Nomenclatura química

Óxidos: se nombra la palabra genérica óxido seguida del nombre del metal con la terminación “oso” o “ico” según corresponda a la valencia, en los metales monovalentes se antepone la preposición “de”.

Anhídridos: se nombra la palabra genérica anhídrido seguida del nombre del no metal con la terminación “Hipo…oso”, “…oso”, “…ico”, “Per…ico” según corresponda a la valencia del no metal.

Hidróxidos: se nombra la palabra genérica hidróxido seguida del nombre del metal con la terminación “oso” o “ico” según corresponda a la valencia, en los metales monovalentes se antepone la preposición “de”.

Ácidos hidrácidos: se nombra la palabra ácido seguida del nombre del no metal con la terminación “…hídrico”

Ácidos óxiacidos: Los óxiacidos se nombran anteponiendo la palabra ácido seguida del nombre del radical negativo correspondiente con la terminación “…oso”,  “…ico”, “Hipo…oso” y “Per…ico” según corresponda a la velencia.

Sales haloideas: se nombra al no metal con la terminación “uro” seguido del nombre del metal con la terminación que corresponda según la valencia.

Sales óxisales: se nombra primero al no metal con la terminación que corresponda según su valencia y enseguida se dice el nombre del metal también con la terminación correspondiente.

Enlaces químicos

Regla del octeto: todos los elementos tienden a adquirir una configuración electrónica estable (8 electrones en su última capa), similar a la estabilidad que presentan los elementos llamados gases nobles o inertes (familia VIIIA), por lo que los átomos de aquellos elementos distintos a los gases nobles lo logran interactuando mediante enlaces químicos con otros átomos y para ello lo hacen cediendo, aceptando o compartiendo uno o más electrones.

Electronegatividad: es la medida de la capacidad de un átomo (o de manera menos frecuente un grupo funcional) para atraer a los electrones, cuando forma un enlace químico en una molécula

La escala de Pauling es una clasificación de la electronegatividad de los átomos. En ella el índice del elemento más electronegativo, el flúor, es 4.0. El valor correspondiente al menos electronegativo, el francio, es 0.7. Obviamente, a los demás átomos se les han asignado valores intermedios.

Globalmente puede decirse que en la tabla periódica de los elementos la electronegatividad aumenta de izquierda a derecha y que decae hacia abajo. De esta manera los elementos de fuerte electronegatividad están en la esquina superior derecha de la tabla.

Tabla de electronegatividad:

Enlace iónico: diferencia de electronegatividad de 1.7 o más.

Enlace covalente: diferencia de electronegatividades de 1.6 o menos.

Diferencia entre enlaces iónicos y covalentes:

Propiedades físicas de compuestos con enlace iónico.	Propiedades físicas de compuestos con enlace covalente.
Punto de fusión elevado.	Punto de fusión bajo
Las sustancias iónicas se encuentran en la naturaleza formando redes cristalinas, por tanto son solidas. Su dureza es bastante grande, y tienen por lo tanto puntos de ebullición y fusión altos.	Los compuestos covalentes suelen presentarse en estado líquido o gaseoso aunque también pueden ser sólidos. Por lo tanto sus puntos de fusión y ebullición no son altos.
Son solubles en disolventes polares como el agua.	La solubilidad de estos compuestos es elevada en disolventes no polares.
Cuando se trata de sustancias disueltas tiene una conductividad alta.	Nula su capacidad conductora.

Enlace metálico: 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.

El enlace metálico se debe a la atracción entre los electrones de valencia de todos los átomos y los cationes que se forman.

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.

Fuerzas intermoleculares: Las fuerzas atractivas entre moléculas, las llamadas fuerzas intermoleculares, son las responsables del comportamiento no ideal de los gases. Ellas juegan un papel importante también en los distintos estados de agregación de la materia (líquido, sólido o gas).

