jueves, 24 de enero de 2008
Conceptos fundamentales
Partículas
Los átomos son las partes más pequeñas de un elemento (como el carbono, el hierro o el oxígeno). Todos los átomos de un mismo elemento tienen la misma estructura electrónica (responsable esta de la gran mayoría de las características químicas), pudiendo diferir en la cantidad de neutrones (isótopos). Las moléculas son las partes más pequeñas de una sustancia (como el azúcar), y se componen de átomos enlazados entre sí. Si tienen carga eléctrica, tanto átomos como moléculas se llaman iones: cationes si son positivos, aniones si son negativos.
El mol se usa como contador de unidades, como la docena (12) o el millar (1000), y equivale a . Se dice que 12 gramos de carbono o un gramo de hidrógeno o 56 gramos de hierro contienen aproximadamente un mol de átomos (la masa molar de un elemento está basada en la masa de un mol de dicho elemento). Se dice entonces que el mol es una unidad de cambio. El mol tiene relación directa con el número de Avogadro. El número de Avogadro fue estimado para el átomo de carbono por el Químico y Físico italiano Carlo Amedeo Avogadro Conde de Quarequa e di Cerreto. Este valor, expuesto anteriormente, equivale al número de partículas presentes en 1 mol de dicha sustancia. Veamos:
1 mol de glucosa equivale a moléculas de glucosa
1 mol de Uranio equivale a átomos de Uranio
Dentro de los átomos, podemos encontrar un núcleo atómico y uno o más electrones. Los electrones son muy importantes para las propiedades y las reacciones químicas. Dentro del núcleo se encuentran los neutrones y los protones. Los electrones se encuentran alrededor del núcleo. También se dice que es la unidad básica de la materia con características propias. Está formado por un núcleo donde se encuentran protones.
De los átomos a las moléculas
Los enlaces son las uniones entre átomos para formar moléculas. Siempre que existe una molécula es porque ésta es más estable que los átomos que la forman por separado. A la diferencia de energía entre estos dos estados se le denomina energía de enlace.
Generalmente, los átomos se combinan en proporciones fijas para dar moléculas. Por ejemplo, dos átomos de hidrógeno se combinan con uno de oxígeno para dar una molécula de agua. Esta proporción fija se conoce como estequiometría.
Orbitales
Diagrama espacial mostrando los orbitales atómicos hidrogenoides de momento angular del tipo d (l=2).
Para una descripción y comprensión detalladas de las reacciones químicas y de las propiedades físicas de las diferentes sustancias, es muy útil su descripción a través de orbitales, con ayuda de la química cuántica.
Un orbital atómico es una función matemática que describe la disposición de uno o dos electrones en un átomo. Un orbital molecular es análogo, pero para moléculas.
En la teoría del orbital molecular la formación del enlace covalente se debe a una combinación matemática de orbitales atómicos (funciones de onda) que forman orbitales moleculares, llamados así por que pertenecen a toda la molécula y no a un átomo individual. Así como un orbital atómico (sea híbrido o no) describe una región del espacio que rodea a un átomo donde es probable que se encuentre un electrón, un orbital molecular describe una región del espacio en una molécula donde es más factible que se hallen los electrones.
Al igual que un orbital atómico, un orbital molecular tiene un tamaño, una forma y una energía específicos. Por ejemplo, en la molécula de hidrógeno molecular se combinan dos orbitales atómicos uno s ocupados cada uno por un electrón. Hay dos formas en que puede presentarse la combinación de orbitales: aditiva y subtractiva. La combinación aditiva produce la formación de un orbital molecular que tiene menor energía y que tiene, aproximadamente, forma ovalada, mientras que la combinación subtractiva conduce a la formación de un orbital molecular con mayor energía y que genera un nodo entre los núcleos.
De los orbitales a las sustancias
Los orbitales son funciones matemáticas para describir procesos físicos: un orbital solo existe en el sentido matemático, como pueden existir una suma, una parábola o una raíz cuadrada. Los átomos y las moléculas son también idealizaciones y simplificaciones: un átomo sólo existe en vacío, una molécula sólo existe en vacío, y, en sentido estricto, una molécula sólo se descompone en átomos si se rompen todos sus enlaces.
En el "mundo real" sólo existen los materiales y las sustancias. Si se confunden los objetos reales con los modelos teóricos que se usan para describirlos, es fácil caer en falacias lógicas.
Disoluciones
En agua, y en otros disolventes (como la acetona o el alcohol), es posible disolver sustancias, de forma que quedan disgregadas en las moléculas o iones que las componen (las disoluciones son transparentes). Cuando se supera cierto límite, llamado solubilidad, la sustancia ya no se disuelve, y queda, bien como precipitado en el fondo del recipiente, bien como suspensión, flotando en pequeñas partículas (las suspensiones son opacas o traslúcidas).
Se denomina concentración a la medida de la cantidad de soluto por unidad de cantidad de disolvente.
Medida de la concentración
La concentración de una disolución se puede expresar de diferentes formas, en función de la unidad empleada para determinar las cantidades de soluto y disolvente. Las más usuales son:
g/l (Gramos por litro) razón soluto/disolvente o soluto/disolución, dependiendo de la convención
% p/p (Concentración porcentual en peso) razón soluto/disolución
% V/V (Concentración porcentual en volumen) razón soluto/disolución
M (Molaridad) razón soluto/disolución
N (Normalidad) razón soluto/disolución
m (molalidad) razón soluto/disolvente
x (fracción molar)
ppm (Partes por millón) razón soluto/disolución
Acidez
El pH es una escala logarítmica para describir la acidez de una disolución acuosa. Los ácidos, como el zumo de limón y el vinagre, tienen un pH bajo (inferior a 7). Las bases, como la sosa o el bicarbonato de sodio, tienen un pH alto (superior a 7).
