Química: Conceptos Fundamentales y Transformaciones de la Materia
¿Qué es la Química?
La Química es una ciencia central que nos permite comprender el universo a nivel molecular. Diversos autores la definen de la siguiente manera:
- Según Raymond Chang, la Química es el estudio de la materia y los cambios que ocurren en ella.
- Para R. Petrucci, la Química es la ciencia que trata de la composición y propiedades de la materia.
- En un sentido más amplio, la Química puede definirse como la ciencia que aborda los materiales del universo y las transformaciones que estos experimentan.
Propiedades de la Materia: Físicas y Químicas
Tarea 1: Clasificación de Propiedades
Instrucción:
Clasifique cada uno de los siguientes enunciados como una propiedad física o química.
- El punto de ebullición de cierto alcohol es de 78 °C.
- El diamante es muy duro.
- El azúcar se fermenta para formar un alcohol.
- Un alambre de metal conduce corriente eléctrica.
Solución a la Tarea 1:
Los incisos a), b) y d) corresponden a propiedades físicas. Estas describen características inherentes de cada sustancia sin que ocurran cambios en su composición. Por ejemplo, un alambre de metal mantiene su composición antes y después de conducir corriente eléctrica.
El inciso c) es una propiedad química del azúcar. La fermentación de azúcares implica la formación de una nueva sustancia, el alcohol, lo que denota una transformación química.
Mezclas: Composición Variable
Una mezcla se define como una combinación de sustancias que posee una composición variable. Algunos ejemplos comunes incluyen:
- La madera, cuya composición varía significativamente según el tipo de árbol del que proviene.
- El vino, que puede presentarse en diversas variedades (rojo o amarillo pálido, dulce o seco), reflejando su composición variable.
Cambios en la Materia: Físicos y Químicos
Tarea 2: Clasificación de Cambios
Instrucción:
Clasifique cada uno de los siguientes enunciados como un cambio físico o químico.
- El metal hierro se funde.
- El hierro se combina con oxígeno para formar óxido.
- La madera se quema en el aire.
- Una roca se rompe en pedazos pequeños.
Solución a la Tarea 2:
- El hierro fundido es simplemente hierro en estado líquido y puede volver a solidificarse. Este es un cambio físico.
- Cuando el hierro se combina con oxígeno, se forma una sustancia completamente diferente, el óxido, que posee una nueva composición. Este es un cambio químico.
- La combustión de la madera produce nuevas sustancias, como dióxido de carbono y agua, alterando su composición original. Este es un cambio químico.
- Al romperse una roca, las piezas resultantes mantienen la misma composición que la roca original, diferenciándose solo en tamaño y forma. Este es un cambio físico.
Iones: Partículas Cargadas Eléctricamente
Los iones son átomos o grupos de átomos que poseen una carga eléctrica neta. Se clasifican en:
- Cationes: Iones con carga positiva.
- Aniones: Iones con carga negativa.
Es importante destacar que muchas sustancias esenciales en el cuerpo humano existen en forma iónica.
Cambios Físicos: Transformaciones sin Alteración de la Sustancia
Los cambios físicos son aquellos procesos en los que la naturaleza de las sustancias involucradas no se altera. Esto significa que, después del cambio, la materia sigue siendo la misma.
Un ejemplo claro son los cambios de estado: el agua puede congelarse para formar hielo o evaporarse para convertirse en vapor de agua. Sin embargo, el agua líquida, el hielo y el vapor están constituidos por la misma sustancia química (H₂O), solo que en diferentes estados de agregación.
Cambios Químicos: Transformaciones con Formación de Nuevas Sustancias
Los cambios químicos, también conocidos como reacciones químicas, son procesos termodinámicos en los que dos o más sustancias se transforman, alterando su estructura molecular y sus enlaces.
Como resultado de un cambio químico, se forman una o más sustancias nuevas, las cuales son fundamentalmente diferentes de las originales y poseen propiedades (físicas y/o químicas) distintas.
En ambos casos (refiriéndose a los cambios químicos), se forma un nuevo material.
Tipos Fundamentales de Reacciones Químicas
Reacciones de Síntesis (Combinación)
En una reacción de síntesis, dos o más reactivos se combinan para formar un único producto más complejo.
Reacciones de Descomposición
Una reacción de descomposición ocurre cuando una sustancia se fragmenta para formar dos o más productos más simples.
Reacciones de Sustitución o Desplazamiento
Las reacciones de sustitución o desplazamiento se caracterizan por un elemento que desplaza a otro dentro de un compuesto. Estas pueden clasificarse como reacciones de óxido-reducción o de precipitación, dependiendo de la naturaleza de las especies químicas involucradas.
Reacciones de Doble Sustitución o Doble Desplazamiento
En las reacciones de doble sustitución o doble desplazamiento, se produce un intercambio de iones o elementos entre dos compuestos diferentes.
Reacciones de Formación de Complejos
Una reacción de formación de complejos da como resultado una sustancia compleja. Esta se forma por un átomo o catión central rodeado por moléculas o aniones, que se ubican geométricamente alrededor de él.
Reacciones de Precipitación
Una reacción de precipitación ocurre en un medio acuoso, donde uno de los productos formados es una sustancia poco soluble que se deposita en forma sólida (precipitado).
Reacciones de Combustión
En una reacción de combustión, los reactivos principales son un combustible y el oxígeno del aire. Los productos típicos de una combustión completa son el dióxido de carbono y el agua.
Reacciones de Precipitación
Una reacción de precipitación ocurre en un medio acuoso, en la que uno de los productos es una sustancia poco soluble, la que se deposita en forma sólida (precipita).
