Es la ciencia que estudia la composición, estructura y propiedades de la materia, como así también los cambios que ésta experimenta durante las reacciones
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| ¿Qué es la química? Es la ciencia que estudia la composición, estructura y propiedades de la materia, como así también los cambios que ésta experimenta durante las reacciones químicas y su relación con la energía. Química es un término que proviene del egipcio keme (“tierra”) y es posible considerar a la química de hoy como una actualización o una forma evolucionada de la antigua alquimia. Existen diversas disciplinas dentro de la química, que se agrupan según el tipo de estudio que realizan o la clase de materia que estudian. Cabe destacar que la química también analiza los cambios que suceden en la materia durante las llamadas reacciones químicas. A grandes rasgos la química se divide en dos grupos bien definidos, la química orgánica y la química inorgánica. La química orgánica es la encargada de estudiar las reacciones químicas y la combinación de los átomos de carbono, hidrocarburos y los derivados de ambos, alcanzando a todos los elementos naturales y los tejidos orgánicos (vivos). Ofrece soluciones para mejorar la calidad de vida del ser humano, en campos como la higiene, la salud y la utilización de nuevos materiales que no sean nocivos para la ecología del entorno. Por su parte, la química inorgánica estudia a los minerales y los productos artificiales conseguidos a partir de reacciones químicas. Existen otras clasificaciones más precisas como las de bioquímica (que se especializa en la investigación de las sustancias presentes en entidades biológicas), la físico-química (destinada al estudio de cuestiones energéticas de los sistemas químicos), la química analítica y la neuroquímica, entre otras. La química es considerada la Ciencia Central dentro de las ciencias naturales, dada su ubicuidad que la vuelve imprescindible para la resolución de problemas o inquietudes en varios campos de conocimiento (como la biología, la medicina, la farmacia, la geología, la astronomía y la ingeniería). Cabe destacar, de todos modos, que la química es una ciencia empírica, que apela al método científico para crear conocimiento. Sus hallazgos nacen a partir de la observación, los experimentos y la cuantificación de los resultados. Los procesos que estudia la química involucran entes fundamentales, llamados partículas simples (electrones, protones o neutrones), o partículas compuestas (núcleos atómicos, moléculas y átomos). Dichas partículas si son analizadas desde un punto de vista microscópico pueden ser tomadas como un sistema cerrado que se caracteriza por intercambiar energía con aquello que le rodea. Si estamos ante la presencia de procesos exotérmicos, el sistema liberará energía, mientras que si se trata de un proceso endotérmico, el sistema absorberá energía de su entorno. Este último caso sólo es posible si el entorno libera energía que pueda ser atrapada por el sistema que reacciona. Ambos procesos de intercambio de energía reciben el nombre de reacción química. Tema: MATERIA
Todo cuanto podemos imaginar, desde un libro, un auto, la computadora y hasta la silla en que nos sentamos y el agua que bebemos, o incluso algo intangible como el aire que respiramos, está hecho de materia. Los planetas del Universo, los seres vivos como los insectos y los objetos inanimados como las rocas, están también hechos de materia. De acuerdo a estos ejemplos, en el mundo natural existen distintos tipos de materia, la cual puede estar constituida por dos o más materiales diferentes, tales como la leche, la madera, un trozo de granito, el azúcar, etc. Si un trozo de granito se muele, se obtienen diferentes tipos de materiales La cantidad de materia de un cuerpo viene dada por su masa, la cual se mide normalmente en kilogramos o en unidades múltiplo o submúltiplo de ésta (en química, a menudo se mide en gramos). La masa representa una medida de la inercia o resistencia que opone un cuerpo a acelerarse cuando se halla sometido a una fuerza. Esta fuerza puede derivarse del campo gravitatorio terrestre, y en este caso se denomina peso. (La masa y el peso se confunden a menudo en el lenguaje corriente; no son sinónimos). Volumen de un cuerpo es el lugar o espacio que ocupa. Existen cuerpos de muy diversos tamaños. Para expresar el volumen de un cuerpo se utiliza el metro cúbico (m³) y demás múltiplos y submúltiplos. Niveles de organización de la materia. La materia puede ser estudiada desde los puntos de vista macroscópico y microscópico. Nivel microscópicoEl nivel microscópico de la materia puede entenderse como un agregado de moléculas. Éstas a su vez son agrupaciones de átomos que forman parte del nivel microscópico. A su vez existen niveles microscópicos que permiten descomponer los átomos en constituyentes aún más elementales, que serían los siguientes:
Nivel macroscópicoMacroscópicamente, la materia se presenta en las condiciones imperantes en el sistema solar, en uno de cuatro estados de agregación molecular: sólido, líquido, gaseoso y plasma. De acuerdo con la teoría cinética molecular la materia se encuentra formada por moléculas y éstas se encuentran animadas de movimiento, el cual cambia constantemente de dirección y velocidad cuando chocan o bajo el influjo de otras interacciones físicas. Debido a este movimiento presentan energía cinética que tiende a separarlas, pero también tienen una energía potencial que tiende a juntarlas. Por lo tanto el estado físico de una sustancia puede ser:
La manera más adecuada de definir materia másica es describiendo sus cualidades:
Propiedades de la materia Las propiedades de la materia corresponden a las características específicas por las cuales una sustancia determinada puede distinguirse de otra. Estas propiedades pueden clasificarse en dos grupos: Propiedades físicas: dependen fundamentalmente de la sustancia misma. Pueden citarse como ejemplo el color, el olor, la textura, el sabor, etc. Propiedades químicas: dependen del comportamiento de la materia frente a otras sustancias y de la interacción que puede ocurrir entre ambas. Por ejemplo, la oxidación de un clavo (está constituida de hierro). Las propiedades físicas a su vez pueden clasificarse en dos grupos: Propiedades físicas extensivas: dependen de la cantidad de materia presente. Corresponden a la masa, el volumen, la longitud. Propiedades físicas intensivas: dependen sólo del material, independientemente de la cantidad que se tenga, del volumen que ocupe, etc. Por ejemplo, un litro de agua tiene la misma densidad que cien litros de agua. Otras propiedades intensivas son el punto de fusión, el punto de ebullición, el coeficiente de solubilidad, el comportamiento frente a determinados reactivos, etc. Estas propiedades son exclusivas de un elemento particular. Por ejemplo, si contamos con un sólido metálico cuya densidad es de 7,85 g/cm3, que funde a los 1500 ◦C y hierve a los 3200 ◦C. Con estas características se define físicamente a una sustancia química única llamada hierro. Recapitulando, el ejemplo típico de propiedades intensivas que vamos a considerar, sería la densidad. Si nosotros tomamos un gramo de agua y medimos el volumen que ocupa, veremos que es un centímetro cúbico. Si tomamos 2 gramos de agua, veremos que el volumen que ocupan es de 2 centímetros cúbicos. Si tomamos un kilogramo de agua, veremos que el volumen que ocupa es de 1000 centímetros cúbicos. Si nosotros queremos ahora determinar la densidad de la materia que estamos estudiando, deberemos hacer la relación, o sea el cociente, entre la masa y el volumen, puesto que esto es por definición, la densidad. d= m / v Vemos que haciéndolos respectivos cocientes, obtenemos siempre un mismo valor que es 1g/ cm^3 1g/ 1 cm^3 = 1g/ cm^3 2g/ 2 cm^3 = 1g / cm^3 1000 g / 1000 cm^3 = 1g/ cm^3 O sea, el valor de la densidad no depende de la cantidad de materia que se esté estudiando. En función de los distintos valores que presenten las propiedades intensivas en las distintas muestras que se estén estudiando, haremos una clasificación de la materia; es decir estableceremos que existen distintas clases de materia. Esas distintas clases de materia, las llamaremos sustancias. Surge así el concepto de sistema material. Ley de la conservación de la materia.Como hecho científico la idea de que la masa se conserva se remonta al químico Lavoisier, el científico francés considerado padre de la Química moderna que midió cuidadosamente la masa de las sustancias antes y después de intervenir en una reacción química, y llegó a la conclusión de que la materia, medida por la masa, no se crea ni destruye, sino que sólo se transforma en el curso de las reacciones. Sus conclusiones se resumen en el siguiente enunciado: En una reacción química, la materia no se crea ni se destruye, solo se transforma. El mismo principio fue descubierto antes por Mijaíl Lomonosov, de manera que es a veces citado como ley de Lomonosov-Lavoisier, más o menos en los siguientes términos: La masa de un sistema de sustancias es constante, con independencia de los procesos internos que puedan afectarle, es decir, "La suma de los productos, es igual a la suma de los reactivos, manteniéndose constante la masa". Tema: Estados de agregación de la materia. O simplemente estados de la materia: Sólido Líquido Gaseoso Características micro y macroscópicas de los estados de la materia:
Tema: Cambios de estado de la materia.