Generalmente, las fuerzas intermoleculares son mucho más débiles que las intermoleculares. Así, por ejemplo, se requiere menos energía para evaporar un líquido que para romper los enlaces de las moléculas de dicho líquido

Enlace de hidrógeno: El enlace de hidrógeno (antiguamente conocido como puente de hidrógeno).

Las fuerzas de Van der Waals:

– Dipolo - Dipolo inducido: Tienen lugar entre una molécula polar y una molécula polar. En este caso, la carga de una molécula polar provoca una distorsión en la nube electrónica de la molécula polar y la convierte, de modo transitorio, en un dipolo. En este momento se establece una fuerza de atracción entre las moléculas.

El enlace o puente de hidrogeno es producto de una fuerza dipolo-dipolo.

–Fuerzas de dispersión de London: Como ya sabemos los electrones en un átomo o molécula se encuentran en constante movimiento, por lo que es muy común que los electrones de una molécula adquieran momentáneamente una distribución no uniforme, habiendo en ese momento mas electrones de una lado de la molécula que del otro, lo que provoca que la molécula se polarice atrayendo a las moléculas vecinas también polarizadas momentáneamente

–Dipolo – Dipolo: Una molécula es un dipolo cuando existe una distribución asimétrica de los electrones debido a que la molécula está formada por átomos de distinta electronegatividad. Como consecuencia de ello, los electrones se encuentran preferentemente en las proximidades del átomo más electronegativo. Se crean así dos regiones (o polos) en la molécula, una con carga parcial negativa y otra con carga parcial positiva.

Cuando dos moléculas polares (dipolos) se aproximan, se produce una atracción entre el polo positivo de una de ellas y el negativo de la otra. Esta fuerza de atracción entre dos dipolos es tanto más intensa cuanto mayor es la polarización de dichas moléculas polares o, dicho de otra forma, cuanto mayor sea la diferencia de electronegatividad entre los átomos enlazados (Enlace covalente polar).

La tabla periódica

Concepto: La tabla periódica de los elementos clasifica, organiza y distribuye los distintos elementos químicos conforme a sus propiedades y características; su función principal es establecer un orden específico agrupando elementos.

Historia de la tabla periódica: La historia de la tabla periódica está íntimamente relacionada con varios aspectos del desarrollo de la química y la física:

·         El descubrimiento de los elementos de la tabla periódica.

·         El estudio de las propiedades comunes y la clasificación de los elementos.

·         La noción de masa atómica (inicialmente denominada "peso atómico") y, posteriormente, ya en el siglo XX, de número atómico.

·         Las relaciones entre la masa atómica (y, más adelante, el número atómico) y las propiedades periódicas de los elementos.

Elementos químicos: Un elemento químico es un tipo de materia constituida por átomos de la misma clase. En su forma más simple posee un número determinado de protones en su núcleo, haciéndolo pertenecer a una categoría única clasificada con el número atómico, aún cuando este pueda desplegar distintas masas atómicas. Es un átomo con características físicas únicas, aquella sustancia que no puede ser descompuesta mediante una reacción química, en otras más simples. No existen dos átomos de un mismo elemento con características distintas y, en el caso de que estos posean número másico distinto, pertenecen al mismo elemento pero en lo que se conoce como uno de sus isótopos. También es importante diferenciar entre un «elementos químicos» de una sustancia simple. Los elementos se encuentran en la tabla periódica de los elementos.

Grupo y familia de la tabla periódica: Colocados en orden creciente de número atómico, los elementos pueden agruparse, por el parecido de sus propiedades, en 18 familias o grupos (columnas verticales). Desde el punto de vista electrónico, los elementos de una familia poseen la misma configuración electrónica en la última capa, aunque difieren en el número de capas (periodos). Los grupos o familias son 18 y se corresponden con las columnas de la Tabla Periódica. A continuación se muestran las propiedades generales de los grupos representativos (zona de llenado de orbitales s y p) y las de otras agrupaciones de elementos que se pueden hacer teniendo en cuenta la zona de llenado de orbitales d (transición), f (tierras raras), el carácter metálico (metal, no metal, metaloide).

