¿Qué es la Química ?
En el antiguo
Egipto puede encontrarse el comienzo de la química. Para algunos la palabra khemeia podría significar “arte de los
egipcios”, y se acordó que este vocablo sería el antecedente de la palabra Química.
En árabe la
palabra khemeia se convirtió en al-kimya,
que luego fue transformada en Alquimia por los europeos. La Alquimia reinó por 200
años, pero en el siglo XVII entró en decadencia y se transformó en lo que hoy
es la Química.
La materia
Todo
lo que nos rodea, ocupa un espacio y es perceptible por nuestros sentidos es
materia. Todos los objetos que nos rodean están constituidos por materia. Una
porción limitada de materia es un cuerpo.
Características de la materia
La
materia se caracteriza por tener masa.
La distinta resistencia que ofrecen los cuerpos al movimiento se llama inercia,
y la magnitud que mide la inercia de un cuerpo es la masa. Cuanta más masa
tenga un objeto, mayor será su inercia, y viceversa. La unidad de masa adoptada
por el Sistema Métrico Legal Argentino es el kilogramo (kg).
El peso de un
cuerpo en un lugar determinado de la
Tierra , es la fuerza de atracción que ejerce la Tierra sobre él. Pero el
peso no es lo mismo que la masa. La masa es una medida de la cantidad de
materia de un cuerpo y es constante. El peso, en cambio, es una fuerza que
puede variar ligeramente dependiendo del lugar de la Tierra donde se mida.
Otra característica
de la materia es que tiene energía.
La energía es la capacidad que tiene un cuerpo para realizar trabajo. Existen
dos formas básicas de energía mecánica:
·
Energía potencial
(Ep): capacidad que tiene un cuerpo para realizar trabajo debido a la
posición que ocupa respecto de la Tierra.
Cuanto
·
Energía cinética
(Ec): está asociada al movimiento de un cuerpo. Cuanto mayor es la
velocidad de un objeto, mayor es su energía cinética.
Existen otras
formas de energía, como la energía
eléctrica, la energía calórica,
la energía radiante y la energía química.
Además, la
materia se caracteriza por sus estados de agregación.
Estados de agregación de la materia
Habitualmente
la materia se encuentra en alguno de los 3 estados de agregación principales:
sólido, líquido o gaseoso.
Sólido
|
Líquido
|
Gaseoso
|
|
¿Tiene forma propia?
|
Sí
|
No
|
No
|
¿Fluye?
|
No
|
Sí (es un fluido)
|
Sí (es un fluido)
|
¿Tiene volumen propio?
|
Sí
|
Sí
|
No
|
¿Es compresible?
|
No
|
Poco
|
Sí
|
Fuerza de atracción entre sus partículas
|
Mucha
|
Bastante
|
Prácticamente nula (ocupan todo el espacio que
tienen disponible)
|
Cambios de estado
La temperatura
a la cual un sólido se convierte en líquido (es decir, se funde) se llama punto de
fusión. Y la temperatura a la cual un líquido ebulle (es decir, hierve y se vaporiza) se llama punto de
ebullición. Durante ambos procesos la temperatura del líquido permanece
constante, porque todo el calor suministrado sirve para el cambio de estado.
No es lo mismo
la ebullición que la evaporación de un líquido. La ebullición se produce a una
temperatura determinada y en todo el líquido, mientras que la evaporación
ocurre a cualquier temperatura y sólo desde la superficie del líquido.
Niveles de análisis de la materia
Para explicar
los hechos observados en el mundo macroscópico (la manera en la que vemos los
objetos que nos rodean), hay que estudiar la estructura de la materia y para
ello es indispensable recurrir al mundo submicroscópico. Podemos imaginar este
mundo, admitiendo que está constituido por partículas tan pequeñas que no
pueden ser percibidas directamente por nuestros sentidos ni en un microscopio.
Desde el punto
de vista submicroscópico, el estado sólido es el más ordenado, ya que la fuerza
de atracción entre las partículas es tan potente que no hay espacio vacío entre
ellas. El líquido es más desordenado que el sólido, pero menos que el gaseoso,
entre cuyas partículas casi no existe fuerza de atracción.
El modelo cinético
Cuando dejamos
pasar la luz del sol por la ventana es frecuente ver partículas de polvo
suspendidas en el aire. En 1827 Robert Brown observó este movimiento, al cual se
conoce como movimiento browniano. La teoría cinética de la materia se basa en
estos enunciados:
·
Las partículas poseen energía cinética.
·
El calor es una manifestación de este
movimiento.
·
Cuanto mayor es la temperatura tanto mayor es la
energía cinética media de las partículas.
·
Entre las partículas existen fuerzas de
atracción.
