Las propiedades de los materiales y su clasificación química
Segunda revolucion de la quimica
Durante la Edad Media y el Renacimiento los alquimistas estudiaron las características y las propiedades de los materiales mediante la observación y la experimentación; con sus hallazgos sentaron las bases de la Química moderna.
El 3 de septiembre de 1860, se reunieron 140 químicos en el salón de actos de la Cámara Estatal de Karlsruhe, pequeña ciudad al sur de Alemania. A este Primer Congreso Internacional de Química asistieron el italiano Stanislao Cannizzaro y el ruso Dimitri Mendeleiev, cuyos trabajos habrían de contribuir a sistematizar y profundizar el conocimiento de los elementos químicos.
Hacia finales del siglo XIX se conocían 60 elementos diferentes y algunos de ellos exhibían propiedades físicas y químicas similares, fue entonces que comenzaron a generar diferentes sistemas de clasificación que representaban los elementos separados en diferentes grupos o familias esquematizados en una tabla. En 1869 el químico Ruso Dimitri Mendeleiev elaboro una propuesta que resulto muy útil y exitosa por su capacidad predictiva.
Dimitri Mendeleiev, escribió en tarjetas individuales todas las características conocidas de cada elemento: su símbolo, su masa atómica y su capacidad de combinación con otros elementos (que hoy conocemos como valencia).
Durante nueve años buscó la mejor manera de organizar sus tarjetas. Al final, las ordenó empezando con los elementos que tienen menor masa atómica. De esta manera, observó que cada ocho tarjetas reaparecían ciertas propiedades químicas; por ejemplo, el litio, el sodio y el potasio (que ocupan los lugares 3, 11 y 19) son metales que reaccionan con mucha facilidad. Al hecho de que las propiedades de los elementos se repitan cada cierto número de lugares lo llamó periodicidad.
Tabla periodica: organizacion y regularidades de los elementos quimicos
La tabla periódica es una disposición tabular de los elementos químicos, ordenados por su número atómico, configuraciones electrónicas y propiedades químicas recurrentes. Este orden muestra tendencias periódicas , tales como elementos con comportamiento similar en la misma columna. En general, dentro de una fila (período) los elementos son metales en la izquierda, y no-metales en la derecha.
La tabla periódica es uno de los símbolos más emblemáticos de la ciencia, en ella se resumen muchos de los conocimientos de la química. En cualquiera de sus versiones está presente en aulas y laboratorios del mundo. Ninguna otra disciplina cuenta con un documento parecido.
El sistema periódico desarrollado en la segunda mitad del siglo XIX, proporcionó una ordenación sistemática de los elementos en grupos naturales. El alcance de esta ordenación permitió predecir con bastante certeza las propiedades de algunos elementos desconocidos y los probables compuestos que formaban. Desarrollos posteriores proporcionaron la base teórica de la Tabla Periódica actual. El gran número de elementos conocidos y sustancias sintetizadas generó la necesidad urgente de clasificarlos.
Analisis de la tabla periodica
En la tabla periodica los elementos que tienen un patron similar de configuracion electronica en la capa externa se disponen en las mismas columnas, estos llamados grupos o familias. Aquellos elementos que presentan identicos niveles energeticos se disponen en las mismas filas, llamadas periodos.
Grupos o familias
Es un ordenamiento vertical de los elementos en la tabla periodica, de acuerdo a sus propiedades químicas semejantes. Estas se pueden dividir en grupo A (elementos representativos) y grupo B (elementos de transición) que a su vez forman 18 columnas en las cuales están los elementos con propiedades químicas semejantes.
A cada grupo o familia se le asigna un numero en romano del uno al 18; algunas familias de elementos se le conoce por un nombre especial, a otros se les puede asignar con el nombre del elemento que ocupa el primer lugar de arriba hacia abajo.
A cada grupo o familia se le asigna un numero en romano del uno al 18; algunas familias de elementos se le conoce por un nombre especial, a otros se les puede asignar con el nombre del elemento que ocupa el primer lugar de arriba hacia abajo.
Periodos
Las siete líneas o filas horizontales que aparecen en la tabla periódica son denominados períodos. Desplegadas de arriba hacia abajo, que conforman la Tabla Periódica. Igualmente se encuentran numerados del 1 al 7, lo cual sucede no sólo a su orden correlativo, sino porque el número de cada uno de los períodos señalan el numero de nivel de energia principal que los electrones de los elementos, pertenecientes a un período específico, comienzan a llenar.
