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CAPÍTULO I QUÍMICA La Química es la ciencia que estudia la materia, su estructura y propiedades y los fenómenos en los que una o varias sustancias se transforman en otras. Analizando lo anterior podemos concluir que: La Química estudia la materia, esto es, e...

CAPÍTULO I QUÍMICA La Química es la ciencia que estudia la materia, su estructura y propiedades y los fenómenos en los que una o varias sustancias se transforman en otras. Analizando lo anterior podemos concluir que: La Química estudia la materia, esto es, estudia sistemas materiales, También comprende el conocimiento de la estructura de la materia, de los átomos, moléculas, iones, redes cristalinas, etc. que componen las sustancias, A partir del conocimiento de la estructura, la Química permite deducir, de forma general, las propiedades físicas, mecánicas, ópticas, eléctricas, y químicas de las sustancias, Las transformaciones que estudia, son las denominadas reacciones químicas. HIPÓTESIS Las hipótesis en Química buscan explicar el "porqué" de las leyes y representan un compromiso significativo para quien las formula. Estas pueden surgir de la casualidad, la creatividad del científico o la aplicación racional de la ciencia. En Química, las hipótesis proponen explicaciones que conectan los observables, como temperatura o presión, con entidades no observables, como átomos, moléculas e iones. Las hipótesis cumplen un papel importante en todas las ciencias: indican u orientan al investigador en la selección de fenómenos que debe estudiar y los datos experimentales que se deben recoger. A partir de las hipótesis surgen enunciados observacionales, o hechos que deberían ocurrir en futuras experiencias. ¿Qué es un "observable" en Química? Un observable es una manifestación medible de un fenómeno, como volumen, temperatura, presión, densidad, velocidad, etc CAPÍTULO II ÁTOMO Un átomo es la partícula más pequeña de un elemento. (particular químicamente indivisible) Notación: El átomo de un elemento químico se representa con el símbolo del elemento. Más precisamente, el símbolo identifica al elemento en calidad y cantidad. Partículas subatómicas: protón, neutrón y electrón (Para las aplicaciones químicas es satisfactorio aceptar que las partículas que componen los átomos son los protones, los neutrones y los electrones.) Protón: El protón es una partícula subatómica con carga positiva que se encuentra en el núcleo de un átomo. Los protones, junto con los neutrones, conforman el núcleo del átomo y determinan la identidad de un elemento, dado que el número de protones (número atómico) es único para cada elemento. Los protones contribuyen significativamente a la masa del átomo. Neutrón: El neutrón es una partícula subatómica sin carga eléctrica que también se encuentra en el núcleo de un átomo. Los neutrones, junto con los protones, forman el núcleo del átomo. Aunque no afectan la carga del átomo, sí contribuyen a su masa. El número de neutrones en el núcleo puede variar entre los isótopos de un mismo elemento, lo que afecta la estabilidad nuclear. Electrón: El electrón es una partícula subatómica con carga negativa que orbita alrededor del núcleo de un átomo. Los electrones determinan las propiedades químicas de un átomo y están involucrados en la formación de enlaces químicos. Se mueven en regiones denominadas orbitales alrededor del núcleo y su disposición define la configuración electrónica del átomo. La masa del electrón es mucho menor que la de los protones y neutrones, por lo que su contribución a la masa total del átomo es insignificante. NÚMERO ATÓMICO Todos los átomos de un elemento químico tienen la misma cantidad de protones en su núcleo, lo que se conoce como número atómico, Z. Este número es único para cada elemento y se puede encontrar en la Tabla Periódica, donde coincide con su número de orden, estableciendo una relación directa entre Z y la identidad del elemento. ENERGÍA CUANTIZADA El modelo de Bohr establece que la energía de los electrones en un átomo está cuantizada, lo que significa que solo puede tomar ciertos valores específicos, conocidos como niveles de