La materia, sus propiedades y transformaciones

SÍNTESIS CONTENIDOS CONCEPTUALES PARA EL MAESTRO –
BLOQUE TEMÁTICO: “La materia, sus propiedades y transformaciones”

LOS MATERIALES DE NUESTRO ENTORNO

Los materiales ocupan un lugar protagónico en nuestra vida. Son indispensables en el trabajo, en el estudio, en la vestimenta, en la alimentación, en la salud, y también en los marcos políticos y los acuerdos internacionales en los que se basa la economía de un país. Incluso, muchas de las guerras pueden interpretarse como la disputa por la posesión de algún material: tierra, agua, petróleo, alimentos, etc.
Los grandes avances que el ser humano ha realizado a lo largo de la historia, en general, están vinculados con uno o con muchos materiales diferentes. ¿Se puede negar acaso la importancia que cobró en cada momento histórico el hecho de poder manejar y ser “dueño” del hierro, del papel, del polietileno e incluso, actualmente de la fibra óptica?
Saber más sobre los materiales puede ayudarte a comprender mejor algunas cuestiones presentes todos los días en tu vida. Los actuales avances científicos y el desarrollo tecnológico permiten contar con una gran variedad de materiales diferentes. Hoy se pueden extraer u obtener, procesar, modificar y utilizar una cantidad mucho mayor de materiales que en cualquier otro momento a lo largo de toda la historia conocida de la humanidad.
Observando una habitación, se puede ver una gran variedad de objetos. Los muebles de madera, un florero de vidrio, Estos objetos, ocupan un lugar en el espacio, tienen peso y están hechos de diversos materiales.
Un vaso puede estar hecho de metal, de vidrio, de plástico... ¿Por qué no de agua? La respuesta que surge inmediatamente es porque los metales, los vidrios o los plásticos son sólidos a temperatura ambiente.
Un vaso es un cuerpo sólido, pero ¿todos los sólidos son iguales? ¿Sería útil hacer vasos de sal? ¿Por qué?
Al pensar en los materiales que se utilizan habitualmente, es posible buscar motivos por los cuales se seleccionan unos y no otros, según el uso que se les quiera dar.
En verano se usan las remeras de algodón, ¿por qué? Una posible respuesta es que el algodón en un material con el que se pueden elaborar fibras y que absorbe el agua. Son también de algodón las toallas y los repasadores que se utilizan en la cocina para secar los platos. No sería útil, por ejemplo, una servilleta de nailon ya que este material es prácticamente no absorbente, sin embargo, algunas de sus otras características, como su alta resistencia al desgaste por rozamiento y al ataque de hongos y polillas, lo hacen muy útil para otros usos, como por ejemplo para fabricar medias.
Por otra parte, también podríamos preguntarnos ¿Cualquier material es apto para envasar un alimento? Resolver esta pregunta significa conocer todos los materiales que se pueden usar, cuáles son sus propiedades y, fundamentalmente, investigar si sufren cambios o los producen en el alimento que se va a envasar. Por lo tanto, para responder ésta u otras cuestiones semejantes como las anteriores, es necesario comprender el origen, la composición y las propiedades de los materiales conocidos en la actualidad.
CUERPO, MATERIA Y MATERIALES
Es importante en principio, diferenciar algunos conceptos. Por ejemplo, ¿serán materiales los fideos y los tornillos o aquellas cosas con las que se fabrican, es decir la harina y el hierro? Por este motivo, es necesario ponerse de acuerdo acerca de qué se quiere decir cuando se habla de materiales y diferenciar este concepto del de cuerpo y materia.
MATERIA: es todo aquello que tiene masa, ocupa un determinado lugar en el espacio y puede ser captado por los sentidos. Así, es materia el alimento que ingerimos, la ropa con la que nos vestimos, el aire que respiramos, nosotros mismos y también el universo entero. En cambio, el pensamiento, los sentimientos, una idea, no son materia pues no poseen masa. O bien dicho de otra manera, el pensamiento, las ideas y los sentimientos son inmateriales y por lo tanto no forman parte del objeto de estudio de las Ciencias Naturales.
Ahora bien, la materia se presenta ante nuestros sentidos con formas determinadas, es decir como Cuerpos
Es decir, un CUERPO es una porción limitada de materia . Así por ejemplo, una mesa, ½ kg de harina, un globo, son cuerpos diferentes. ¿Por qué son diferentes? Simplemente porque tienen formas distintas o porque están constituidos por diferentes materiales tales como madera, harina o plástico. Podemos afirmar entonces que:
MATERIALES son los diferentes tipos de componentes que constituyen los cuerpos.
Para identificar materiales, el científico utiliza métodos especiales pero no deja de lado la utilización de los sentidos. Habitualmente, los ensayos de identificación de materiales involucran etapas en las cuales hay:
· Reconocimiento de caracteres organolépticos.
· Análisis de composición.
· Determinación de propiedades específicas de la materia o de sus componentes.
· Estudio de su estructura.


FORMAS DE CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES

Clasificación según su origen y grado de elaboración
En general, las personas dedicadas a la ciencia tratan de sistematizar la información que poseen, una de las formas es a través de la clasificación, para llevar a cabo este procedimiento se utilizan los llamados CRITERIOS DE CLASIFICACIÓN.
Se puede decir que los criterios son decisiones que se toman para ordenar conjuntos o colecciones teniendo en cuenta alguna característica o propiedad de los conjuntos o colecciones a ordenar. Así por ejemplo, los materiales pueden ser clasificados por su origen
Hasta hace muy poco el hombre aprovechaba los materiales que se encontraban disponibles en la naturaleza y buscaba diversas aplicaciones de los mismos: por ejemplo, marfil para hacer puntas de lanza, madera para hacer muebles, leche para alimentarse. Por muchos años la mayoría de las necesidades humanas fueron cubiertas con materiales de origen natural como pieles, algodones, lana, seda..., los llamados materiales naturales, como lo son también, por ejemplo, el agua, la madera, la arcilla o el aire.
Decir que un material es natural, no significa exactamente decir de donde se obtiene, ya que parece bastante complicado averiguar de dónde se obtiene cada material. Sin embargo, podemos inferir que cualquier material natural del planeta Tierra se obtiene del aire, del agua, del suelo o de los seres vivos
Algunos de ellos pueden ser utilizados tal como se encuentran en la naturaleza o con pocas modificaciones., a lo sumo han sido extraídos y purificados como por ejemplo, la leche o la sal común para la alimentación, la madera o el carbón se pueden usar directamente como combustibles; también los troncos de árboles se pueden usar como vigas en la construcción de una vivienda. Estos materiales se denominan naturales sin elaboración.
Otros materiales naturales, como la arcilla o el petróleo son poco adecuados si se los quiere utilizar tal como se encuentran naturalmente, pero se los puede usar para obtener otros materiales útiles como las cerámicas, el cemento, en el primer caso, y la nafta y el polietileno, en el segundo.
En la fabricación de cerámicas y cemento, la arcilla es materia prima, pues ni las cerámicas ni el cemento se encuentran en la naturaleza, pero pueden ser elaborados a partir de arcilla.
Los materiales que se obtienen a partir de materias primas son llamados materiales manufacturados, es decir que son materiales naturales con elaboración ya que el ser humano los ha transformado en otros por diferentes procesos que pueden ser industriales o artesanales.
Los aceites comestibles que se utilizan para aderezar las ensaladas, son productos manufacturados. También lo son los vidrios, el vino, las mermeladas, etc.
Actualmente se usan muchos materiales llamados sintéticos, como los plásticos. Son aquellos que resultan de complejas transformaciones de las materias primas a partir de las cuales se elaboran. La aspirina (ácido acetilsalicílico) es un producto sintético, no existe como tal en la naturaleza, se lo obtiene en los laboratorios de la industria farmacéutica.
Con el avance de la ciencia y la tecnología, el hombre fue aumentando su conocimiento sobre la estructura y obtención de los materiales naturales y sobre la elaboración de materiales sintéticos.
Por otra parte es importante tener en cuanta que muchos de los productos que conocemos son el resultado del aprovechamiento que hacen las personas de las propiedades de los microorganismos. El avance tecnológico ha posibilitado ir descubriendo técnicas más complejas que permiten generar nuevos productos. Se originó así una rama del conocimiento que se conoce actualmente con el nombre de BIOTECNOLOGÍA.
La biotecnología utiliza un conjunto de técnicas industriales que aprovechan la actividad propia de determinados microorganismos.
Muchos de los nuevos materiales que se utilizan actualmente son conquistas de la biotecnología. Por ejemplo la leche cultivada y el biogás (gas combustible que se obtiene a partir de restos de seres vivos, como el estiércol de animales). Si bien la palabra biotecnología es relativamente nueva, ya que sólo se la empezó a usar con el significado actual a partir de 1970, algunos procesos que involucra son viejos conocidos del ser humano. En efecto hace miles de años, las personas aprovechan las actividades de ciertos microorganismos para fabricar pan, vino y yogurt
Finalmente podríamos decir que resultaría muy difícil pensar en la vida diaria sin muchos de los nuevos materiales que hoy resultan habituales para la población humana actual, el mundo de los plásticos es muy familiar. ¿Fue así para los que vivieron en el siglo XIX? Seguramente no.
Clasificación según su estado de agregación.
La materia puede presentarse en diferentes estados de agregación, es decir en diferentes estados físicos. Por lo general, en la Tierra se presentan en los estados gaseosos, líquido y sólido. Aunque en el universo, también se encuentra materia en un estado de agregación denominado plasma, por ejemplo en las estrellas.
Caracterización de los sólidos:
Una cuarta parte de la corteza terrestre está formada por sólidos. Éstos constituyen lo que llamamos GEOSFERA.
Los sólidos poseen las siguientes características:
· Son incompresibles ( dentro de ciertos límites no se deforman por presión)
· No fluyen.
· Poseen forma y volumen propios.
· Algunos denominados sólidos cristalinos, presentan regularidad en su estructura, y otros, que no la tienen, se denominan sólidos amorfos.
· La difusión de unos en otros es mucho menor que la de los líquidos y los gases.
Caracterización de los líquidos:
· Las tres cuartas partes de la superficie terrestre están cubiertas por agua. Sin embargo el agua no es el único líquido en la Tierra, existen otros materiales en ese estado y todas ellas presentan características comunes como :
· Poseen un volumen definido pero no tienen forma definida ya que adoptan la del recipiente que los contiene.
· Son muy poco compresibles (su volumen disminuye muy poco ante grandes presiones y a presiones moderadas son prácticamente incompresibles).
· Si dos líquidos son miscibles entre sí, difunden unos en otros pero a velocidades mucho menores que la de los gases.
· Por lo general se dilatan poco con el calentamiento.
Caracterización de los gases:
· Los gases presentes en la Tierra, en su mayoría forman parte de la atmósfera. Esta capa de gases no es uniforme, pues pueden distinguirse zonas de diferente composición química.
· Además de los gases de la atmósfera, también existen muchas sustancias en estado gaseoso, que se usan en aerosoles, extinguidores, llantas de vehículos, en la red domiciliaria o envasados en tubos para uso doméstico.
· A pesar de que existen tantos gases diferentes, es posible describir algunas características comunes que permiten identificarlos como tales:
· Se comprimen. Si se coloca aire en una jeringa, se tapa el agujero con plastilina, con pegamento o con una aguja doblada y se empuja el émbolo hacia adentro, se ve una disminución del volumen lo que indica que el gas se comprimió.
· Se expanden. Si en el ejemplo anterior se empuja el émbolo hacia fuera, de modo de aumentar el volumen, el gas llenará todo el espacio disponible.
· No poseen ni forma ni volumen propio, como se ejemplificó anteriormente, ocupan todo el volumen disponible y adoptan la forma del recipiente en el que se encuentran.
· Difunden rápidamente unos en otros. Así por ejemplo si se coloca un recipiente con agua, destapado, y se lo calienta hasta que el agua comience a hervir, el vapor de agua (agua en estado gaseoso) se mezclará inmediatamente en el aire atmosférico. Lo mismo ocurre cuando se destapa un frasco con perfume.
· Presentan una densidad menor que la de la misma sustancia en estado líquido o sólido.
· Se desplazan desde puntos de mayor presión hacia puntos de menor presión. Esto ocurre por ejemplo con el viento que es aire en movimiento.
· A presión constante, si se incrementa su temperatura se expanden, es decir, aumentan su volumen.
· A volumen constante, aumentan su presión cuando aumentan su temperatura.
Los estados de agregación y el modelo de partículas
En alguna oportunidad, hemos visto diferentes maquetas o planos de un lugar, por ejemplo de un barrio, de una plaza, de un edificio, etc. Supongamos la maqueta o el plano de la escuela, con ellos se pueden analizar el tamaño de las aulas, su orientación, las características del patio, la ubicación del laboratorio, etc.: sin embargo esa maqueta o ese plano no te dice nada de la personalidad de los docentes, de las actitudes entre ellos, del compañerismo entre los alumnos o de lo difícil de las evaluaciones. Esto ocurre porque la maqueta o el plano no son la escuela, sino que constituyen un MODELO de la escuela, es decir que intenta representar la escuela y lo hace dentro de ciertos límites. Otro ejemplo de modelo podría ser los que se utilizan en biología para analizar y explicar el funcionamiento de los diferentes sistemas del cuerpo humano, pasa con él exactamente lo mismo, sirven para explicar algunos aspectos y otros no. Los modelos no son siempre aparatos, planos o maquetas, pueden ser también explicaciones, esquemas, etc., que se realizan para interpretar alguna realidad. Es decir:
“Los modelos son representaciones simplificadas de la realidad que se utilizan para hacer mas comprensible algunos aspectos de dicha realidad”
Para explicar cómo estaba constituida la materia, los científicos imaginaron un modelo basado en la hipótesis de que la materia está formada por PARTÍCULAS. La palabra “partícula” esta usada en este caso según su significado cotidiano, es decir, se refiere a pequeñísimas partes.