Electronegatividad
La electronegatividad es básicamente una medida que demuestra la capacidad que ostenta un átomo de atraer para sí los electrones que corresponden a otro átomo cuando ambos conforman un enlace químico.
Enlace quimico
modelos de enlace: covalente, iónico y metalico
Un enlace químico es el proceso químico responsable de las interacciones atractivas entre átomos y moléculas, y que confiere estabilidad a los compuestos químicos diatómicos y poliatómicos. La explicación de tales fuerzas atractivas es un área compleja que está descrita por las leyes de la química cuántica.
La mayoria de las propiedades de los materiales dependen de los tipos de atomos que se componen, la proporcion en que estos se encuentran en las moleculas y la forma en que se unen formando enlaces. para explicar las propiedades de los materiales, se han establecido tres modelos de enlace: covalente, ionico y metalico.
La mayoria de las propiedades de los materiales dependen de los tipos de atomos que se componen, la proporcion en que estos se encuentran en las moleculas y la forma en que se unen formando enlaces. para explicar las propiedades de los materiales, se han establecido tres modelos de enlace: covalente, ionico y metalico.
Modelo de enlace ionico
se forman cuando se unen un elemento metalico (que dona electrones) y otro elemento no metalico (que los recibe) en este caso, los electrones se transfieren de un atomo a otro.
Las sustancias con enlace ionico se disuelven en agua, conducen la electricidad y son solidos y quebradizos; ademas tienen altos puntos de fusion. Algunos ejemplos son: KCI, NaCI, CsCI, ZnS, CaF y TiO.
La transferencia electrónica en el enlace iónico se da siempre desde los átomos metálicos hacia los no metálicos, o en todo caso, desde los más electronegativos hacia los menos. Esto se debe a que la juntura se produce por atracción entre partículas de distinto signo, cuya variación en el coeficiente de electronegatividad sea mayor o igual a 1,7 en la escala de Pauling.
Enlace covalente
Este enlace se presenta en el oro, la plata, el aluminio, etc. Los electrones tienen cierta movilidad; por eso, los metales son buenos conductores de la electricidad. La nube de electrones actúa como "pegamento" entre los cationes. Por esta razón casi todos los metales son sólidos a temperatura ambiente.
Un enlace covalente se forma cuando dos átomos comparten uno o más pares de electrones. La condición para que el enlace tenga un elevado carácter covalente es que la diferencia de electronegatividad entre ambos átomos sea cero o muy pequeña. Ambos electrones son compartidos por los dos átomos. Por simplicidad se acostumbra a respresntar el par de electrones compartidos por una línea (H-H).
Enlace metalico
El enlace metálico se produce cuando se combinan metales entre sí. Los átomos de los metales necesitan ceder electrones para alcanzar la configuración de un gas noble. En este caso, los metales pierden los electrones de valencia y se forma una nube de electrones entre los núcleos positivos.
Que una sustancia, el reactivo, sea modificada por algún tipo de energia, como calor, luz o electricidad, para originar uno o más productos.
Identificación de cambios químicos y el lenguaje de la química
Un cambio químico es una variación en la estructura interna de un compuesto, al punto de que será distinto al origen que tenía. Por otra parte, este tipo de cambio suele ser irreversible.
para distinguir entre los procesos que implican solo un cambio en el estado de agregacion o de reducción de tamaño, de los que implican una transformación en nuevas sustancias, utilizamos el termino cambio químico. En un cambio químico se verifica un cambio en la naturaleza de la sustancia. Es una modificación profunda que implica transformaciones en la composición y siempre que ocurre se generan especies nuevas. Algunos ejemplos son las reacciones de combustión, las interacciones entre un ácido y una base y las reacciones de transferencia electrónica.
reacciones químicas (ecuación química)
Reacción Química. También conocido como cambio químico. Proceso químico en el cual dos o más sustancias llamadas reaccionantes, por efecto de un factor energético, se transforman en otras sustancias llamadas productos. Esas sustancias pueden ser elementos o compuestos.
La importancia de las reacciones químicas es notoria en muchos aspectos de la vida diaria en fenómenos tales como explosiones; procesos vitales tales como alimentación, respiración etc. Todas las sustancias que a diario utilizamos son o fueron producto de reacciones químicas.
Estamos rodeados por reacciones químicas; tienen lugar en laboratorios, pero también en fábricas, automóviles, centrales térmicas, cocinas, atmósfera, interior de la Tierra... Incluso en el cuerpo humano ocurren miles de reacciones químicas a cada instante, que determinan lo que hacemos y pensamos.