energía, representados por el número cuántico principal "n". Aunque el modelo no describe el movimiento exacto de los electrones, permite identificar las zonas del espacio donde es más probable encontrar un electrón con una energía particular, llamadas orbitales atómicos. Estos orbitales se designan con un número (nivel de energía) y una letra (tipo de orbital, correspondiente al número cuántico secundario). ESTRUCTURA DE LOS ÁTOMOS EN ESTADO FUNDAMENTAL El o los electrones de un átomo aislado (libre de cualquier interacción) se encuentran en estado estacionario, con un valor de energía constante, esto es, los electrones de un átomo aislado no pierden ni ganan energía. En ese estado estacionario los electrones tienen los mínimos valores posibles de energía. Cuando todos los electrones del átomo tienen esos valores mínimos se dice que el átomo se encuentra en el estado fundamental de energía. En este estado todos los electrones se encuentran en el estado de mínima energía posible; si el átomo se encuentra libre de toda perturbación, quedará así, en ese estado, por toda la eternidad. En un estado excitado, el átomo tiene uno o más de sus electrones en un estado de energía que no es del valor mínimo posible. Estado Fundamental: Cuando todos los electrones del átomo tienen los valores mínimos posibles de energía, el átomo se encuentra en el estado fundamental. En este estado, el átomo tiene la mínima energía posible y es estable si está libre de perturbaciones. Estado Estacionario: En este estado, los electrones de un átomo aislado tienen un valor de energía constante. Los electrones no ganan ni pierden energía y el átomo no cambia con el tiempo, a menos que se le aplique una perturbación. Estado Excitado: Cuando uno o más electrones del átomo están en un estado de energía que no es el valor mínimo posible, el átomo se encuentra en un estado excitado. En este estado, el átomo tiene más energía de la que tiene en el estado fundamental. ESTRUCTURA ELECTRÓNICA DE LOS ÁTOMOS El conocimiento de la configuración electrónica de los átomos en su estado fundamental permite comprender su ubicación en la Tabla Periódica y deducir diversas propiedades atómicas. Para determinar las estructuras electrónicas, es necesario respetar: a) el principio de exclusión de Pauli, que limita a 2 los electrones con la misma energía en un orbital.  b) la regla de máxima multiplicidad de Hund, que establece que los electrones deben ocupar orbitales individuales antes de aparearse en un mismo nivel de energía. CAPÍTULO III ELEMENTOS QUÍMICOS Hoy en día, el término "elemento químico" se refiere a sustancias definidas por el número de protones en el núcleo atómico (número atómico Z). Un elemento puede formar sustancias combinadas con otros elementos o estar en estado libre. Esto da lugar a la clasificación de sustancias en simples (formadas por átomos de un solo elemento) y compuestas (formadas por átomos de diferentes elementos). TIPO DE SUSTANCIAS Se denomina “sustancias” a las diferentes calidades en las que se presenta la materia. Cada sustancia tiene sus propiedades particulares y éstas sirven para poderlas reconocer. Pueden clasificarse según diversos criterios. Por la calidad de los átomos, se dividen en simples (átomos del mismo elemento) y compuestas (átomos de diferentes elementos). Según su origen, son inorgánicas (no derivadas de organismos vivos) u orgánicas (derivadas de organismos vivos). En función de la química inorgánica, incluyen óxidos, hidróxidos, ácidos y sales. Según sus partículas constitutivas, se clasifican en metales, sustancias iónicas, redes atómicas y sustancias moleculares CLASIFICACIÓN DE LAS SUSTANCIAS DE ACUERDO A LA CALIDAD DE LOS ÁTOMOS QUE LAS FORMAN. SUSTANCIAS SIMPLES Y COMPUESTAS De acuerdo a la calidad de los átomos que forman las sustancias, las mismas se podrán clasificar en sustancias simples y sustancias compuestas. Sustancias simples: solamente presentan átomos de un mismo elemento Sustancias compuestas: presentan en su estructura átomos o iones de diferentes elementos unidos por enlaces químicos. Las sustancias compuestas son: los óxidos, hidróxidos, ácidos, sales, hidruros, etc., de la