Este modelo está conformado por una serie de ideas básicas:
· Toda la materia está formada por muchas partículas.
· Las partículas son extraordinariamente pequeñas.
· Las partículas están en constante movimiento.
· Las partículas están separadas por espacios vacíos.
· Entre las partículas existen dos tipos de fuerzas:
A) Fuerzas de cohesión que tienden a mantener unidas a las partículas
B) Fuerzas de dispersión que tienden a mantener a las partículas separadas.
Para que el modelo sea válido debe permitir interpretar algunos hechos observables como por ejemplo los estados de la materia, sus cambios, la existencia de materiales diferentes, etc.
Los diferentes estados de agregación de la materia son el resultado de las distintas maneras en que se agrupan e interactúan las partículas que conforman el material. El modelo de partículas permite describir las características de cada estado y los cambios que experimentan sus partículas.
Estado gaseoso según el modelo de partículas.
1.- Los gases no tienen forma ni volumen propios.
La palabra “gas” proviene del vocablo griego chaos (caos), que significa desorden, y fue propuesta por el químico flamenco B. Van Helmont (1577-1644) a principios del siglo XVII. Desde el modelo de partículas puede considerarse que el término es apropiado, pues los gases se caracterizan por tener un desorden mayor en sus partículas que el que hay en los líquidos y los sólidos. Las fuerzas que predominan entre las partículas que constituyen los gases son las de dispersión, es decir las partículas no permanecen juntas, se mueven en forma independiente e interactúan muy poco entre sí, por este motivo los gases no presentan límites fijos.
Otra particularidad de los gases es que sus partículas se mueven recorriendo grandes distancias y a grandes velocidades de acuerdo a su energía, chocando entre ellas y con el recipiente que las contiene, lo cual diferencia a los gases de los sólidos. Cuanto mayor es la temperatura, mayor será su energía cinética y mayor la velocidad con que se mueven las partículas del gas.
Los gases pueden penetrar por todas partes, por lo cual son difíciles de almacenar ya que las partículas tienden a escapar a través de los orificios más pequeños. De esta manera, muchos sólidos son permeables a los gases, y es por eso que pueden atravesar las paredes de sólidos a uno y otro lado. Ejemplos de este fenómeno son: el globo que se desinfla poco a poco, el hecho de que se filtre aire a través de pequeñas aberturas de las ventanas o por grietas en las paredes (se calcula que una habitación cerrada y libre de corriente, renueva su aire en forma completa, una o dos veces en una hora)
2.- Los gases ejercen presión sobre los recipientes que lo contienen
¿Cómo es que ocurre esto? Teniendo en cuenta que la presión se puede definir como el efecto resultante que produce una fuerza sobre la superficie sobre la superficie sobre la cual actúa (es decir es la relación que existe entre la fuerza que se realiza y la superficie sobre la cual actúa), esta propiedad se puede explicar así:
Las partículas gaseosas se mueven independientemente, a gran velocidad, en movimientos al azar. Esto significa que si un gas está en contacto con una superficie, las partículas del gas están continuamente golpeando las paredes y rebotando en ella. Estas fuerzas podrían generar la suficiente presión, como para que el recipiente estalle.
Los gases pueden presentar notables variaciones en su volumen según las variaciones en la temperatura y la presión. Además estas modificaciones son similares en diferentes gases: es decir, que si en diferentes gases se considera un mismo volumen, una misma presión y una misma temperatura, estos se comportan de manera similar ante cambios iguales en presión y temperatura.
3.- Los gases tienen una densidad baja comparada con la de los líquidos y sólidos.
La densidad de una sustancia mide la cantidad total de masa que existe en un volumen dado. Como las partículas se mueven a gran velocidad y entre ellas predominan las fuerzas de dispersión, existe gran espacio entre ellas (mucho mayor que en los líquidos y sólidos)
LA TEORÍA CINÉTICA DE LOS GASES
El estudio detallado de los gases permitió, en gran medida, responder las cuestiones relativas a los estados de la materia. En 1868, el físico escocés James C. Maxwell (1831-1879) y el físico austríaco Ludwing Boltzmann (1844-1906) pensaron que los gases estaban constituidos por infinidad de moléculas moviéndose al azar. Y enunciaron, luego de numerosos experimentos los postulados de la teoría cinético-molecular.
La palabra “cinética” significa movimiento, la energía cinética es aquella que tiene un objeto que se mueve. Esa energía depende de la masa del objeto y de su velocidad. La teoría cinética de los gases se refiere al movimiento de las moléculas. Puede sintetizarse en los siguientes postulados:
· Los gases están formados por un número enorme de partículas diminutas, las moléculas (es la porción más pequeña de una sustancia que resulta representativa de la misma), que poseen masa y cuyo volumen es muy pequeño en relación con las distancias que separan a una molécula de otra. Por lo tanto entre las partículas existen enormes espacios vacíos.
· Las moléculas se mueven continua y azarosamente en línea recta y en todas direcciones chocando entre sí, y con la superficie interna del recipiente. este estado de continuo movimiento se denomina agitación térmica.
· No existen fuerzas de interacción entre las partículas.
· Los choques entre moléculas son elásticos. Esto significa que la energía cinética total del sistema no cambia por efecto de los choques, es decir se conserva.
· En una masa gaseosa, en un instante dado, las partículas poseen diferentes velocidades y, en consecuencia, distintas energías cinéticas. La energía cinética promedio de las moléculas es proporcional a la temperatura absoluta del gas.
· A la misma temperatura, las moléculas de cualquier gas tienen igual energía cinética promedio. Cuando aumenta la temperatura aumenta la velocidad y por lo tanto la energía cinética promedio de las moléculas.
Noción de gas y vapor.
Pocas son las sustancias que están en estado gaseoso a temperatura ambiente, entre ellas el nitrógeno, el oxígeno, el dióxido de carbono, el hidrógeno, el helio, el cloro y el flúor. Si bien comúnmente las palabras gas y vapor se utilizan como sinónimos, hay que diferenciarlos porque aluden a conceptos distintos. El gas es una sustancia que, a presión normal y a temperatura ambiente, se encuentra en estado gaseoso. El vapor por su parte es la forma gaseosa de una sustancia que a temperatura ambiente es un sólido o un líquido. En general el vapor está en contacto con uno de sus estados condensados (sólido o líquido.) por otra parte, para licuar un gas, es necesario someterlo a condiciones determinadas de presión y temperatura, mientras que para condensar un vapor generalmente sólo es necesario disminuir su temperatura.
Estado líquido según el modelo de partículas.
1.- Los líquidos tienen su propio volumen.
Las moléculas de los líquidos se encuentran a menor distancia unas de otras y el movimiento de cada una está más restringido que en el estado gaseoso. Esto se debe a las interacciones, de naturaleza electrostática que se producen entre ellas. Si las moléculas son polares, es decir tienen zonas de diferente densidad electrónica (los electrones de los átomos que las forman no están distribuidos uniformemente en la molécula), se originan atracciones entre polos eléctricos opuestos de diferentes moléculas y repulsiones entre polos del mismo signo. En el caso de moléculas no polares, se forman dipolos transitorios que originan también fuerzas electrostáticas de atracción, aunque más débiles.
2.- Los líquidos tienen una superficie que los limita.
Los líquidos son, al igual que los gases fluidos, pero a diferencia de éstos se adaptan a la forma del recipiente que los contiene y llenan dicho recipiente hasta un cierto nivel, actuando como si tuvieran una lámina o piel superficial ( superficie libre). Los físicos alegan que existe una tensión superficial que tiende a contraer dicha superficie. En cambio, los gases al carecer de esta tensión superficial no pueden formar gotas como los líquidos. Estos hechos se explican a partir de la idea que en los líquidos, las partículas no son tan independientes como en los gases. Se mueven tan cerca unas de otras, que existen fuerzas que tienden a mantenerlas unidas, pero sueltas a la vez. Existen fuerzas de cohesión en equilibrio con las fuerzas de dispersión que explican el comportamiento del fluido. Las partículas pueden moverse pero tienen dificultad en romper la superficie del líquido que conforman debido a las fuerzas que las unen.
3.- Los líquidos ejercen una considerable presión de vapor.
Todas las moléculas de un líquido tienen movimientos que se relacionan con su energía cinética. Pero si en algunas moléculas la energía de movimiento resulta mayor que la atracción producida por las fuerzas electrostáticas, éstas vencen a las de atracción, y pueden romper la superficie libre, y adquirir el estado gaseoso como vapor. De esta forma se produce, sobre la superficie del líquido un vapor que ejerce una presión llamada presión de vapor, en contra de la presión atmosférica.
Al aumentar la temperatura, hay una mayor proporción de moléculas con mayor energía cinética por lo que
La presión de vapor aumenta, a tal punto que puede igualar la presión atmosférica. En estas condiciones el líquido hierve, y a la temperatura que esto ocurre se la llama punto de ebullición. Por lo tanto la temperatura de ebullición depende del valor de la presión atmosférica y de la naturaleza de cada sustancia líquida. Por ejemplo, el agua hierve a 100°C si la presión atmosférica es de 1 atm. Pero si la presión atmosférica es baja el agua hierve a menor temperatura ya que la presión de vapor que equilibra la presión atmosférica será menor y se alcanzará a menor temperatura. Así por ejemplo, como la presión atmosférica disminuye con la altitud, el agua hierve a 71 °C en el monte Everest.
Estado sólido según el modelo de partículas.
1.- Los sólidos presentan forma definida.
El mundo sólido ofrece permanencia de formas. Las partículas de los sólidos se encuentran a distancias mucho menores que en los otros estados y entre ellas predominan las fuerzas de atracción que son mucho más fuertes que en el estado líquido o sólido. Esto hace que conformen un armazón rígido que se mantiene por sí mismo.