Metales - Metales alcalinos - Metales alcalinotérreos - Metales de transición - Metales tierras raras - Otros metales – Metaloides - No metales - Elementos térreos - Elementos representativos - Elementos carbonoides - Elementos nitrogenoides - Elementos calcógenos o anfígenos – Halógenos - Gases nobles.

Diferencias entre metales y no metales:

·         Metales: se denomina a los elementos químicos caracterizados por ser buenos conductores del calor y la electricidad, poseen alta densidad, y son sólidos en temperaturas normales (excepto el mercurio y el galio); sus sales forman iones electropositivos (cationes) en disolución.

La ciencia de materiales define un metal como un material en el que existe un solape entre la banda de valencia y la banda de conducción en su estructura electrónica (enlace metálico). Esto le da la capacidad de conducir fácilmente calor y electricidad, y generalmente la capacidad de reflejar la luz, lo que le da su peculiar brillo.

·         No metales: los no metales comprenden una de las tres categorías de elementos químicos siguiendo una clasificación de acuerdo con las propiedades de enlace e ionización. Se caracterizan por presentar una alta electronegatividad, por lo que es más fácil que ganen electrones a que los pierdan.

Los no metales, excepto el hidrógeno, están situados en la tabla periódica de los elementos en el bloque p. De este bloque, excepto los metaloides y, generalmente, gases nobles, se considera que todos son no metales.

Periodo: Las filas horizontales de la tabla periódica son llamadas períodos. El número de niveles energéticos de un átomo determina el periodo al que pertenece. Cada nivel está dividido en distintos subniveles, que conforme aumenta su número atómico se van llenando en este orden:

Siguiendo esa norma, cada elemento se coloca según su configuración electrónica y da forma a la tabla periódica. Los electrones situados en niveles más externos determinan en gran medida las propiedades químicas, por lo que éstas tienden a ser similares dentro de un mismo grupo, sin embargo la masa atómica varía considerablemente incluso entre elementos adyacentes. Al contrario, dos elementos adyacentes de mismo periodo tienen una masa similar, pero propiedades químicas diferentes (la tabla periódica consta de 7 períodos).

Propiedades periódicas y su variación en la tabla periódica:

·         Propiedades periódicas: (Hay un gran número de propiedades periódicas. Entre las más importantes destacaríamos) estructura electrónica – radio atómico – volumen atómico – potencial de ionización – afinidad electrónica – electronegatividad – carácter metálico – valencia iónica – valencia covalente – radio iónico – radio covalente.

·         Variación periódica: densidad – calor específico – punto de ebullición – punto de fusión.

Modelos atómicos y partículas subatomicas

Modelos atómicos de:

·         Dalton (1800): -los átomos son las partículas básicas de la materia y son indivisibles.-                                                                                                           

-los átomos de un mismo elemento son iguales en masa y propiedades.-                                   -los átomos de diferentes elementos son diferentes en masa y propiedades.-          -se unen entre sí en propiedades definidas enteras y sencillas para formar compuestos y se pueden unir en más de una relación entera.-

El modelo atómico de Dalton fracasó al demostrar que el átomo era divisible y tenía naturaleza eléctrica. Estas conclusiones se obtuvieron al estudiar las descargas eléctricas sobre los gases en los tubos de vacío, que dieron lugar al descubrimiento de los rayos catódicos y rayos anódicos y en ellos el electrón y el protón.

·         Thomson (1904): -el átomo es divisible y está formado por partículas negativas (electrones) y positivas (protones).-

-       su estructura es una esfera maciza de electricidad positiva, en cuya superficie tiene incrustados los electrones en número suficiente para que en conjunto resulte negativo (modelo de esfera maciza o de pudin de pasas).