química inorgánica y, además, todas las sustancias de la química orgánica, etc. Desde hace mucho tiempo se conocen como sustancias inorgánicas a las sustancias que pueden encontrarse en los minerales o a las que están relacionadas con éstos. SUSTANCIAS COMPUESTAS. FÓRMULA MÍNIMA. FÓRMULA MOLECULAR Las sustancias compuestas están formadas por partículas de distintos elementos, unidas por fuerzas muy intensas, denominadas enlaces químicos, en una proporción definida e invariable. La proporción atómica mínima en la que cada elemento participa en la sustancia se indica con subíndices en el símbolo de cada elemento, lo que constituye la fórmula mínima del compuesto. Para las sustancias formadas por moléculas (no para las iónicas, ni para redes covalentes, ni para metales) se define la fórmula molecular. Ésta expresa la calidad, la proporción y el número de átomos de los elementos que constituyen una molécula de esa sustancia. La masa molecular (mal denominada "peso molecular") de una sustancia se obtiene sumando las masas de los átomos que forman la molécula de la sustancia; se expresa en la unidad uma. La masa de un mol de moléculas es numéricamente igual a la masa molecular y se expresa en la unidad gramo. Obs: Varias sustancias poseen una fórmula molecular igual a su fórmula mínima; pero no siempre son coincidentes LA ESCRITURA DE FÓRMULAS MÍNIMAS Y LA ELECTRONEGATIVIDAD DE SUS ELEMENTOS En las fórmulas de los compuestos binarios se debe tener presente que el elemento más electronegativo se escribe a la derecha y a la izquierda el menos electronegativo. Se debe tener en cuenta también, que hay fórmulas escritas que no respetan esta norma pero son aceptadas por ser la forma tradicional de escribirlas. CAPÍTULO IV SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (SI) En la investigación química, las mediciones son esenciales para expresar numéricamente las propiedades observadas. Medir implica establecer una relación entre la magnitud y la unidad de medida, resultando en una cantidad que se expresa con un número y una unidad. Se usa el Sistema Internacional de Unidades (S.I.), que organiza las unidades en base (como longitud, masa y tiempo) y derivadas. Las unidades del S.I. cambian en forma decimal mediante prefijos, y algunas unidades no del S.I. también se usan con frecuencia. MAGNITUD CANTIDAD DE SUSTANCIA La cantidad de sustancia es una magnitud muy útil en Química. Ésta no debe confundirse con las magnitudes "masa" o “volumen”. Dicho de otra forma, cuando se expresa la cantidad de sustancia en un dado sistema no se deben usar las unidades de masa (kg, g, mg, etc.) ni las de volumen (dm3 , cm3 , L, mL, etc.) sino la unidad “mol”. 1 mol es la cantidad de sustancia formada por 23 6, 022 · 10 partículas constitutivas (o entidades) de esa sustancia. Este número 12 coincide con la cantidad de átomos presentes en exactamente 12 g de 𝐶. A este número se denomina número de Avogadro. Este número es esencial porque, al conocer la cantidad de sustancia, se puede determinar el número de partículas presentes. Además, permite calcular la masa total de la sustancia (masa molar) y, para gases y vapores, el volumen que ocuparía en condiciones normales de presión y temperatura (CNPT). a.- Si la masa de una partícula individual es "X unidades de masa 23 atómica" (uma), la masa del conjunto formado por 6, 022 · 10 de esas partículas será "X g". b.- En los casos de gases y vapores, si la temperatura es la temperatura normal (0ºC, o 273,15 K) y la presión es la presión normal, una cantidad de sustancia igual a 1 mol de moléculas ocupa un volumen de 22,4 L. MAGNITUD CONCENTRACIÓN Otra magnitud importante en Química es la concentración de las especies químicas en los sistemas. Dicha magnitud puede ser expresada de varias 3 formas; expresada como indica el S.I., "moles cada metro cúbico", 𝑚𝑜𝑙/𝑚. Más comúnmente se utiliza para la magnitud concentración la unidad moles cada 3 𝑑𝑚 que es la cantidad de sustancia (unidad mol) que se encuentra presente en un volumen de un decímetro cúbico. A esta unidad de concentración se la conoce con el nombre de molaridad. Su valor se expresa con un número seguido de la letra M.