Leyes: Todos los cambios de estado están sujetos a leyes que son comunes a todos ellos. 1ra Ley: Cada sustancia pura a una determinada presión posee una temperatura de cambio de estado que le es propia y característica. Ejemplo: el agua a 1atm de presión, funde a 0gr centígrados y hierve a 100gr centígrados. 2da. Ley: Mientras dura un cambio de estado la temperatura no sufre cambios. 3ra. Ley: A cada cambio de estado progresivo le corresponde un cambio de estado progresivo. Tema: SISTEMAS MATERIALES Los sistemas materiales se definen como una porción de la materia confinada en una porción del espacio. Al hablar de un “sistema material” estamos haciendo alusión a una parte del espacio total que separamos real o imaginariamente para poder estudiarlo o analizarlo. Se diferencia de un objeto físico particular en que este tiene límites bien precisos, mientras que un sistema material puede no tener límites tan precisos. Clasificación de los sistemas materiales o simplemente materia
Sustancias puras: Contienen un solo componente, de composición y propiedades fijas, es decir que las propiedades intensivas son iguales en todas sus partes. Están constituidos por una sola fase, aunque pueden estar formadas por una o más sustancias (componentes) Se dividen en:
Mezclas: Se llama mezcla a la unión de dos o más sustancias puras, por lo que su composición química y sus propiedades son variables. La mezclas pueden ser homogéneas o heterogeneas.
Fase: Llamamos fase al conjunto de partes de un sistema que presenta las mismas propiedades intensivas.
Tema: Procesos de separación de la materia Salvo muy pocas excepciones, casi todos los elementos químicos o compuestos químicos se encuentran naturalmente en un estado impuro, tales como una mezcla de dos o más sustancias. Los procesos de separación pueden ser clasificados como procesos de transferencia de masas. La clasificación puede basarse en los medios de separación, mecánicos, físicos o químicos. Las separaciones mecánicas suelen ser favorecidas en lo posible, debido al menor costo de operación comparado con las separaciones químicas. Los sistemas que no pueden ser separados por medios puramente mecánicos o físicos (por ejemplo, el petróleo) hacen que la separación química sea la solución restante. La mezcla a tratar puede ser una combinación de dos o más estados de agregación. Clasificación de operaciones de separación y fraccionamiento: La clasificación de estas operaciones se puede hacer distinguiendo el procedimiento y su resultado final: 1) Ninguno de los componentes a separar sufra una transformación ni física (cambio de estado), ni química durante el proceso. Estas separaciones suelen llamarse mecánicas. Ejemplos: filtración, sedimentación, decantación, flotación, centrifugación, imantación, precipitación electrostática. 2) Por lo menos uno de los componentes a separar sufra un cambio de estado, pero sin producirse reacciones químicas; estas separaciones pueden denominarse físicas. Ejemplos: evaporación, secado, concentración, destilación, lixiviación, cristalización y adsorción. 3) La separación donde por lo menos uno de los componentes sufra una reacción química, se llaman separaciones químicas. Métodos de separación Los métodos de separación de fases de mezclas son aquellos procesos físicos por los cuales se pueden separar los componentes de una mezcla. Por lo general el método a utilizar se define de acuerdo al tipo de componentes de la mezcla y a sus propiedades particulares, así como las diferencias más importantes entre las fases. La separación es la operación en la que una mezcla se somete a algún tratamiento que la divide en al menos dos sustancias diferentes. En el proceso de separación, las sustancias conservan su identidad, sin cambio alguno en sus propiedades químicas. Entre las propiedades físicas de las fases que se aprovechan para su separación, se encuentra el punto de ebullición, la solubilidad, la densidad y otras más. Filtración: Es el método que se usa para separar un sólido insoluble de un líquido. El estado de subdivisión del sólido es tal que lo obliga a quedar retenido en un medio poroso o filtro por el cual se hace pasar la mezcla. Este