El modelo de Thomson la experiencia de dispersión de partículas alfa. Al bombardear una lamina de oro con partículas alfa la mayoría la atravesaban. Rutherford lo interpretó concluyendo que el átomo es hueco, con gran espacio vacío. Lo que puso en crisis el modelo atómico de Thomson.

·         Rutherford (1911): -el átomo tiene gran espacio vacío. La totalidad de la carga positiva se halla en una región muy pequeña comparada con la totalidad del átomo a la que llamo núcleo.

-       Los electrones giran en torno al núcleo en una orbita circular, contrarestandose la fuerza de atracción eléctrica (modelo nuclear. Sistema planetario en miniatura).

El modelo de Rutherford no explicaba: la estabilidad del átomo (el electrón en su movimiento debe emitir y perder energía con lo que acabaría precipitándose sobre el núcleo). –los espectros discontinuos que emiten los átomos caracterizados por rayas luminosas.

·         Bohr (1913): -el electrón gira alrededor del núcleo en diferentes órbitas circulares permitidas, llamadas estacionarias, sin emitir energía radiante.

-solo están permitidas aquellas órbitas cuyos radios son proporcionales a los cuadros de los números enteros, donde el electrón puede girar sin emitir energía. –la energía liberada al saltar un electrón de una órbita a otra de menor energía se emite en forma de fotón o cuanto de luz.

El modelo de Bohr no explicaba: -los espectros de átomos poli electrónicos (diferentes al átomo de H). –el desdoblamiento de algunas líneas espectrales (efecto Zeeman).

·         Modelo actual cuántico-ondulatorio (1925): se basó en:

-       Principio de Incertidumbre de Heisemberg.

-       Hipótesis de De Broglie.

-       Ecuación de Schrödinger.

-       Considera que los electrones tienen un comportamiento tanto de onda como de partícula. (De Broglie)

-       La ecuación de Schrödinger describe el comportamiento del electrón del átomo.

-       El orbital es la zona máxima probabilidad de encontrar electrón.

Partículas subatómicas:

·         Protón: un protón es una partícula cargada positivamente que se encuentra dentro del núcleo atómico. El número de protones en el núcleo atómico es el que determina el número atómico de un elemento, como se indica en la tabla periódica de los elementos. El protón tiene carga +1 (o, alternativamente, 1,602 x 10-19 culombios), exactamente lo contrario de la carga -1 que contiene el electrón. En masa, sin embargo, no hay competencia - la masa del protón es aproximadamente 1.836 veces mayor que la de un electrón.

·         Neutrón: un neutrón es una partícula subatómica contenida en el núcleo atómico. No tiene carga eléctrica neta, a diferencia de carga eléctrica positiva del protón. El número de neutrones en un núcleo atómico determina el isótopo de ese elemento.

·         Electrón: un electrón es una partícula elemental estable cargada negativamente que constituye uno de los componentes fundamentales del átomo. Forma parte del grupo de los leptones. El descubrimiento del electrón inició una nueva etapa de la física y corroboró la hipótesis de que el electrón es una partícula elemental del Universo a partir de la cual se forman todos los átomos.
Se ha podido comprobar que la masa del electrón aumenta con la velocidad, de acuerdo con las predicciones de la mecánica relativista. También ha sido verificada la naturaleza ondulatoria del electrón.

Conceptos básicos:

·         Numero atómico: el numero de protones que hay en el núcleo de un átomo y en consecuencia el numero de electrones que giran a su alrededor.

·         Masa atómica: la masa atómica puede ser considerada como la masa total de protones y neutrones (pues la masa de los electrones en el átomo es prácticamente despreciable) en un solo átomo (cuando el átomo no tiene movimiento).

Materia, propiedades y cambios

Materia: todo aquello que tiene masa y peso, y por lo tanto ocupa un lugar en el espacio.

Se clasifican en físicas y químicas, las primeras dependen exclusivamente de la sustancia que se estudia, mientras que las segundas dependen de su comportamiento en presencia de otras.