Manifestaciones y representación de reacciones químicas (ecuación química)
Una ecuación química es un enunciado que utiliza fórmulas químicas para describir las identidades y cantidades relativas de los reactivos y productos involucrados en una reacción química.
La manifestacion de una reaccion química depende de la naturaleza de las sustancias participantes. Para que ocurra un cambio químico se requiere que se cumpla una de estas condiciones, o ambas:
- Que se pongan en contacto dos o mas sustancias, a las cuales se les denominan reactivos; al terminar la reaccion, se habrán formado una o mas sustancias, llamadas productos, que tendrán propiedades diferentes a las de los reactivos.
como ya sabemos, las reacciones químicas cumplen con la ley de conservación de la masa, por lo tanto, las ecuaciones químicas deben dar cuenta de que la masa se conserva. para ello, ademas de las formulas de las sustancias, tambien se tiene que indicar cuantas de estas formulas paticipan.
A los números representados como a, b y c se les llama coeficientes estequiometricos y denominan la cantidad de formulas de cada sustancia que participa en la reaccion. Cuando una ecuacion química cumple con la Ley de conservacion de la masa y tiene el mismo numero de átomos de cada elemento antes (reactivos) y despues (productos) se dice que esta balanceada.
La caloría como unidad de medida de la energía
¿que me conviene comer?
Los alimentos:
Los alimentos son sustancias que al ser ingeridas por nuestro organismo sirve para suministrar a las células del cuerpo que son imprescindibles para el crecimiento, la restauración y el buen funcionamiento de los tejidos y los órganos vitales.
La caloría:
Es una unidad de medida de energía que significa la cantidad de energía calorífica que se necesita para que un gramo de agua suba un grado de temperatura.
Las calorías son también una unidad de medida que nos indica la cantidad de energía que nos aportan los alimentos.
Las calorías son también una unidad de medida que nos indica la cantidad de energía que nos aportan los alimentos.
Nutrición:
Conjuntos de reacciones químicas que, a partir de los alimentos ingeridos , tienden a suministrar la energía vital necesaria para los organismos.
Conjuntos de reacciones químicas que, a partir de los alimentos ingeridos , tienden a suministrar la energía vital necesaria para los organismos.
Metabolismo:
El metabolismo es un conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en las células del cuerpo. El metabolismo transforma la energía que contienen los alimentos que ingerimos en el combustible que necesitamos para todo lo que hacemos, desde movernos hasta pensar o crecer. Proteínas específicas del cuerpo controlan las reacciones químicas del metabolismo, y todas esas reacciones químicas están coordinadas con otras funciones corporales.
El metabolismo consta de 2 etapas:
- El anabolismo: mediante las reacciones anabolicas los nutrientes se reorganizan formando macrocéfalas,algunas de estas se incorporan a las células ,en cambio otras tienen una función de enzimas que se encargan de actuar en reacciones químicas especificas dentro del organismo.
- El catabolismo: es el proceso en el cual las moléculas grandes se rompen en otras mas pequeñas por radio de reacciones catabolismo.La digestión es un ejemplo de reacciones catabolicas mediante las cuales los carbohidratos se simplifican en monosacaridos.
Glucosa:
La glucosa es un componente muy importante para la sangre , su nivel normal es de 60 mg a 110 mg/di, si sobre pasa este limite se considera glucosa alta.
La consecuencia es la diabetes mellitus que si no es controlada adecuadamente , tiene consecuencias fatales.
Tercera revolución de la química
La tercera gran revolución de la química inicio alrededor de 1855 y se extendido hasta la primera mitad del siglo XX la cual dio lugar a los modelos atómicos y moleculares con los que en la actualidad explicamos y predecimos la composición, propiedades y estructura de los materiales.
Los trabajos de Gilbert Lewis, y Linus Pauling permitierón explicar y predecir la estructura y geometría molecular con base en las interacciones entre las partículas fundamentales que componen a los átomos.
La aportación mas destacada para el estudio de la naturaleza del enlace químico en los compuestos, la llevó a cabo el estadounidense Pauling, quien en 1932 propuso la teoría del enlace de valencia, fundamentado en las energías de reactividad de los elementos químicos, de acuerdo con la capacidad electronegativa de los átomos.
La aportación mas destacada para el estudio de la naturaleza del enlace químico en los compuestos, la llevó a cabo el estadounidense Pauling, quien en 1932 propuso la teoría del enlace de valencia, fundamentado en las energías de reactividad de los elementos químicos, de acuerdo con la capacidad electronegativa de los átomos.