método es ampliamente usado en varias actividades humanas, teniendo como ejemplos de filtros los coladores para hacer café, telas de algodón o sintéticas, coladores o cribas caseros y los filtros porosos industriales, de cerámica, vidrio, arena o carbón. Tamización o tamizado: Es un método físico para separar mezclas en el cual se separan dos sólidos formados por partículas de tamaño diferente. Consiste en hacer pasar una mezcla de partículas de diferentes tamaños por un tamiz, cedazo o cualquier cosa con la que se pueda colar. Las partículas de menor tamaño pasan por los poros del tamiz o colador atravesándolo y las grandes quedan atrapadas por el mismo. Un ejemplo podría ser: si se saca tierra del suelo y se espolvorea sobre el tamiz, las partículas finas de tierra caerán y las piedras y partículas grandes de tierra quedarán retenidas en el tamiz. De esta manera se puede hacer una clasificación por tamaños de las partículas. Para aplicar el método de la tamización es necesario que las fases se presenten al estado sólido. Se utilizan tamices de metal o plástico, que retienen las partículas de mayor tamaño y dejan pasar las de menor diámetro. Decantación: Se utiliza para separar líquidos que no se disuelven entre sí (como agua y aceite) o un sólido insoluble en un líquido (como agua y arena). El aparato utilizado, que se muestra en la fotografía, se llama ampolla o embudo de decantación. La decantación es el método de separación más sencillo, y comúnmente es el preámbulo a utilizar otros más complejos con la finalidad de lograr la mayor pureza posible. Para separar dos fases por medio de decantación, se debe dejar la mezcla en reposo hasta que la sustancia más densa se sedimente en el fondo. Luego dejamos caer el líquido por la canilla, cayendo en otro recipiente, dejando arriba solamente uno de los dos fluidos. Flotación: Es en realidad una forma de decantación. Se utiliza para separar un sólido con menos densidad que el líquido en que está suspendido, por ejemplo, en una mezcla de agua y pedazos de corcho. Centrifugación: Es un método por el cual se pueden separar sólidos de líquidos de diferente densidad mediante una fuerza giratoria. La fuerza centrífuga es provista por una máquina llamada centrífugadora, la cual imprime a la mezcla un movimiento de rotación que origina una fuerza que produce la sedimentación de los sólidos o de las partículas de mayor densidad. Imantación: es un método que consiste en separar una mezcla en la que una de las sustancias tiene propiedades magnéticas, es decir, se utiliza un material que contenga un campo magnético para separar las sustancias metálicas en la mezcla, como la extracción de las limaduras de hierro en una mezcla con arena. Precipitación electrostática: Es un proceso en el cual partículas sólidas o líquidas contenidas en una corriente gaseosa son cargadas eléctricamente y removidas de la corriente gaseosa bajo la influencia de un campo eléctrico. Se utiliza para purificar gases. Evaporación: es un proceso físico que consiste en el paso lento y gradual de un estado líquido hacia un estado gaseoso, tras haber adquirido suficiente energía para vencer la tensión superficial. A diferencia de la ebullición, la evaporación se puede producir a cualquier temperatura, siendo más rápido cuanto más elevada sea esta. No es necesario que toda la masa alcance el punto de ebullición. Cuando existe un espacio libre encima de un líquido, una parte de sus moléculas está en forma gaseosa, al equilibrase, la cantidad de materia gaseosa define la presión de vapor saturante, la cual no depende del volumen, pero varía según la naturaleza del líquido y la temperatura. Si la cantidad de gas es inferior a la presión de vapor saturante, una parte de las moléculas pasan de la fase líquida a la gaseosa: eso es la evaporación. Cuando la presión de vapor iguala a la atmosférica, se produce la ebullición. Secado de sólidos: consiste en separar pequeñas cantidades de agua u otro líquido de un material sólido con el fin de reducir el contenido de líquido residual hasta un valor aceptablemente bajo. El secado es habitualmente la etapa final de una serie de operaciones y existen diferentes