Propiedades generales de la materia: son aquellas que solo dependen de la cantidad de material, pero que todos los cuerpos presentan por el sol hecho de estar formados de materia, entre ellos:

·         Inercia: consiste en la tendencia que tienen los cuerpos de continuar en su estado de reposo o movimiento en que se encuentran si no hay  una fuerza que los cambie.

·         Masa: es la cantidad de materia contenida en un volumen cualquiera, la masa de un cuerpo es la misma en cualquier parte de la tierra o en otro planeta.

·         Peso: es la acción de la gravedad de la tierra sobre los cuerpos. En los lugares donde la fuerza de gravedad es menor, por ejemplo, en una montaña o en la luna, el peso de los cuerpos disminuye.

·         Impenetrabilidad: como cada cuerpo ocupa un lugar en el espacio, su lugar no puede ser ocupado al mismo tiempo por otro cuerpo.

Propiedades particulares de la materia: son aquellas que dependen de lo que este hecho el cuerpo por lo que permiten distinguir una sustancia de otra.

También reciben el nombre de propiedades intensivas porque su valor  es independiente de la cantidad de materia, como ejemplos tenemos:

·         Densidad: se refiere a cantidad de masa contenida en un determinado volumen de una sustancia. La densidad media se obtiene dividiendo la masa entre el volumen del cuerpo. P= m/v

·         Peso específico: es la relación que existe entre el peso de una sustancia y el volumen que ocupa. Su expresión de cálculo es: Pe= p/v o bien p*g/v

·         Punto de ebullición: es la temperatura a la cual la materia cambia del estado líquido al estado gaseoso.

·         Punto de fusión: es la temperatura a la que un cuerpo pasa del estado solidó al líquido.

Manifestaciones de la materia:

·         Elemento: sustancia pura formada por átomos iguales.

·         Compuesto: sustancia pura formada por la unión química de átomos de dos o más elementos.

·         Mezcla: unión física de dos o más elementos y/o compuestos.

·         Mezcla homogénea: no se pueden distinguir las sustancias que la componen.

·         Mezcla heterogénea: si se pueden distinguir las sustancias que la componen.

Estados físicos de la materia:

·         Solido: las partículas se encuentran muy juntas, tienen forma y volumen definido.

·         Liquido: Sus moléculas se encuentran más o menos separadas lo que permite el movimiento de sus partículas desplazándose unas sobre otras, no tienen forma definida pero su volumen si es estable por lo que no se pueden comprimir.

·         Gaseoso: sus partículas se encuentran muy separadas por lo que sus moléculas se encuentran en constante movimiento, no tienen ni forma ni volumen determinado. Su forma y volumen son el del recipiente que los contenga.

Cambios físicos y químicos de la materia:

·         Cambios físicos de la materia: pueden definirse como aquellos cambios que sufre la materia en su forma, en su volumen o en su estado, sin alterar su composición o naturaleza. Así, si se calienta un bloque de hielo a determinada temperatura, este se licua, es decir, pasa al estado sólido al liquido modificando su forma y volumen pero conservando su naturaleza, pues antes del cambio se tenía agua solida y después del cambio se tiene agua líquida; pero si se continua el calentamiento, finalmente se alcanzará la temperatura de ebullición y el agua pasa al estado de vapor conservándose inalterable en todos los casos, la composición de ésta.

·         Cambios químicos de la materia: estos conllevan una variación en la composición de la naturaleza de la materia, es decir a partir de una porción de material llamada reactivo, se obtiene un material distinto denominado Producto, por medio de una reacción de una reacción química y en la cual pueden influir diversos factores tales como la luz, presión, u otras sustancias reactivas. La formación del oxido de hierro sobre la barra de metal constituye un caso de cambio químico, puesto que el oxido de hierro (producto) no es el mismo que el hierro puro (reactivo).

La química en la vida diaria

Desde que nos levantamos hasta que nos acostamos nos relacionamos con la Química. Todo lo que podemos tocar, ver, comer, respirar está formado por moléculas y como la Química es la ciencia que estudia las moléculas, todo es Química.