LOS CAMBIOS DE ESTADO DE LA MATERIA

En condiciones ordinarias, las sustancias se presentan en un estado físico determinado. Por ejemplo el nitrógeno es un gas, el alcohol fino es un líquido y el aluminio un sólido. Pero es posible que estas mismas sustancias presenten otros estados diferentes del habitual; el nitrógeno puede licuarse, el alcohol puede evaporarse, el aluminio puede fundirse. Estas modificaciones que puede sufrir el estado de una sustancia determinada se denominan cambios de estado.
Ahora bien, ¿de qué depende que una sustancia presente un cambio determinado o bien pueda cambiar el mismo?
· En primer lugar de las características propias de la sustancia. Dichas características dependen, en última instancia de la clase de partículas que la forman y de la forma en que las mismas estén unidas entre sí.
· En segundo lugar, de la temperatura a la cual se encuentra dicha sustancia.
· En tercer lugar de la presión a la cual está sometida. Si se aumenta la presión de un gas es posible licuarlo sin aumentar su temperatura.
Los cambios de estado son:
FUSIÓN: es el pasaje del estado sólido al estado líquido
Interpretación cinética de la FUSIÓN:
Sabemos que los sólidos tienen estructura cristalina, esto es, sus átomos están colocados de forma regular en determinados puntos, siguiendo las tres dimensiones del espacio. Estos átomos pueden vibrar en torno a su posición de equilibrio y si su temperatura aumenta, la amplitud de sus vibraciones crece, ya que la energía que reciben se emplea en aumentar su velocidad. Puede llegar un momento que los enlaces que los retenían en sus posiciones se rompan, desaparezca la distribución regular o lo que es lo mismo la estructura cristalina y se inicie el paso al estado líquido, es decir la fusión
Leyes de la FUSIÓN:
1ª.-A la presión atmosférica, las sustancias puras funden a una temperatura constante que se llama punto de fusión. (Se realiza a una presión de 1 atm o de 1013,2 hPa)
2ª.-Mientras dura la fusión la temperatura se mantiene constante.
3ª.-Si la presión exterior cambia, la temperatura de fusión experimenta pequeñas variaciones.
VAPORIZACIÓN: es el pasaje del estado líquido al gaseoso. Cuando se produce a nivel de la superficie del líquido se denomina EVAPORACIÓN (ésta se realiza a cualquier temperatura), en cambio cuando tiene lugar en toda la masa líquida se denomina EBULLICIÓN.
Interpretación cinética de la VAPORIZACIÓN
Desaparecida la estructura cristalina -esto es la de sólido- si se sigue calentando el líquido, las partículas irán aumentando su energía cinética y algunas conseguirán llegar a la superficie libre del mismo y venciendo la tensión superficial (F/l) escaparán del líquido, transformándose en gas.
Leyes de la EBULLICIÓN:
1ª.-A la presión atmosférica, las sustancias puras ebullen a una temperatura constante que se llama punto de ebullición. . (Se realiza a una presión de 1 atm o de 1013,2 hPa)
2ª.-Mientras dura la ebullición la temperatura se mantiene constante.
3ª.-Si la presión exterior cambia, la temperatura de ebullición experimenta pequeñas variaciones. SUBLIMACIÓN
En determinadas condiciones de presión y temperatura, un gas puede pasar directamente a sólido. Es lo que conocemos por sublimación. Algunos autores emplean este término para definir también el camino inverso, es decir, la volatilización
Un caso muy conocido de este proceso es el de la naftalina; también se da en los cristales de iodo.
VOLATILIZACIÓN: pasaje del estado sólido al gaseoso sin pasar por el estado líquido.
SOLIDIFICACIÓN: es el pasaje del estado líquido al estado sólido.
LICUEFACCIÓN. Es el pasaje del estado gaseoso al líquido.
CONDENSACIÓN: es el pasaje de un vapor al estado líquido.
En todos los cambios de estado se produce una variación en la estructura de las moléculas produciéndose en ellas cambios en sus energías cinética y potencial y, si hay variación del volumen, se realiza además un trabajo
En unos cambios de estado, la energía se le comunica al cuerpo y en otros (solidificación, licuación) el cuerpo devuelve la energía en forma de calor.

LAS PROPIEDADES DE Los materiales y los usos.

