración
• Decantación
• Centrifugación
• Tamización

Disoluciones (Métodos de Fraccionamiento)

• Vaporización

Estructura Atómica y Teoría de Dalton

Conceptos Fundamentales

• Elementos: Están compuestos por pequeñas partículas llamadas átomos.
• Moléculas: Es la menor porción de una sustancia que puede existir en estado libre.
• Átomo: Es la menor porción de un elemento capaz de entrar en composición química.

Postulados de la Teoría Atómica de Dalton

La materia se encuentra constituida por pequeñas unidades, según la teoría atómica:

1. Todo elemento está compuesto de partículas pequeñas denominadas átomos.
2. Los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí en todas sus propiedades.
3. Los elementos distintos tienen átomos diferentes entre sí.
4. Cuando dos elementos se combinan químicamente, lo hacen en una proporción de números enteros de átomos.
5. Los átomos no pueden ser destruidos; solo se puede modificar su distribución.

Constitución de los Átomos

Los átomos se hallan constituidos por dos zonas:

• Núcleo (Zona Central): Contiene protones (+) y neutrones.
• Zona Extranuclear: Contiene electrones (-).

Parámetros Atómicos

• Número Atómico (Z): Es el número de protones que contiene cada uno de sus átomos.
• Número Másico (A): Es la suma de protones y neutrones que posee el núcleo.

La Tabla Periódica de los Elementos

En la Tabla Periódica se encuentran agrupados los elementos que tienen propiedades físicas y químicas similares. Los elementos están acomodados de acuerdo con su número atómico (Z):

• Periodos: Filas horizontales.
• Grupos: Columnas verticales.

Clasificación de los Elementos

Los elementos se dividen en tres categorías principales:

• Metales: Buenos conductores del calor y la electricidad.
• No Metales: Malos conductores del calor y la electricidad.
• Metaloides: Tienen propiedades intermedias entre los metales y los no metales.

Material de Laboratorio Químico

Material Volumétrico

Se utiliza para medir volúmenes exactos. Están diseñados de tal forma que un pequeño incremento del volumen del líquido da lugar a una variación grande en el nivel del líquido.

• Matraz Aforado: Recipiente de vidrio con base plana que puede contener un volumen preciso de líquido. En el cuello presenta una marca que se llama aforo.
• Probeta: Es un cilindro graduado de vidrio con base plástica que permite medir volúmenes de líquido.
• Pipeta: Es una pieza de vidrio alargada y estrecha que permite medir volúmenes pequeños con mayor precisión.

Material No Volumétrico

• Vaso de Precipitado: Recipiente de vidrio o plástico que se utiliza en operaciones de obtención de precipitados, disolución de sólidos y para el calentamiento de líquidos.
• Matraz Erlenmeyer: Frasco de vidrio o plástico que se utiliza en técnicas de volumetría y también puede utilizarse para recoger un filtrado.
• Tubo de Ensayo: Es un tubo de vidrio de fondo redondeado. Su principal uso es la realización de reacciones químicas de tipo cualitativo.

Enlaces Químicos y Reacciones

Estructura de Lewis

Es una representación gráfica que muestra los electrones que se encuentran en la última capa. Esta representación se usa para determinar la cantidad de electrones de valencia de un elemento que interactúa con otros formando enlaces.

• Electrones de Valencia: Es la cantidad de electrones que se encuentran en el último nivel de energía. El número total de electrones representados en un diagrama de Lewis es igual a la suma de los electrones de valencia.

Tipos de Enlaces

• Enlace Covalente: Los átomos comparten electrones. El par de electrones compartidos se representa con una línea.
• Enlace Iónico: Se forma por la fuerza electrostática que une a los iones en un compuesto iónico. Ocurre cuando un átomo cede electrones y el otro los acepta.

Reacciones de Óxido-Reducción (Redox)

Las reacciones químicas se dividen en dos grandes grupos:

1. Aquellas en las que los átomos de las sustancias intervinientes conservan su estado de oxidación.
2. Aquellas en las que intervienen átomos que modifican sus estados de oxidación en la formación del producto. Este tipo de reacciones se denomina Redox.

Cálculo del Número de Oxidación

El estado o número de oxidación representa la carga hipotética que tendría un átomo si los electrones de los enlaces fueran asignados al elemento más electronegativo. Para calcular el número de oxidación existen reglas generales:

1. El número de oxidación de un elemento en estado libre siempre vale 0.
2. La suma algebraica del estado de oxidación de los átomos de un compuesto neutro es 0.
3. El oxígeno (O) trabaja casi siempre con -2 (excepto en peróxidos).

Soluciones y Concentración

Componentes de una Solución

• Solvente (Disolvente): Es la cantidad mayoritaria de la solución; es aquello que contiene al soluto.
• Soluto: Es la sustancia que se disuelve en el solvente.

Tipos de Soluciones (Según la Concentración)

• Solución Diluida: Aquella en donde la cantidad de soluto interviene en mínima proporción en un volumen determinado.
• Solución Concentrada: Tiene una cantidad significativa de soluto en un volumen determinado. Dentro de esta, se encuentran:
  • Insaturada: Es aquella que no tiene la cantidad máxima posible de soluto.
  • Saturada: Es la que tiene la mayor cantidad posible de soluto. En ellas existe un equilibrio entre el soluto y el solvente.

Molaridad (M)

Se define como el número de moles de soluto en un litro de solución.

Nomenclatura Química

En la fórmula, se coloca en el último término el elemento más electronegativo. En los compuestos binarios, a su nombre se le agrega la terminación -uro (ejemplo: cloruro de sodio). Para el oxígeno, se usa el término óxido.