Al despertar, remoloneo entre química. Y es normal, porque el colchón visco elástico nos atrapa. Se adapta a nuestro peso y a nuestro calor corporal y si el que tenemos es de látex, ocurre lo mismo. Curiosamente este material se elabora a partir de la sabia del árbol “Hebea Brasilensis”, es muy elástico y recupera su forma original sin deformarse. Hoy en día, gracias a la Química, disponemos de una amplia variedad de materiales para fabricar colchones que se adaptan a las necesidades individuales de cada persona.

Me levanto y me voy a la ducha. Para que al abrir el grifo brote agua potable es necesario someter el agua de los ríos, de los pantanos, etc. a rigurosos tratamientos químicos y físicos en una planta potabilizadora. Antes de llegar a nuestra casa, el agua ha sido tratada con dióxido de cloro y ozono que permiten potabilizarla. Hoy podemos beber y ducharnos con agua sin riesgo de contraer enfermedades como el cólera. En la actualidad, hay más de cinco millones de personas que mueren cada año a causa de las enfermedades transmitidas por el agua en mal estado.

Para el cuidado de nuestro cuerpo, utilizamos una amplia variedad de productos como jabón, champú, pasta de dientes, etc. Los jabones están formados por moléculas con doble personalidad: a una les gusta el agua y a la otra, las grasas. Así que se agarran a las grasas que constituyen la suciedad, y el agua las arrastra, dejándonos limpios. La importancia de estos productos de higiene es tal que según un estudio realizado sobre 120 países el uso del jabón es el principal responsable de la reducción de la mortalidad infantil.

La química en la vida cotidiana:

Mercedes Alonso Giner (Vicepresidencia Adjunta de Organización y Cultura Científica, CSIC)

http://www.quimica2011.es/qu%C3%ADmica-de-lo-cotidiano/la-qu%C3%ADmica-en-nuestra-vida-cotidiana

El método científico y sus aplicaciones

Concepto: Se le considera así a una serie de pasos sistemáticos e instrumentos que nos llevan al conocimiento científico. Estos pasos nos permiten llevar a cabo una investigación.

Método: Es el procedimiento utilizado para llegar a un fin. Su significado original señala el camino que conduce a un lugar.

Método científico: El método científico (camino hacia el conocimiento) es un método de investigación usado principalmente en la producción de conocimiento en las ciencias. Para ser llamado científico, un método de investigación debe basarse en la empírica y en la medición, sujeto a los principios específicos de las pruebas de razonamiento.

Pasos del método científico:

·         Observación: es la obtención de información a través de los sentidos, por lo que no se debe limitar solo a la vista ya que entre más sentidos utilicemos mayor y de mejor calidad será la información obtenida.

·         Planteamiento del problema: consiste en definir el problema que se va a investigar y dejarlo perfectamente delimitado.

·         Hipótesis: es una supuesta solución al problema que nos hemos planteado, pero que aún no ha sido comprobada.

·         Experimentación: es la manera en que vamos a demostrar si la hipótesis es verdadera o falsa, y por lo tanto en el resultado que se obtenga en la experimentación podrá ser comprobada.

·         Conclusiones: es el resultado final de toda la investigación, es decir la obtención de conocimientos los cuales podemos tener certeza de que son verdaderas, comprobables y objetivos.

La química

Conceptos:

“La química es la ciencia que estudia tanto la composición, estructura y propiedades de la materia como los cambios que ésta experimenta durante las reacciones químicas y su relación con la energía.”

“La ciencia es el conjunto de conocimientos estructurados sistemáticamente. La ciencia es el conocimiento obtenido mediante la observación de patrones regulares, de razonamientos y de experimentación en ámbitos específicos, a partir de los cuales se generan preguntas, se construyen hipótesis, se deducen principios y se elaboran leyes generales y sistemas organizados por medio de un método científico.”