Los materiales se utilizan para cumplir alguna función o satisfacer algún deseo o necesidad. Se utilizan materiales para construir puentes, confeccionar ropa, fabricar autos; también para obtener energía.
Los materiales presentan diferentes propiedades que los hacen más adecuados para determinados usos.
Se denominan propiedades de la materia a las características propias de la misma que se pueden apreciar a través de los sentidos o bien a través de instrumentos de medición, o bien a través de aquellos comportamientos frente a otras sustancias o reactivos.
Las propiedades pueden ser:
  1. Físicas.
  2. Químicas.
  3. Organolépticas
  4. Intensivas
  5. Extensivas
1.- Propiedades Físicas:
Los diferentes materiales se diferencian gracias a ciertas cualidades que afectan en forma directa o indirecta nuestros sentidos y que pueden medirse y/ u observarse sin que se modifique la composición de la materia: son las denominadas Propiedades Físicas. Son ejemplos de propiedades físicas el peso, la densidad, la dureza, el volumen, la temperatura, el peso específico, etc.
Algunas propiedades de los materiales sólidos:
La dureza de un material se refiere a su resistencia a ser cortado o rayado. El acero es más duro que la madera.
La elasticidad de un material es la capacidad que posee de deformarse, cuando se aplica una fuerza sobre él y de recuperar su forma externa cuando cesa la fuerza que lo deforma. El caucho vulcanizado es un material elástico, también lo son los materiales metálicos con los que se hacen los resortes.
La fragilidad: Si un vaso de vidrio se cae, se rompe en pedazos. Esto no ocurre si es de metal o de plástico. El vidrio es un material frágil. También es una propiedad de los materiales sólidos.
La plasticidad de un material es una medida de su capacidad para experimentar deformaciones permanentes sin llegar a la rotura. La plastilina es un material de gran plasticidad, el plomo también. El vidrio de las ventanas, a temperatura ambiente, no es plástico, cualquier intento por deformarlo, lleva a su fractura. La plasticidad puede resultar ventajosa o desventajosa, según el uso que se le quiera dar al material. Es posible deformar o abollar un vaso de aluminio pero no uno de vidrio.
La ductilidad de un material es la capacidad que posee para poder ser estirado y formar hilos. El cobre, por ejemplo, es un material muy dúctil, el oro también.
La maleabilidad de un material se refiere a su capacidad para ser laminado. El oro, la plata y el aluminio son materiales muy maleables.
Tanto la ductilidad como la maleabilidad son manifestaciones de la plasticidad.
Los materiales líquidos también tienen propiedades de las que dependen sus usos.
Una de ellas es la viscosidad, es decir, su resistencia a fluir. El aceite comestible es más viscoso que el agua. Los aceites lubricantes que se usan para los autos tienen una clasificación de viscosidad que se identifica mediante números. Un aceite con el número 30 es más viscoso que otro de número 10.
Cuanto mayor es la viscosidad de un líquido menor es la rapidez con que puede fluir
En la vida cotidiana hay líquidos que se utilizan como disolventes. El alcohol, por ejemplo, se emplea para sacar una mancha de bolígrafo, el aguarrás para limpiar los pinceles con pintura al aceite, la nafta para sacar una mancha de grasa.
El poder disolvente de un líquido es una propiedad que determina ciertos usos del mismo.
2.- Propiedades químicas:
Determinan qué cambios o transformaciones puede experimentar la materia en su composición, ante determinados reactivos. Estos cambios ocurren a través de las reacciones químicas.
Una reacción química es un proceso durante el cual una o varias sustancias se transforman en otras distintas.
Entre las propiedades químicas de las sustancias se puede mencionar:
· La capacidad de reacción con el oxígeno. (poder de oxidación o deselctronización)
· La reacción con sustancias ácidas.
· La reacción con sustancias básicas
· La capacidad de reaccionar con hidrógeno. (poder de reducción o electronización)
3.- Propiedades organolépticas:
Son aquellas cualidades capaces de ser captadas por los sentidos. Por ejemplo: el brillo, el color, la textura, el aroma, el estado en que se encuentra.
4.- Propiedades Extensivas:
De las propiedades antes mencionadas, dependen de la cantidad de materia que se considere. Así por ejemplo, al medir el peso de un grano de arroz, se comprueba que es diferente al peso de una bolsa de arroz. Las propiedades extensivas son aditivas, es decir que el peso del grano de arroz y el peso de la bolsa pueden sumarse para obtener el peso total de arroz. Otros ejemplos pueden ser: el volumen, la masa, etc.
5.- Propiedades Intensivas:
Estas propiedades en cambio, no dependen de la cantidad de materia considerada. Así por ejemplo al observar un grano de azúcar se comprueba que su color es igual al de un terrón. Algunos ejemplos son: la densidad, el índice de refracción (es el cociente entre la velocidad de propagación de la luz en ese material y la velocidad en un medio de referencia como el vacío o el aire), los puntos de fusión y ebullición, la tensión superficial (cantidad de energía que se requiere para extender o aumentar la superficie de un líquido por unidad de área), la dureza, la elasticidad, el peso específico, etc.
Las propiedades intensivas no son aditivas. Por ejemplo si se registran el punto de ebullición del agua contenida en dos recipientes, y luego se juntan el agua de ambos en un solo recipiente, y se vuelve a registrar el punto de ebullición, éste no varía.
Las propiedades físicas e intensivas son denominadas también constantes físicas o propiedades específicas, y permiten reconocer y caracterizar un material.
Las propiedades intensivas orientan el uso de los materiales. Por ejemplo, una de las características más valiosas del aluminio es su baja densidad. La masa de un cuerpo macizo de aluminio es una tercera parte de la de un cuerpo igual, si fuera de hierro macizo. Esta dualidad (ser barato y "liviano") lo hace especialmente indicado, por ejemplo, para la industria de la aviación. Otra característica del aluminio, común a todos los metales, es que sus superficies presentan brillo, reflejan la luz y es por ello que los espejos económicos se fabrican depositando finas capas de aluminio sobre una placa de vidrio. En la fabricación de espejos de mejor calidad y mayor precio se utiliza plata.

LOS SISTEMAS MATERIALES

Supongamos que queremos estudiar qué ocurre con la materia y la energía cuando:
· Se prepara un asado.
· Se agrega cubitos de hielo a una bebida.
· Se mezclan dos témperas de distinto color en una paleta.
Para poder analizar estas situaciones, es necesario delimitar la porción de materia que se estudia., al que se denomina sistema material Así por ejemplo si se quiere analizar las características de la mezcla de las témperas, no se tendrá en cuenta el soporte (la paleta) donde ésta se realiza.
Es decir, un sistema material es una porción limitada de materia que se independiza o aísla, de manera real o imaginaria del resto para ser estudiada.
La extensión del sistema material la define el investigador: por ejemplo al estudiar qué ocurre con la bebida cuando se agrega un cubito, se puede considerar o no el vaso que la contiene.
En general, los sistemas materiales pueden intercambiar materia y / o energía con el medio que los rodea. Así por ejemplo, una olla con agua hirviendo modifica la temperatura y la humedad de la habitación donde se encuentra. Según el tipo de intercambio, los sistemas pueden ser:
SISTEMA
INTERCAMBIO DE MATERIA
INTERCAMBIO DE ENERGÍA
EJEMPLO
Abierto
SI
SI
Fogata
Cerrado
NO
SI
Lamparita encendida
Aislado
NO
NO
Termo

En los sistemas materiales pueden diferenciarse FASES, es decir porciones en las cuales los valores de las propiedades intensivas resultan constantes. Por ejemplo, en la bebida con cubitos, la bebida constituye una fase y los cubitos otra. Las fases se hallan separadas entre sí por límites virtuales llamados interfase.

Un sistema material puede tener una o varias sustancias, que se denominan COMPONENTES. Si tiene un solo componente se trata de una SUSTANCIA y si tiene varios de una MEZCLA.

LAS MEZCLAS

Sobre la diversidad de sistemas materiales que existen se han realizado clasificaciones que permiten diferenciarlos en dos grandes grupos: mezclas y sustancias. Los materiales que utilizamos en la vida diaria son, generalmente, mezclas.
Son ejemplos de mezclas, los líquidos limpiadores que contienen, entre otros componentes, agua y amoníaco. La mina de lápiz también es una mezcla, formada por grafito y arcilla. Los lápices que se suelen llamar suaves o blandos (N°1) son los que contienen más grafito. El aire es una mezcla de gases
Existe una gran variedad de mezclas. Una primera clasificación se puede realizar en función del aspecto observable. Aquellas en las que se aprecian sus componentes y presentan dos o más partes que no tienen los mismos valores de las propiedades intensivas se denominan mezclas heterogéneas, están formadas por dos o más fases. Aquellas en las que los componentes no se pueden distinguir a simple vista, ni con el ultramicroscopio y presentan los mismos valores para las propiedades intensivas en todas sus partes, se llaman mezclas homogéneas o soluciones (disoluciones), están formadas por una sola fase. Se denomina fase a cada porción o parte homogénea de un sistema, su composición es constante.
Tanto en los hogares como en los laboratorios se utilizan, frecuentemente, las soluciones líquidas. Éstas son transparentes, pueden ser incoloras, como el agua potable, o coloreadas, como la tintura de yodo; las partículas que las constituyen pueden ser átomos, moléculas, iones; es por esto que los componentes de una solución no se pueden separar por filtración, ya que el diámetro de los poros de un filtro es mayor que el de los iones o moléculas que constituyen a un sistema homogéneo.
El agua, una sustancia, está formada por moléculas de agua. El agua azucarada, una solución, contiene moléculas de agua y moléculas de azúcar.
También existen sistemas en los que la composición va variando gradualmente, sin presentar superficies de discontinuidad. Se trata de las mezclas inhomogéneas, como por ejemplo la atmósfera.

MEZCLAR Y SEPARAR

Casi todos los aderezos para ensaladas están constituidos por dos líquidos insolubles entre sí: vinagre y aceite. Además contienen especias como ajo, sal, etc. Para usar un aderezo hay que agitarlo, así se producen gotitas muy pequeñas. Cuando se deja de agitar, las gotitas de aceite comienzan a reunirse y aumentan su tamaño hasta formar una capa separada; la adición de un tercer componente puede impedirlo. El resultado es una mezcla estable llamada emulsión. En la mayonesa (hecha con yema de huevo, aceite, sal y vinagre o jugo de limón) la yema de huevo contiene una sustancia (la lecitina) que estabiliza las diminutas gotas de aceite que se dispersan en la fase acuosa. La clave para hacer mayonesa es verter las gotas de aceite muy lentamente sobre el vinagre o jugo de limón y la yema (bien batidos) de forma que ésta pueda cubrir las gotas de aceite que se están añadiendo, impidiendo que se junten. Al preparar una mayonesa, la velocidad de añadido del aceite a la mezcla vinagre-yema de huevo debe ser menor a la de dispersión del aceite en la emulsión.
Se denominan dispersiones o suspensiones a aquellos sistemas heterogéneos en los que una de las fases está fragmentada en pequeñas partículas, distribuidas en un medio que puede ser líquido o gaseoso. La primera es la fase dispersa y la segunda es la fase continua o medio dispersante. Si las partículas de la fase dispersa tienen un diámetro comprendido entre 1 y 10000 nm, esto es entre 10-9m y 10-6m, se la llama dispersión coloidal.
Las partículas coloidales (micelas), debido a su tamaño, dispersan la luz, provocando el llamado efecto Tyndall. Para percibirlo, la dirección del haz de luz debe ser perpendicular a la dirección de observación.
El haz de luz emitido por un faro puede ser observado cuando hay niebla, debido a la dispersión que ésta produce. La niebla es una suspensión de pequeñísimas gotitas en un medio gaseoso.
En una dispersión coloidal o coloide, las partículas de la fase dispersa son mucho más grandes que las que forman las soluciones, pero lo suficientemente pequeñas como para no ser detectadas a simple vista.
Hay muchas clases de sustancias que no se disuelven en agua y, dependiendo del tamaño de las partículas dan lugar a suspensiones o coloides; si al dejar reposar la mezcla, la fase dispersa se separa, se dice que dicha mezcla es una suspensión. (Partículas >10000nm)
Numerosas medicinas para niños se presentan en forma de suspensiones, para que las ingieran por vía oral. Muchos de los productos de cosmética se presentan como sistemas coloidales: emulsiones, geles y aerosoles en envases apropiados.
Ejemplos de dispersiones coloidales
Fase
Fase dispersa continua o dispersante
Gas
Líquido
Sólido
Gas
No forman coloides, solo soluciones
Aerosoles líquidos.
Ej.: niebla, fijadores para el cabello
Aerosoles sólidos.
Ej.: humo de cigarrillo o del caño de escape de un auto
Líquido
Espumas.
Ej.: crema de afeitar, crema batida
Emulsiones.
Ej.: mayonesa, leche
Soles.
Ej.: dispersión acuosa de “almidón soluble”, leche de magnesia
Sólido
Espumas sólidas.
Ej.: piedra pómez
Geles
Ej.: jaleas, gelatinas, manteca
Soles sólidos.
Ej.: ciertos vidrios de aspecto lechoso