Aportaciones de Lewis y Pauling:
Las aportaciones de Lewis y Pauling revolucionaron el campo moderno científico, sus investigaciones en las áreas fisicoquímicas fueron y son de vital importancia en distintas ramas de la química y la biología.
Aportaciones de Gilbert Lewis
Gilbert Newton Lewis, realizó importantes estudios sobre los electrones periféricos de los átomos entre otros aportes de suma importancia que serán nombrados a continuación.
El átomo cúbico
El modelo atómico de Lewis es considerado una versión previa del modelo atómico actual, cuyos electrones de valencia se hallan ubicados dentro de un cubo hipotético usado como referente para representar la estructura atómica.
Este modelo fue útil para formalizar también el concepto de valencia que vendría a ser nada más y nada menos que la capacidad de combinación de un átomo para constituir un compuesto.
La regla del octeto
Fue en 1916 cuando Gilbert Newton Lewis anunció que los átomos del sistema periódico tienden a obtener sus últimos niveles de energía con 8 electrones, de forma que se estabiliza su configuración igualando incluso a un gas noble.
Esta regla es aplicable en el enlace de átomos que determinarán la naturaleza el comportamiento y los atributos de las moléculas.
La estructura de Lewis
Es la estructura molecular en la que los electrones de valencia son simbolizados como puntos entre los átomos que hacen enlace. Es decir, dos puntos significan un enlace covalente, un enlace doble vendría a ser entonces dos pares de puntos, entre otros.
Los electrones se simbolizan también como puntos pero se colocan de manera adyacente a los átomos. Estas son las siguientes cargas formales (+, -, 2+, etc.) que se le agregan a los átomos para diferenciar entre la carga nuclear positiva y la totalidad de los electrones.
Aportaciones de Pauling
Linus Pauling es un físico y químico proveniente de los Estados Unidos de Norteamérica cuyo nombre se dio a conocer por sus investigaciones sobre el enlace químico y las estructuras moleculares.
La electronegatividad
La electronegatividad estudia la tendencia de un átomo de atraer una nube de electrones mientras ocurre un enlace atómico. Se utiliza para ordenar los elementos según su electronegatividad y fue desarrollado en 1932 llevando este método a futuros hallazgos y adelantos en la química actual.
Las mediciones son rasgos pragmáticos que van de 4.0 el más alto (el flúor) y un rango de 0,7 al francio, todos los demás rangos oscilan entre estas dos denominaciones.
La naturaleza del enlace químico y la estructura de las moléculas cristales
Es el libro más citado por los científicos desde su publicación en 1939, catapultando a Pauling a la palestra de la comunidad científica de ayer y hoy.
Fue Pauling quien propuso la teoría de la hibridación como mecanismo que justifica la distribución de los electrones de valencia sean tetraédricos, planos, lineales o triangulares. Un orbital híbrido son orbitales atómicos combinados. Los orbitales híbridos tienen una forma igual y una justa orientación espacial.
El número de orbitales híbridos formados es equivalente al número de orbitales atómicos que se combinan, también disponen de una zona o lóbulo enlazante.
Descubrimiento de la hélice alfa y la lámina beta
Para la explicación de la hélice alfa, Pauling argumenta que la estructura constaba de una hélice de tres cadenas, con la cadena de azúcar-fosfato en el centro.
Sin embargo, los datos eran empíricos y aún había una serie de fallas que corregir. Fue entonces cuando Watson y Crick mostraron al mundo la doble hélice actual que define la estructura del ADN.
Rosalind Franklin había obtenido una muestra visual de la base helicoidal del ADN y fue llamado estructura B. Su trabajo cristalográfico fue esencial para este hallazgo.
La lámina beta u hoja plegada fue otro de los modelos propuestos por Pauling en la que explica las posibles estructuras que una proteína está en capacidad de adoptar.
Serología
El campo de la serología también fue dominado por Pauling quien dirigió su mente entonces a la interacción y dinamismo entre antígenos y anticuerpos.
Llegó incluso a manejar la teoría de que la razón por la que los antígenos y anticuerpos se podían combinar específicamente era por su afinidad en la forma de sus molécula. Esta teoría fue llamada teoría de la complementariedad molecular y creó un amplio despliegue de experimentos posteriores que, en refuerzo a esta teoría, lo llevaría por nuevos senderos en el campo serológico.