formas de secado directo o por calor, o indirecto o por aspersión. La destilación se usa para separar dos líquidos miscibles entre sí, que tienen distinto punto de ebullición, como una mezcla de agua y alcohol etílico; o bien, un sólido no volátil disuelto en un líquido, como la mezcla de permanganato de potasio disuelto en agua. Destilación: El proceso de destilación se inicia al aplicar altas temperaturas a la mezcla. El líquido más volátil se evaporará primero, quedando el otro puro. Luego, la fase evaporada se recupera mediante condensación al disminuir la temperatura. Este proceso es usado para mezclas de líquidos termoestables, con diferentes puntos de ebullición, o para sólidos disueltos en un líquido. Según el tipo de mezcla que se desee separar, se contemplan dos tipos de destilación: la destilación simple en la cual se separan sólido y líquido; y la destilación fraccionada en la que se separan dos líquidos. En la segunda es en la que se obtiene una mejor separación de los componentes, si bien esta va a depender de qué tan alta sea la diferencia entre los puntos de ebullición de las diferentes fases. Los métodos de destilación son ampliamente utilizados en la industria licorera, la petrolera y la de tratamiento de aguas, así como en los laboratorios. Levigación: es un método que consiste en tratar una mezcla con un disolvente líquido para separar algunos de sus componentes, ya sea por el arrastre de una sustancia, como en la extracción del almidón, o porque una fase es soluble en el líquido y por ende se separa del resto de la mezcla, no soluble. Es una mezcla de dos elementos o más. Lixiviación selectiva Este método de separación consiste en colocar, por medio de disolventes orgánicos, aceites esenciales de plantas aromáticas o medicinales. La lixiviación es común en la confección de perfumes, productos de limpieza y medicamentos. De igual manera, se utiliza en la extracción de minerales en las minas como las esmeraldas, joyas, diamantes, etc. Cromatografía: que involucra la separación de sustancias disueltas diferentes (fase móvil) que fluyen a través de un material o fase estacionaria. Las sustancias disueltas de la fase móvil se separan en base a su interacción con la fase estacionaria. Métodos de separación de Fases (Sistemas Heterogéneos). 1. Filtración: separa 1 fase sólida de 1 fase líquida. Ej. Arena y agua. 2. Tamización: sirve para separar fases sólidas, los sólidos deben tener partículas de diferente tamaño. Ej. Arena y pedregullo. 3. Decantación: sirve para separar dos líquidos no miscibles. Ej. Aceite y agua. Sirve también para separar un sistema heterogéneo formado por una fase sólida y una fase líquida (Sedimentación). 4. Centrifugación: se logra sedimentar rápidamente un sólido que no se disuelve en un líquido. 5. Disolución: sirve para separar fases sólidas, si se encuentra un líquido que disuelva a uno solo de los sólidos. Ej. Sal y arena. 6. Imantación: sirve para separar fases sólidas, de las cuales una tiene que ser un metal, que sea atraído por un imán. 7. Sublimación: sirve para separar fases sólidas, una de ellas debe sublimar fácilmente. Diferencias entre la mezcla y la combinación de dos sustancias simples: Una mezcla de dos o más sustancias simples puede hacerse según una relación de masas de dichos componentes que puede variar en forma continua entre límites amplios. Las sustancias que se han mezclado conservan sus propiedades y pueden ser separadas por procedimientos mecánicos, físicos o ambos combinados. En una sustancia compuesta (combinación química), la relación de las masas de los componentes es siempre la misma, es decir que la sustancia compuesta tiene composición química constante. Dichos componentes no pueden ser separados por medios mecánicos ni físicos porque se hallan combinados formando una asociación (molécula, red cristalina, etc.) distinta a la que formaban las sustancias simples por separado. Por lo tanto, las propiedades físicas y químicas de las sustancias compuestas (combinación química) difieren de las propiedades de cada una de las sustancias que la formaron, es decir, que cada especie química tiene propiedades particulares y características. |