Propiedad
Solución
Coloide
Suspensión
Diámetro de partícula
< 10-9 m
entre 10-9m y 10-6m
> 10-6 m
¿Decanta al reposar?
No
No
Si
¿Se filtra con papel?
No
No
Si
¿Es homogéneo a simple vista?
Si
Si
No
¿Es homogéneo al ultramicroscopio?
Si
No
No


Métodos de separación de fases
Tanto en el laboratorio como en la industria se utilizan diferentes métodos para separar las fases de un sistema heterogéneo.
Por ejemplo, los metales se obtienen a partir de minerales que son extraídos de los yacimientos que los contienen.
La mina es la parte de un yacimiento que está en explotación. De la mina se extraen, conjuntamente, el mineral útil y el material sin valor comercial. Estos últimos constituyen la ganga y debe ser separada.
Algunos metales se obtienen con solo ser separados de la ganga: es el caso del oro.
Muchas historias se han contado y se cuentan acerca de los buscadores de oro...
En las arenas de algunas playas o de arroyos y ríos, el oro se encuentra en forma de pepitas. En la Argentina existe este tipo de oro en Famatina, provincia de La Rioja. También en Catamarca.
Los arenales que contienen oro se llaman arenales auríferos. En latín el nombre del oro es aurum, de allí deriva la palabra aurífero. El símbolo del oro es Au.
La separación del oro, de la arena y otros minerales que lo acompañan (ganga) se hace por medio de la levigación. Este es un método mecánico que consiste en hacer pasar un líquido por la mezcla de los sólidos, de manera que arrastre consigo a uno solo de ellos y lo separe. Generalmente el líquido que se usa es agua.
Como el oro tiene mayor densidad que la ganga, y ninguno de los dos es soluble en agua, es posible hacer la separación por medio de la levigación. El oro queda en el fondo mientras que la ganga es arrastrada.
Este método se usa para casos en que los trozos sólidos, además de tener diferencias en la densidad, tienen partículas de tamaños parecidos.
Si se quiere separar sólidos de diferentes tamaños se puede hacer una tamización. Por ejemplo separar las cortezas del pan rallado o la arena del canto rodado
Se puede separar un sólido en polvo de un líquido (en el cual no es soluble el sólido), haciendo una filtración, que consiste en separar los materiales sólidos, precipitados o en suspensión, mediante una malla fina (tejido de tela o papel).
La fase dispersa de un coloide no puede ser separada por filtración, pero sí por coagulación, por agregado de sales. Por ejemplo, cuando las partículas coloidales (micelas) de un agua de río entran en contacto con el agua salada del mar, se agrupan (coagulan) y forman el sedimento en el delta del río. También puede utilizarse un método denominado diálisis, en el cual se utiliza una membrana semipermeable que retiene las micelas y deja pasar las partículas más pequeñas. Así por ejemplo es posible separar un coloide formado por clara de huevo y sal. (La sal pasa, las micelas del huevo no)
Si la mezcla de dos líquidos no es homogénea, se dice que los líquidos son inmiscibles. Es posible separarlos por decantación, dejando reposar la mezcla y usando una ampolla o embudo con llave de dos vías. Al abrir la llave pasa el líquido de la fase inferior. Al llegar el nivel del otro líquido se cierra la llave, con lo que se logra separar las fases del sistema inicial.
La levigación, la filtración, la decantación son métodos de separación de fases.
Si se quiere separar limaduras de hierro de arena, conviene utilizar la imantación, método que permite separar, mediante un imán, mezclas heterogéneas donde una de las fases tiene propiedades magnéticas. Este método es utilizado por ejemplo al recoger los alfileres, o para separar partículas de hierro que pueden acompañar a los cereales.
Otros métodos para separar las fases de mezclas heterogéneas son:
Ventilación: método que se utiliza para separar mezclas formadas por dos materiales sólidos mediante una corriente gaseosa (aire por ej.) que arrastra la fase de menor peso específico. Por ejemplo soplar para quitar las partículas de goma después de borrar el cuaderno., o bien en la limpieza de los cereales para separar el grano del polvo, trozos de paja, etc.
Flotación: este método consiste en agregar a la mezcla de dos sólidos un líquido de peso específico intermedio que no altere los materiales que conforman la mezcla. Este método se puede utilizar por ej. Para separar aserrín de arena.
Centrifugación: consiste en colocar la mezcla heterogénea formada por un líquido y un sólido no miscible en un recipiente que se hace girar a gran velocidad. La fase más densa, generalmente la sólida, se deposita en el fondo del recipiente, la otra sobrenada y luego se separa por decantación.

SOLUCIONES Y SUSTANCIAS

Muy pocos de los materiales que se encuentran en la vida diaria son sustancias puras; la mayoría de ellos son mezclas. Muchas de estas mezclas son homogéneas, se trata de las soluciones (también denominadas disoluciones).
El aire es una solución, mezcla homogénea de varias sustancias en estado gaseoso. El latón es una solución sólida de cinc en cobre. Las aguas de los océanos son soluciones de muchas sustancias en agua.
Toda sustancia está caracterizada por un conjunto de propiedades intensivas y que son las que permiten identificarla.


Sustancia
Estado de agregación a temperatura ambiente
Punto de fusión (°C)
Conductividad eléctrica
Propiedades químicas
Cloruro de sodio (sal de cocina)
Sólido
801
En estado sólido, no
Fundido o disuelto en agua, si
Se puede descomponer en cloro y sodio
Sacarosa (azúcar de mesa)
Sólido
185
Como sólido, como líquido, disuelto en agua, en ningún caso
Es combustible. Por calentamiento se carboniza.
Agua
Líquido
0
Ninguna
Se puede descomponer en hidrógeno y oxígeno
Helio
Gaseoso
-272
Ninguna
Es muy poco reactivo
Aluminio
Sólido
660
Si
No se puede descomponer en otras sustancias. Se puede oxidar.
Las soluciones son mezclas homogéneas de dos o más sustancias.
Solución
Composición
Gas natural (solución gaseosa)
Metano y en menor proporción otros gases
Tintura de yodo (solución líquida)
Yodo y alcohol
Oro 14 kilates (solución sólida)
58% de oro, 24% de plata, 17% de cobre y 1% de cinc
En una solución al componente que está presente en mayor proporción se lo suele llamar solvente o disolvente, y a los otros componentes solutos. Si uno de los componentes es el agua, se dice que el agua es el solvente o disolvente.
Cuando se forma una solución, átomos, iones o moléculas de una clase se mezclan con átomos, iones o moléculas distintos. Para que esto ocurra se deben vencer las atracciones entre las partículas del solvente, y también las que mantienen unidas a las partículas del soluto, para que unas puedan intercalarse entre las otras. Las soluciones que más se utilizan en la vida diaria son las soluciones acuosas, es decir, aquellas en las que el agua es uno de sus componentes. Es en medio acuoso que se llevan a cabo reacciones en el cuerpo humano y en el de otros organismos vivos.
Para caracterizar una solución es necesario conocer cuáles son sus componentes, o sea su composición cualitativa, y también, la proporción en que se encuentran, es decir, su composición cuantitativa.
Una clasificación de sistemas materiales según dos criterios (Angelini, p.14)
Según número de componentes
Según número de fases
SUSTANCIA
(un componente)
MEZCLA
(varios componentes)
SISTEMA HOMOGÉNEO
(una fase)
Ej.: hierro, agua, nitrógeno
Ej.: agua salada, aire
SISTEMA HETEROGÉNEO
(varias fases)
Ej.: agua con trozos de hielo, oro en fusión
Ej.: granito, hierro y agua, aceite y vinagre
Métodos de fraccionamiento de fases
Son los métodos que se utilizan para separar los componentes de un sistema homogéneo sin alterarlos.
Entre ellos se pueden mencionar:
Destilación: Esta técnica permite separar componentes de mezclas homogéneas líquidas o de un líquido y un sólido disuelto en él. Se basa en la diferencia entre los puntos de ebullición de los componentes de la mezcla.
¿Cómo se destila?
· Se hace hervir la mezcla líquida contenida en un matraz de destilación
· Uno de los líquidos, si hay disueltos más de uno, el de menor punto de ebullición, pasa a vapor.
· A continuación, ayudado por el refrigerante, se condensa.
· Se recoge en un recipiente el líquido destilado
· La destilación se aplica en la fabricación del whisky, en la refinación del petróleo, en la obtención de agua destilada.
Cristalización: Consiste en obtener el soluto sólido cristalizado por evaporación del solvente de una solución. Se realiza colocando la solución en un cristalizador y sometiendo el sistema a la acción del calor.
Este procedimiento se aplica en la formación de las salinas y la formación de las estalactitas y estalagmitas.
FENÓMENOS O TRANSFORMACIONES DE LA MATERIA
La materia y la energía del universo, lejos de permanecer estáticas, se modifican constantemente. Es suficiente con mirar a nuestro alrededor para comprobarlo: si dejamos carne fuera de la heladera, se pudre: si se lija una madera se forman virutas: etc. Sin embargo no todos los cambios son iguales. Los cambios que sufre la materia (incluidos los cambios energéticos) se pueden clasificar en:
Los Cambios o transformaciones físicas: son aquellos que modifican algunas propiedades de la materia pero no su composición química, es decir que las sustancias no se transforman en otras.
Los cambios químicos o reacciones: son aquellos que provocan una modificación en la composición química de la sustancias, dando lugar a la formación de otras sustancias.
Entre éstos últimos se puede diferenciar:
· Reacciones químicas ordinarias (o simplemente reacciones químicas): producen nuevas sustancias, debido a que los átomos que constituyen las sustancias originales (llamadas reactivos) proceden a reagruparse para formar las nuevas sustancias (es decir los productos). Obedecen a fenómenos electrónicos
· Reacciones nucleares: dan lugar a nuevas sustancias mediante la modificación del núcleo atómico. Por ejemplo las reacciones que se producen en las estrellas