Uso de la tabla de electronegatividad
La electronegatividad de un elemento mide su tendencia a atraer hacia sí electrones, cuando está químicamente combinado con otro átomo. Cuanto mayor sea, mayor será su capacidad para atraerlos.
La electronegatividad de un átomo en una molécula está relacionada con su potencial de ionización y su electroafinida
Un átomo con una afinidad electrónica muy negativa y un potencial de ionización elevado, atraerá electrones de otros átomos y además se resistirá a dejar ir sus electrones ante atracciones externas; será muy electronegativo.
- Las electronegatividades de los elementos representativos aumentan de izquierda a derecha a lo largo de los periodos y de abajo a arriba dentro de cada grupo.
- Las variaciones de electronegatividades de los elementos de transición no son tan regulares. En general, las energías de ionización y las electronegatividades son inferiores para los elementos de la zona inferior izquierda de la tabla periódica que para los de la zona superior derecha.
Comparación y representación de escalas de medida
Escalas y representacion
La escala es la relación entre dos cantidades de la misma dimensión como la longuitud.
La notación científica se emplea para expresar números muy grandes o muy pequeños. Por ejemplo, 18 gramos de agua contienen 602.300.000.000.000.000.000.000 moléculas de agua. En notación científica se puede expresar como 6,023 1023.unidad de medida: mol
El mol es la unidad utilizada para expresar la cantidad de una determinada sustancia en el Sistema Internacional de unidades (SI), el resultado de expresar la masa atómica de un elemento o la masa molecular de un compuesto en gramos.
Utilicemos como ejemplo la reacción CaCO3 → CaO + CO2
1 mol de CaCO3 (100 g) origina 1 mol de CaO (56 g) más 1 mol de CO2 (44 g), cumpliéndose el principio de la conservación de la materia. También se utiliza en cálculos en que intervienen concentraciones y se dice que una concentración es 1 molar cuando un litro de la disolución contiene un mol de la sustancia en cuestión.
Gracias al concepto de "mol", resulta facil contabilizar las masas de los reactivos que intervienen en una reaccion química. A la cantidad de particulas de una sustancia expresadas en mol se le llama: cantidad de sustancia.
Importancia de los acidos y las bases en la vida cotidiana y en la industria
Las reacciones químicas en las que participan los ácidos y las bases tienen importancia por las aplicaciones que encuentran. Mediante distintos procesos industriales se obtienen ácidos y bases que suelen ser la materia prima de otras sustancias necesarias para el hombre. En la naturaleza encontramos muchas de estas sustancias. Algunas de ellas juegan un importante papel en los seres vivos.
Propiedades y representación de ácidos y bases
Todos los ácidos, bases y sales forman iones en una solución. En presencia de un campo eléctrico, los iones negativos experimentan una atracción al polo positivo y los iones positivos en el polo opuesto. Las sustancias, las bases y los sales, son llamados electrolitos: sustancias cuyas soluciones producen iones y conducen la electricidad. Esto se aplica, por ejemplo, en las baterías de los coches.
Los ácidos y las bases son gases, diluídas en agua son soluciones acuosas. Se pueden diferenciar observando su efecto sobre los indicadores ácido-base.
reacciones acido-base
Los ácidos y las bases son sustancias que el hombre conoce y utiliza desde muy antiguo. En el siglo XVIII se sabía que los ácidos tenían sabor agrio en disolución acuosa, que enrojecían el papel de tornasol y que reaccionaban con los metales. En cuanto a las bases, se conocía su sabor a lejía, su capacidad de volver azulado el papel de tornasol enrojecido por los ácidos y su poder neutralizante para con los ácidos. Las sustancias de carácter ácido reaccionan con las de carácter básico, denominándose a estas reacciones ácido-base.
Al introducir una barra de cinc en una disolución acuosa de cloruro de hidrógeno, tiene lugar la siguiente reacción química:
2 HCl + Zn ® ZnCl2 + H2
Existe un grupo de compuestos que, al reaccionar con el cinc, producen hidrógeno. A estos compuestos se les denomina ácidos.
Hay gran número de sustancias que tienen no sólo esta propiedad común de desprender hidrógeno al reaccionar con el cinc, sino otras muchas propiedades comunes, como el sabor (todas ellas tienen sabor parecido al vinagre, aunque más fuerte) y la de enrojecer el papel de tornasol.
Otros compuestos, por el contrario, tienen sabor a lejía y azulean el papel de tornasol. A éstos se les denomina bases. Un ejemplo de bases, son las sustancias conocidas genéricamente como hidróxidos.
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