Propiedades de la materia
Las
propiedades de la materia se pueden clasificar en extensivas e intensivas.
Las extensivas
son aquellas que varían dependiendo del tamaño de la muestra que tomamos, es
decir, no nos sirven para identificar una sustancia; propiedades extensivas son
la masa, el volumen y el peso.
Las propiedades
intensivas se mantienen constantes sin importar la cantidad de materia que se
tome como referencia; por esto, el sabor, el aroma, el color, el punto de
ebullición, el punto de fusión y la densidad de una porción de materia
determinada, nos permiten identificar las diferentes sustancias.
La densidad
Es una
propiedad intensiva de la materia que permite conocer la masa de cada cm3
de un cuerpo o sustancia. Se puede calcular con la siguiente fórmula:
Densidad =
masa (g) / volumen (cm3)
δ = m / v.
Sistemas materiales
Un sistema
material es el conjunto de cuerpos que tenemos como objeto de estudio. Se
pueden clasificar de las siguientes maneras.
·
Según su interacción con el medio que los rodea:
§
Sistemas abiertos:
intercambian materia y energía con el medio que los rodea.
§
Sistemas cerrados:
no intercambian materia pero sí energía con el medio.
§
Sistemas aislados:
no intercambian ni materia ni energía con el entorno.
·
Según las propiedades de la materia:
§
Sistemas
homogéneos: Son uniformes y no presentan límites de separación. Están
compuestos por una sola fase (monofásico), aunque pueden tener más de un
componente.
§
Sistemas
heterogéneos: No son uniformes, porque las propiedades intensivas
cambian según la porción del sistema considerada. Tienen dos o más fases
(polifásico).
Cada porción
del sistema material con iguales valores de sus propiedades intensivas se llama
fase. Por ejemplo, si tenemos un
sistema de agua con sal diluida, se trata de un sistema homogéneo, porque tiene
una sola fase (agua salada) con dos componentes (agua y sal).
Para
identificar si un sistema es homogéneo o heterogéneo, se necesita un criterio,
porque algunos sistemas parecen homogéneos a simple vista pero al verlos con
microscopio nos damos cuenta de que son heterogéneos. Si la mayor partícula del
sistema es menor a un nm (nanómetro),
el sistema es homogéneo. Si ésta es mayor a un nm, es heterogéneo.
Las soluciones
Una solución
es un sistema homogéneo formado por dos o más componentes.
Ejemplos de
soluciones:
-
agua azucarada
-
una aleación de metales (el bronce, mezcla de
cobre y estaño; los aceros, mezclas de hierro y manganeso, níquel, cromo,
carbono; las amalgamas, mezclas de mercurio y un metal que se disuelve en este
último).
Las sustancias
Una
sustancia es un sistema homogéneo formado por un solo componente de composición
invariable. Para descomponerlo en sus elementos se utilizan métodos de
descomposición.
Composición centesimal de los sistemas
materiales
Para
determinar la composición de un sistema material es necesario determinar la
masa de cada uno de los componentes. Si conocemos este dato podemos calcular
fácilmente el porcentaje de cada componente en el sistema material con una
regla de tres.
Métodos de separación y fraccionamiento
de los sistemas
1-
Sistemas heterogéneos
a.
Decantación: Separación
de componentes con componentes de densidades muy diferentes. Ej: arena y agua à sólido y líquido; agua y aceite à líquido y líquido.
b.
Centrifugación: Separación
de componentes con menor diferencia de densidades, por medio de una máquina
centrifugadora.
c.
Tamización: Separación
de componentes sólidos de diferentes tamaños.
d.
Filtración: Separación
de dos componentes, uno sólido disperso en uno líquido, mediante el uso de un
filtro que retiene al sólido. Ej: preparación de café.
e.
Disolución: Separación
de dos componentes sólidos de similar tamaño, uno de los cuales se disuelve en
un solvente adecuado, mientras que el otro no.
2-
Sistemas homogéneos
a.
Destilación: Separa
los componentes de una solución líquida mediante su calentamiento y la
posterior condensación de los vapores producidos, utilizando para ello un balón
de destilación y un tubo refrigerante.
i.
Simple: Se usa
para separar una solución formada por un sólido diluido en un líquido o bien
dos líquidos de puntos de ebullición muy diferentes.
ii.
Fraccionada: Al
realizar la destilación simple con dos líquidos una parte de uno de ellos se destila
junto con el componente más volátil (de mayor PE), y para separarlos
completamente hay que hacer muchas destilaciones consecutivas. Para evitar este
proceso se lleva a cabo la destilación fraccionada.
b.
Cristalización: Se
utiliza para la separación de un sólido de la solución en la que se halla
disuelto, mediante el enfriamiento del sistema.
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