LA ESTRUCTURA DE LA MATERIA

Naturaleza discontinua de la materia: moléculas y átomos.
Actualmente se sabe que la materia es de naturaleza discontinua. Aunque es una idea compleja, se comprobó a medida que los cuerpos se vieron con mayor aumento que su aspecto cambiaba. Así, algunos que parecían tener una textura lisa y uniforme, se muestran llenos de rugosidades cuando son observados con un microscopio electrónico (M.E.) si los antiguos griegos habrían visto esas fotografías, otra habría sido la historia. La idea central del pensamiento griego era que la materia era continua. Demócrito (460-370 a.c) sostenía en cambio, que la materia estaba constituida por pequeñas partículas indivisibles que llamó átomos; sin embargo su pensamiento no fue considerado hasta que 2000 años después, Dalton retomó el estudio del átomo y aportó las bases de la teoría atómica moderna.
Algunos postulados de Dalton, como el que dice que la materia es discontinua, aún siguen vigentes, pero su error consistió en considerar que los átomos eran esferas rígidas, indivisibles e indestructibles.
Joseph Louis Gay-Lussac (1778 – 1850), físico y químico francés, entre 1805 y 1808 estudio las combinaciones de los gases y estableció entre ellos relaciones de volumen que generalizó en una ley. Estos datos experimentales no se podían explicar aplicando la teoría de Dalton, que consideraba las sustancias simples formadas por átomos aislados, que él llamó “átomos simples.”
Amadeo Abogador ( 1776 – 1856), físico italiano, en 1811 postuló la existencia de moléculas, formadas por dos átomos, para las sustancias simples gaseosas, oponiéndose así a la teoría de Dalton y obteniendo una explicación satisfactoria para los resultados experimentales de Gay Lussac
Los químicos de la época no aceptaron la suposición de Abogador porque no comprendían la diferencia entre el concepto de átomo de Dalton y el de molécula de Abogador. Sólo a mediados del siglo XIX se aclararon estos conceptos con los trabajos realizados por Cannizaro (1826 – 1910), químico italiano que desarrolló un método para determinar las masas atómicas y con el aporte de Importantes descubrimientos como el de la electricidad y el de la radioactividad que permitieron a los físico-químicos del siglo XIX concluir que el átomo está constituido por partículas aún más pequeñas, llamadas partículas fundamentales o subatómicas.
De los aportes de todos estos científicos se pudo concluir que:
· Los átomos tienen masa.
· Una molécula está formada por un número entero de átomos.
· Cada molécula no puede tener menos de un átomo de cada elemento, porque a éste se lo consideraba indivisible.
· El átomo es la menor cantidad elemento que interviene en una reacción química
En conclusión, podemos decir que
El átomo es la menor masa de un elemento químico que interviene en una reacción química
También se puede decir que
El átomo es la porción mínima de materia que puede combinarse químicamente y formar todos los materiales que se conocen.
Por esta razón, a cada tipo de átomo se le da el nombre del elemento químico correspondiente
El átomo es una estructura infinitamente pequeña, el más ligero, el hidrógeno, tiene un diámetro aproximado de 0,0000000001 m, y una masa de alrededor de 0,0000000000000000000000000017 kg
(1,7 x 10 - 27 kg). Si pudiéramos reducirnos a su tamaño, todos los habitantes del mundo cabríamos en la cabeza de un alfiler. Más sorprendente es todavía pensar que casi toda su masa está situada en menos de la diezmillonésima parte de su volumen, mientras que el resto se halla ocupado por la nada más absoluta, interrumpida ocasionalmente por un cuerpo más diminuto aún ( el electrón), que tiene carga negativa y que a veces se comporta como una onda,.
Al conjunto o agregado neutro y determinado de átomos se lo llama molécula, o sea se puede decir que:
Molécula es el conjunto determinado de átomos que al estar unidos por fuerzas muy poderosas se manifiesta como una unidad eléctricamente neutra.
Considerando y relacionando la idea de sustancia química, también se puede decir que:
La molécula es la porción más pequeña de una sustancia que resulta representativa de la misma, es decir que conserva las propiedades de la sustancia que representa.
Las moléculas se representan mediante fórmulas químicas que expresan la composición de cada molécula de una determinada sustancia. En las fórmulas químicas figuran:
· Letras, que simbolizan los diferentes tipos de átomos, representativos de los elementos químicos presentes en la molécula.
· Números, (llamados subíndices y que se escriben a la derecha y en la parte inferior del símbolo del elemento) que indican la cantidad de átomos de cada elemento existentes en esa molécula. ( por convención, cuando la cantidad de átomos es 1 ese número no se escribe)
Analizar algunos ejemplos puede ayudar a comprender mejor estas ideas. Por ejemplo, las sustancias conocidas como agua, oxígeno y ozono. El agua es una sustancia líquida a temperatura ambiente, el oxígeno y el ozono son gases que se encuentran en la atmósfera. Todas estas sustancias están formadas por moléculas, que, a su vez, están compuestas por átomos. La molécula de agua contiene un átomo de oxígeno unido a dos átomos de hidrógeno: mientras que el oxígeno está formado por dos átomos de oxígeno, y la molécula de ozono está formado por tres átomos de oxígeno. Por lo tanto las moléculas de estas tres sustancias son diferentes pero tienen en común un mismo tipo de átomo, que recibe el nombre de átomo de oxígeno. Por lo tanto en todas estas moléculas hay un elemento químico común: el oxígeno.
Hablar por lo tanto de la naturaleza discontinua de la materia significa que la materia no se pude dividir infinitamente y seguir siendo lo que es. La materia está formada por pequeñas partículas con identidad propia, entre las cuales no existe absolutamente nada.
Ambos tipos de transformaciones se representan mediante una ecuación química de la siguiente manera:
REACTIVOS PRODUCTOS
Los reactivos son las sustancias que se tienen inicialmente, la flecha indica el sentido en que ocurre la reacción, y los productos son las sustancias formadas luego de ocurrida la reacción. Cada clase de átomos se representa por un símbolo químico y los compuestos químicos mediante fórmulas. Por ejemplo la respiración aeróbica se resume en la siguiente ecuación.
C H O 6 C O + 6 H O
6 12 6 2 2
glucosa dióxido de carbono agua
En las reacciones químicas no sólo se produce una transformación de determinadas sustancias en otras, sino también variaciones en el contenido total de energía.
Cuando las reacciones liberan energía se trata de reacciones exergónicas: si esta energía se disipa en forma de calor, las reacciones son exotérmicas. La respiración es un ejemplo de este tipo de reacciones.
En cambio las reacciones son endergónicas cuando deben absorber energía del ambiente: si absorben energía térmica se denominan reacciones endotérmicas. Por ejemplo cuando una pastilla de mentol se pone en contacto con la saliva de la boca, se produce una reacción endotérmica y de allí la conocida sensación de frescura.
La termodinámica es la ciencia que estudia las transformaciones de la energía. Una de sus ramas, la termoquímica estudia específicamente la energía involucrada en las reacciones químicas.
El principio que sostiene a esta ciencia es que “En un proceso cualquiera la energía no se crea ni se destruye.” (Primera ley de la termodinámica)
LEY DE CONSERVACIÓN DE LA MASA
Se ha visto que la transformación o transferencia de energía están presentes en todos los cambios físicos o químicos, pero ¿Qué ocurre con la materia? ¿Se conserva la masa de la materia involucrada en el cambio?
En los cambios físicos es sencillo comprobar que no se modifica. Por ejemplo, si se mide la masa de varios cubitos de hielo, y más tarde se registra la masa del agua formada una vez que finalizo la fusión de los mismos, este valor no cambia.
En las reacciones químicas las cosas se complican. Por ejemplo. Cuando se quema un trozo de madera se ve a simple vista que las cenizas formadas tienen menos masa que la madera original. ¿Disminuyó la cantidad de materia luego del cambio?
En 1756, el ruso Mijail Lomonosov (1711 – 1765) y, en 1783, el francés Antoine de Lavoisier (1743 –1794) encontraron una respuesta negativa a este interrogante: lo que ocurría era que algunos gases que se producían en la reacción (como por ejemplo el dióxido de carbono) no se tenían en cuenta al establecer la masa de los productos. Si por el contrario, la masa de estos gases se hubiera medido junto con la masa de las cenizas, la masa total de los productos hubiera sido la misma que la de los reactivos. Ambos científicos establecieron que La masa no se crea ni se destruye sino que se transforma
En la actualidad numerosos experimentos corroboran la denominada ley de conservación de la masa, cuyo enunciado completo es el siguiente:
En un sistema cerrado, la masa total permanece constante, independientemente de las transformaciones físicas o químicas que se produzcan en ese sistema.
Ahora bien, ¿Qué ocurre en las reacciones nucleares?
Cuando se mide con métodos precisos la masa de los productos, se comprueba que es menor que la masa de los reactivos, y que para las reacciones nucleares no se cumple la ley de conservación de la masa. Albert Einstein (1879 – 1955) estudió esta contradicción y afirmó que: “la materia puede convertirse en energía y la energía en materia; lo que se conserva es la cantidad total de masa-energía”.
Para que un cuerpo pierda 1 gramo de masa, la cantidad de energía que necesita intercambiar es 21.500.000.000 kilocalorías, una cantidad de calor muy elevada. En las reacciones químicas ordinarias, las diferencias de masa son insignificantes, por lo que la ley de conservación de la masa se considera válida y puede aplicarse casi sin errores en los cálculos.

ESTRUCTURA DEL ÁTOMO – MODELOS ATÓMICOS A TRAVES DE LA HISTORIA

Modelo Atómico de Dalton
Aproximadamente por el año 1808, Dalton define a los átomos como la unidad constitutiva de los elementos (retomando las ideas de los atomistas griegos). Las ideas básicas de su teoría, publicadas en 1808 y 1810 pueden resumirse en los siguientes puntos:
· La materia está formada por partículas muy pequeñas para ser vistas, llamadas átomos.
· Los átomos de un elemento son idénticos en todas sus propiedades, incluyendo el peso.
· Diferentes elementos están formados por diferentes átomos.
· Los compuestos químicos se forman de la combinación de átomos de dos o más elementos, en un átomo compuesto; o lo que es lo mismo, un compuesto químico es el resultado de la combinación de átomos de dos o más elementos en una proporción numérica simple.
· Los átomos son indivisibles y conservan sus características durante las reacciones químicas.
· En cualquier reacción química, los átomos se combinan en proporciones numéricas simples.
· La separación de átomos y la unión se realiza en las reacciones químicas. En estas reacciones, ningún átomo se crea o destruye y ningún átomo de un elemento se convierte en un átomo de otro elemento.
A pesar de que la teoría de Dalton era errónea en varios aspectos, significó un avance cualitativo importante en el camino de la comprensión de la estructura de la materia. Por supuesto que la aceptación del modelo de Dalton no fue inmediata, muchos científicos se resistieron durante muchos años a reconocer la existencia de dichas partículas.
Además de sus postulados Dalton empleó diferentes símbolos para representar los átomos y los átomos compuestos, las moléculas.
Sin embargo, Dalton no elabora ninguna hipótesis acerca de la estructura de los átomos y habría que esperar casi un siglo para que alguien expusiera una teoría acerca de la misma.
Otras Leyes que concordaban con la teoría de Dalton:
· Ley de la Conservación de la Masa: La Materia no se crea ni se destruye, sólo se transforma.
· Ley de las Proporciones Definidas: Un Compuesto Puro siempre contiene los mismos elementos combinados en las mismas proporciones en masa.
· Ley de las Proporciones Múltiples: Cuando dos elementos A y B forman más de un compuesto, las cantidades de A que se combinan en estos compuestos, con una cantidad fija de B, están en relación de números pequeños enteros.
Modelo Atómico de Thomson
Thomson sugiere un modelo atómico que tomaba en cuenta la existencia del electrón, descubierto por él en 1897. Su modelo era estático, pues suponía que los electrones estaban en reposo dentro del átomo y que el conjunto era eléctricamente neutro. Con este modelo se podían explicar una gran cantidad de fenómenos atómicos conocidos hasta la fecha. Posteriormente, el descubrimiento de nuevas partículas y los experimentos llevado a cabo por Rutherford demostró la inexactitud de tales ideas.
Para explicar la formación de iones, positivos y negativos, y la presencia de los electrones dentro de la estructura atómica, Thomson ideó un átomo parecido a un pastel de frutas.
Una nube positiva que contenía las pequeñas partículas negativas (los electrones) suspendidos en ella. El número de cargas negativas era el adecuado para neutralizar la carga positiva.
En el caso de que el átomo perdiera un electrón, la estructura quedaría positiva; y si ganaba, la carga final sería negativa. De esta forma, explicaba la formación de iones; pero dejó sin explicación la existencia de las otras radiaciones.
Modelo Atómico de Rutherford
Basado en los resultados de su trabajo, que demostró la existencia del núcleo atómico, Rutherford sostiene que casi la totalidad de la masa del átomo se concentra en un núcleo central muy diminuto de carga eléctrica positiva. Los electrones giran alrededor del núcleo describiendo órbitas circulares. Estos poseen una masa muy ínfima y tienen carga eléctrica negativa. La carga eléctrica del núcleo y de los electrones se neutraliza entre sí, provocando que el átomo sea eléctricamente neutro.
El modelo de Rutherford tuvo que ser abandonado, pues el movimiento de los electrones suponía una pérdida continua de energía, por lo tanto, el electrón terminaría describiendo órbitas en espiral, precipitándose finalmente hacia el núcleo. Sin embargo, este modelo sirvió de base para el modelo propuesto por su discípulo Neils Bohr, marcando el inicio del estudio del núcleo atómico, por lo que a Rutherford se le conoce como el padre de la era nuclear.
Ernest Rutherford estudió los componentes de la radiación que ocurre espontáneamente en la Naturaleza. A continuación se presenta una tabla resumiendo las características de estos componentes:
En 1900 Rutherford, con la colaboración de Geiger Marsden, soporta y verifica su teoría con el experimento, hoy muy famoso, de la lámina de oro. El experimento era simple, bombardearon una placa de oro muy delgada con partículas (ALFA) procedentes de una fuente radioactiva. Colocaron una pantalla de Sulfuro de Zinc fluorescente por detrás de la capa de oro para observar la dispersión de las partículas alfa en ellas. Según se muestra en la siguiente figura:
Lo anterior demostró, que la dispersión de partículas alfa con carga positiva, era ocasionada por repulsión de centros con carga positiva en la placa de oro, igualmente se cumplía con placas de metales distintos, pudiéndose concluir que cada átomo contenía un centro de masa diminuto con carga positiva que denomino núcleo atómico. La mayoría de las partículas alfa atraviesan las placas metálicas sin desviarse, porque los átomos están constituidos, en su mayoría, por espacios vacíos colonizados tan sólo por electrones muy ligeros. Las pocas partículas que se desvían son las que llegan a las cercanías de núcleos metálicos pesados con cargas altas
Gracias a estos desarrollos experimentales de Rutherford, éste pudo determinar las magnitudes de las cargas positivas de los núcleos atómicos. Los cálculos que se basan en los resultados del experimento indican que el diámetro de la "porción desocupada" del átomo es de 10.000 a 100.000 veces mayor que el diámetro del núcleo.
Aspectos más importantes del Modelo atómico de Ernest Rutherford:
· El átomo posee un núcleo central en el que su masa y su carga positiva.
· El resto del átomo debe estar prácticamente vacío, con los electrones formando una corona alrededor del núcleo.
· La neutralidad del átomo se debe a que la carga positiva total presente en el núcleo, es igualada por el número de electrones de la corona.
· Cuando los electrones son obligados a salir, dejan a la estructura con carga positiva (explica los diferentes rayos).
· El átomo es estable, debido a que los electrones mantienen un giro alrededor del núcleo, que genera una fuerza centrifuga que es igualada por la fuerza eléctrica de atracción ejercida por el núcleo, y que permite que se mantenga en su orbita.
· El valor de la cantidad de energía contenida en un fotón depende del tipo de radiación (de la longitud de onda). En la medida que la longitud de onda se hace menor, la cantidad de energía que llevan es mayor.
· En la región 7.5x1014 hasta 4.3x10-14, se encuentra el espectro visible, con los colores violeta, azul, verde, amarillo y rojo.
· Las regiones donde las frecuencias es mayor (longitud de onda es menor), el contenido energético de los fotones, es grande en comparación con otras zonas.
· En el caso de la luz ultravioleta (U.V.) sus radiaciones no se perciben a simple vista, pero conocemos su alto contenido energético al actuar como catalizador en numerosos procesos químicos.
Modelo Atómico de Bohr
El físico danés Niels Bohr (Premio Nobel de Física 1922), postula que los electrones giran a grandes velocidades alrededor del núcleo atómico. Los electrones se disponen en diversas órbitas circulares, las cuales determinan diferentes niveles de energía. El electrón puede acceder a un nivel de energía superior, para lo cual necesita "absorber" energía. Para volver a su nivel de energía original es necesario que el electrón emita la energía absorbida (por ejemplo en forma de radiación). Este modelo, si bien se ha perfeccionado con el tiempo, ha servido de base a la moderna física nuclear. Este propuso una Teoría para describir la estructura atómica del Hidrógeno, que explicaba el espectro de líneas de este elemento. A continuación se presentan los postulados del Modelo Atómico de Bohr:
· El Átomo de Hidrógeno contiene un electrón y un núcleo que consiste de un sólo protón. · El electrón del átomo de Hidrógeno puede existir solamente en ciertas órbitas esféricas las cuales se llaman niveles o capas de energía. Estos niveles de energía se hallan dispuestos concéntricamente alrededor del núcleo. Cada nivel se designa con una letra (K, L, M, N,...) o un valor de n (1, 2, 3, 4,...).
· El electrón posee una energía definida y característica de la órbita en la cual se mueve. Un electrón de la capa K (más cercana al núcleo) posee la energía más baja posible. Con el aumento de la distancia del núcleo, el radio del nivel y la energía del electrón en el nivel aumentan. El electrón no puede tener una energía que lo coloque entre los niveles permitidos.
· Un electrón en la capa más cercana al núcleo (Capa K) tiene la energía más baja o se encuentra en estado basal. Cuando los átomos se calientan, absorben energía y pasan a niveles exteriores, los cuales son estados energéticos superiores. Se dice entonces que los átomos están excitados.
· Cuando un electrón regresa a un Nivel inferior emite una cantidad definida de energía a la forma de un cuanto de luz. El cuanto de luz tiene una longitud de onda y una frecuencia características y produce una línea espectral característica.
· La longitud de onda y la frecuencia de un fotón producido por el paso de un electrón de un nivel de energía mayor a uno menor en el átomo de Hidrógeno esta dada por:
· Para Bohr el átomo sólo puede existir en un cierto número de estados estacionarios, cada uno con una energía determinada.
El modelo de Niels Bohr, coincide con el propuesto por Rutherford, admite la presencia de un núcleo positivo que contiene, prácticamente, toda la masa del átomo, donde se encuentran presentes los protones y los neutrones.
Los electrones con carga negativa, se mueven alrededor del núcleo en determinados niveles de energía, a los que determinó estados estacionarios, y les asignó un número entero positivo. El nivel más cercano tiene el número 1, le sigue el 2, como se citó en párrafo de éste mismo enunciado (Modelo atómico de Bohr).
Siempre que el electrón se mantenga en la órbita que le corresponde, ni gana ni pierde energía.
Si un electrón salta de una órbita a otra capta o libera energía en forma de fotones. La cantidad viene dada por la diferencia de energía entre los dos (02) niveles.
La energía de cada nivel es mayor en la medida que se aleja del núcleo; sin embargo, las diferencias entre los niveles van disminuyendo, lo que permite que las transiciones electrónicas se produzcan con facilidad.
El número de electrones de cada elemento en su estado natural es característico, puesto que depende de su número atómico. Estos electrones estarán distribuidos en diferentes niveles energéticos que pueden funcionar como estaciones de paso para aquellos que reciben suficiente energía para saltar de un nivel a otro. Al devolverse, la luz que, difractada, produce el espectro característico.
Principios de incertidumbre
Para poder estudiar las propiedades de un átomo y de sus partículas constituyentes, es necesario iluminarlo; es decir lograr la incidencia de luz sobre el; esto trae un cambio en su contenido energético y, a s vez en la posición. En otras palabras: el estudio del átomo lleva un error necesario que nos impide hablar con certeza de la posición o contenido energético del mismo.
Esto imposibilita presentar un átomo como hasta el momento se ha hecho, puesto que se puede describir un espacio donde es muy probable encontrar un electrón, pero no se pude excluir la posibilidad de que se encuentre en otro lugar.
Según el principio de incertidumbre no se puede conocer con exactitud la posición del electrón ni su contenido energético. Esto obliga a usar un nuevo término "probabilidad", para la descripción del átomo.
Modelo Atómico actual
Entre los conocimientos actuales o no sobre el átomo, que han mantenido su veracidad, se consideran los siguientes:
1) La presencia de un núcleo atómico con las partículas conocidas, la casi totalidad de la masa atómica en un volumen muy pequeño.
2) Los estados estacionarios o niveles de energía fundamentales en los cuales se distribuyen los electrones de acuerdo a su contenido energético.
3) La dualidad de la materia (carácter onda-partícula), aunque no tenga consecuencias prácticas al tratarse de objetos de gran masa. En el caso de partículas pequeñas (electrones) la longitud de onda tiene un valor comparable con las dimensiones del átomo.
4) La probabilidad en un lugar de certeza, en cuanto a la posición, energía y movimiento de un electrón, debido a la imprecisión de los estudios por el uso de la luz de baja frecuencia.
Fue Erwin Schodinger, quien ideó el modelo atómico actual, llamado "Ecuación de Onda", una fórmula matemática que considera los aspectos anteriores. La solución de esta ecuación, es la función de onda (PSI), y es una medida de la probabilidad de encontrar al electrón en el espacio. En este modelo, el área donde hay mayor probabilidad de encontrar al electrón se denomina orbital.
Números Cuánticos
Son cuatro (04) los números encargados de definir la función de onda (PSI) asociada a cada electrón de un átomo: el principal, secundario, magnético y de Spin. Los tres (03) primeros resultan de la ecuación de onda; y el último, de las observaciones realizadas de los campos magnéticos generados por el mismo átomo.
Isótopos e isóbaros
Los Isótopos: Son átomos que tienen el mismo número atómico, pero diferentes masas. Al pertenecer al mismo elemento químico presentan las mimas propiedades, pero no son reconocibles por su masa diferente La diferencia se encuentra en el número de neutrones presentes en el núcleo.
Los Isóbaros: Son átomos que, a pesar de presentar diferentes número atómico, tiene masas iguales. Sus propiedades químicas son diferentes puesto que se trata de elementos químicos también diferentes.
Fusión y Fisión nuclear
Fusión Nuclear: Es la unión de dos núcleos ligeros, para producir uno más pesado.
Dos Isótopos de Hidrógeno se unen formando un núcleo con dos protones y dos neutrones que corresponden a un átomo de Helio.
Sin embargo esta reacción requiere de una alta energía de activación, para que los núcleos se acerquen y se fundan en uno. Una vez comenzada la reacción, la energía liberada es enorme, del orden de 1700GJ (Gigajoule).
Fisión Nuclear: Es la ruptura de un núcleo atómico en dos partes parecidas en el contenido de protones, originado con el bombardeo de neutrones.
Al chocar un neutro con un átomo de Uranio, se crea un núcleo provisional que posteriormente se divide en dos núcleos.
Con respecto a la energía que se produce, para la fisión de un gramo de Uranio, es de 85 Gigajoule (Gj) 109 J, aproximadamente a la misma que se produce al quemar tres toneladas de Carbón. Debido a este enorme despedimiento de energía fue usado como bomba el la segunda guerra mundial.
Conclusión
La evolución de los modelos físicos del átomo se vio impulsada por los datos experimentales. El modelo de Rutherford, en el que los electrones se mueven alrededor de un núcleo positivo muy denso, explicaba los resultados de experimentos de dispersión, pero no el motivo de que los átomos sólo emitan luz de determinadas longitudes de onda (emisión discreta).
Bohr partió del modelo de Rutherford pero postuló además que los electrones sólo pueden moverse en determinadas órbitas; su modelo explicaba ciertas características de la emisión discreta del átomo de hidrógeno, pero fallaba en otros elementos.
El modelo de Schrödinger, que no fija trayectorias determinadas para los electrones sino sólo la probabilidad de que se hallen en una zona, explica parcialmente los espectros de emisión de todos los elementos; sin embargo, a lo largo del siglo XX han sido necesarias nuevas mejoras del modelo para explicar otros fenómenos espectrales.

LOS ELEMENTOS QUÍMICOS Y LA TABLA PERIÓDICA

Tabla periódica de los elementos escrita en orden secuencial de peso o número atómico y dispuesta en hileras horizontales (periodos) y columnas verticales (grupos), para ilustrar las semejanzas que se dan en las propiedades de los elementos como una función periódica de la secuencia.
Cada elemento, representado por un símbolo y número atómico, ocupa un cuadro separado, y la disposición secuencial sigue el orden del número atómico. La tabla divide los elementos en nueve grupos, designados por encabezamientos numéricos en cada columna, y en siete periodos. Siete de los nueve grupos se suelen dividir, además, en las categorías a y b; los elementos a se clasifican como grupo principal y los b como subgrupo. Dos hileras (lantánidos o tierras raras y actínidos) ocupan posiciones especiales fuera del cuerpo principal de la tabla, porque no pueden ser incluidos de manera adecuada en los periodos seis y siete. Los elementos que siguen al laurencio (número atómico 103) se cree que se incluirán en un tercer grupo, el grupo súper-actínido, fuera del cuerpo principal de la tabla periódica.
En general, los elementos de un mismo grupo exhiben una valencia semejante (es decir igual número de electrones en su último nivel de energía). La tabla periódica efectúa también una división natural de los elementos en su estado elemental o no combinado en metales y no metales. Entre el área ocupada por los elementos meramente metálicos y la ocupada por los no metales hay un límite mal definido de elementos cuyas propiedades son transicionales entre los elementos metálicos y los no metálicos. A estos elementos indefinidos se les llama metaloides. Hay muchos otros ejemplos del inmenso poder correlativo de la disposición de la tabla periódica, a saber: potencial de oxidación, calor de formación de compuestos tipo, conductividad eléctrica, punto de fusión, punto de ebullición, radio iónico, potencial de ionización, afinidad electrónica, espectro óptico y comportamiento magnético.
Pocas sistematizaciones en la historia de la ciencia pueden rivalizar con el concepto periódico como una revelación total del orden del mundo físico. En el patrón rítmico de las propiedades de los elementos, las unidades arquitectónicas del universo no cambian en forma caprichosa o completamente nueva.
De descubrirse un elemento nuevo en el futuro, éste deberá ocupar un lugar en el sistema periódico que esté de acuerdo con el orden y exhibirá las propiedades características conocidas.
Tabla periódica moderna
En el presente siglo se descubrió que las propiedades de los elementos no son función periódica de los pesos atómicos, sino que varían periódicamente con sus números atómicos o carga nuclear. He aquí la verdadera Ley periódica moderna por la cual se rige el nuevo sistema: "Las propiedades de los elementos son función periódica de sus números atómicos"
Modernamente, el sistema periódico se representa alargándolo en sentido horizontal lo suficiente para que los períodos de 18 elementos formen una sola serie. Con ello desaparecen las perturbaciones producidas por los grupos secundarios. El sistema periódico largo es el más aceptado; la clasificación de Werner, permite apreciar con más facilidad la periodicidad de las propiedades de los elementos.
Propiedades periódicas y no periódicas de los elementos químicos
Son propiedades periódicas de los elementos químicos las que desprenden de los electrones de cadena de valencia o electrones del piso más exterior así como la mayor parte de las propiedades físicas y químicas.
Radio atómico
Es la distancia de los electrones más externos al núcleo. Esta distancia se mide en Angström (A=10-8), dentro de un grupo Sistema periódico, a medida que aumenta el número atómico de los miembros de una familia aumenta la densidad, ya que la masa atómica crece mas que el volumen atómico, el color F (gas amarillo verdoso), Cl (gas verde), Br (líquido rojo), I sólido (negro púrpura), el lumen y el radio atómico, el carácter metálico, el radio iónico, aunque el radio iónico de los elementos metálicos es menor que su radio atómico.
Afinidad electrónica
La electroafinidad, energía desprendida por un ion gaseoso que recibe un electrón y pasa a átomos gaseosos, es igual el valor al potencial de ionización y disminuye al aumentar el número atómico de los miembros de una familia. La electronegatividad es la tendencia de un átomo a captar electrones. En una familia disminuye con el número atómico y en un período aumenta con el número atómico.
Enlaces químicos
Iones: Los átomos están constituidos por el núcleo y la corteza y que el número de cargas positivas del primero es igual al número de electrones de la corteza; de ahí su electronegatividad. Si la corteza electrónica de un átomo neutro pierde o gana electrones se forman los llamados iones.
Los iones son átomos o grupos atómicos que tienen un número de electrones excesivo o deficiente para compensar la carga positiva del núcleo.
En el primer caso los iones tienen carga negativa y reciben el nombre de aniones, y en el segundo están cargados positivamente y se llaman cationes.
Elementos electropositivos y electronegativos
Se llaman elementos electropositivos aquellos que tienen tendencia a perder electrones transformándose en cationes; a ese grupo pertenecen los metales.
Elementos electronegativos son los que toman con facilidad electrones transformándose en aniones; a este grupo pertenecen los metaloides.
Los elementos más electropositivos están situados en la parte izquierda del sistema periódico; son los llamados elementos alcalinos. A medida que se avanza en cada período hacia la derecha va disminuyendo el carácter electropositivo, llegándose, finalmente, a los alógenos de fuerte carácter electronegativo.
Electrones de valencia
La unión entre los átomos se realiza mediante los electrones de la última capa exterior, que reciben el nombre de electrones de valencia.
La unión consiste en que uno o más electrones de valencia de algunos de los átomos se introducen en la esfera electrónica del otro.
Los gases nobles, poseen ocho electrones en su última capa, salvo el helio que tiene dos. Esta configuración electrónica les comunica inactividad química y una gran estabilidad.
Todos los átomos tienen tendencia a transformar su sistema electrónico y adquirir el que poseen los gases nobles, porque ésta es la estructura más estable.
Valencia electroquímica
Se llama valencia electroquímica al número de electrones que ha perdido o ganado un átomo para transformarse en ion. Si dicho número de electrones perdidos o ganados es 1, 2, 3, etc. Se dice que el ion es monovalente, bivalente, trivalente, etc.
Tipos de enlace
En la unión o enlace de los átomos pueden presentarse los siguientes casos:
1) Enlace iónico, si hay atracción electrostática.
2) Enlace covalente, si comparten los electrones.
3) Enlace covalente coordinado, cuando el par de electrones es aportado solamente por uno de ellos.
4) Enlace metálico, so los electrones de valencia pertenece en común a todos los átomos.
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