El pH se calcula mediante la siguiente ecuación:
donde es la actividad de iones hidrógeno en la solución, la que en soluciones diluidas es numéricamente igual a la molaridad de iones Hidrógeno que cede el ácido a la solución.
una solución neutral (agua ultra pura) tiene un pH de 7, lo que implica una concentración de iones hidrógeno de 10-7 M
una solución ácida (por ejemplo, de ácido sulfúrico)tiene un pH < title="Hidróxido de potasio" href="http://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3xido_de_potasio">hidróxido de potasio) tiene un pH > 7, o sea que la concentración de iones hidrógeno es menor que 10-7 M
Formulación y nomenclatura [editar]
La IUPAC, un organismo internacional, mantiene unas reglas para la formulación y nomenclatura química. De esta forma, es posible referirse a los compuestos químicos de forma sistemática y sin equívocos la quimica es un mamaguevaso que no se entiende mucho.
Mediante el uso de fórmulas químicas es posible también expresar de forma sistemática las reacciones químicas, en forma de ecuación química.
Los átomos son las partes más pequeñas de un elemento (como el carbono, el hierro o el oxígeno). Todos los átomos de un mismo elemento tienen la misma estructura electrónica (responsable esta de la gran mayoría de las características químicas), pudiendo diferir en la cantidad de neutrones (isótopos). Las moléculas son las partes más pequeñas de una sustancia (como el azúcar), y se componen de átomos enlazados entre sí. Si tienen carga eléctrica, tanto átomos como moléculas se llaman iones: cationes si son positivos, aniones si son negativos.
El mol se usa como contador de unidades, como la docena (12) o el millar (1000), y equivale a . Se dice que 12 gramos de carbono o un gramo de hidrógeno o 56 gramos de hierro contienen aproximadamente un mol de átomos (la masa molar de un elemento está basada en la masa de un mol de dicho elemento). Se dice entonces que el mol es una unidad de cambio. El mol tiene relación directa con el número de Avogadro. El número de Avogadro fue estimado para el átomo de carbono por el Químico y Físico italiano Carlo Amedeo Avogadro Conde de Quarequa e di Cerreto. Este valor, expuesto anteriormente, equivale al número de partículas presentes en 1 mol de dicha sustancia. Veamos:
1 mol de glucosa equivale a moléculas de glucosa
1 mol de Uranio equivale a átomos de Uranio
Dentro de los átomos, podemos encontrar un núcleo atómico y uno o más electrones. Los electrones son muy importantes para las propiedades y las reacciones químicas. Dentro del núcleo se encuentran los neutrones y los protones. Los electrones se encuentran alrededor del núcleo. También se dice que es la unidad básica de la materia con características propias. Está formado por un núcleo donde se encuentran protones.
De los átomos a las moléculas
Los enlaces son las uniones entre átomos para formar moléculas. Siempre que existe una molécula es porque ésta es más estable que los átomos que la forman por separado. A la diferencia de energía entre estos dos estados se le denomina energía de enlace.
Generalmente, los átomos se combinan en proporciones fijas para dar moléculas. Por ejemplo, dos átomos de hidrógeno se combinan con uno de oxígeno para dar una molécula de agua. Esta proporción fija se conoce como estequiometría.
Orbitales
Diagrama espacial mostrando los orbitales atómicos hidrogenoides de momento angular del tipo d (l=2).
Para una descripción y comprensión detalladas de las reacciones químicas y de las propiedades físicas de las diferentes sustancias, es muy útil su descripción a través de orbitales, con ayuda de la química cuántica.
Un orbital atómico es una función matemática que describe la disposición de uno o dos electrones en un átomo. Un orbital molecular es análogo, pero para moléculas.
En la teoría del orbital molecular la formación del enlace covalente se debe a una combinación matemática de orbitales atómicos (funciones de onda) que forman orbitales moleculares, llamados así por que pertenecen a toda la molécula y no a un átomo individual. Así como un orbital atómico (sea híbrido o no) describe una región del espacio que rodea a un átomo donde es probable que se encuentre un electrón, un orbital molecular describe una región del espacio en una molécula donde es más factible que se hallen los electrones.
Al igual que un orbital atómico, un orbital molecular tiene un tamaño, una forma y una energía específicos. Por ejemplo, en la molécula de hidrógeno molecular se combinan dos orbitales atómicos uno s ocupados cada uno por un electrón. Hay dos formas en que puede presentarse la combinación de orbitales: aditiva y subtractiva. La combinación aditiva produce la formación de un orbital molecular que tiene menor energía y que tiene, aproximadamente, forma ovalada, mientras que la combinación subtractiva conduce a la formación de un orbital molecular con mayor energía y que genera un nodo entre los núcleos.
De los orbitales a las sustancias
Los orbitales son funciones matemáticas para describir procesos físicos: un orbital solo existe en el sentido matemático, como pueden existir una suma, una parábola o una raíz cuadrada. Los átomos y las moléculas son también idealizaciones y simplificaciones: un átomo sólo existe en vacío, una molécula sólo existe en vacío, y, en sentido estricto, una molécula sólo se descompone en átomos si se rompen todos sus enlaces.
En el "mundo real" sólo existen los materiales y las sustancias. Si se confunden los objetos reales con los modelos teóricos que se usan para describirlos, es fácil caer en falacias lógicas.
Disoluciones
En agua, y en otros disolventes (como la acetona o el alcohol), es posible disolver sustancias, de forma que quedan disgregadas en las moléculas o iones que las componen (las disoluciones son transparentes). Cuando se supera cierto límite, llamado solubilidad, la sustancia ya no se disuelve, y queda, bien como precipitado en el fondo del recipiente, bien como suspensión, flotando en pequeñas partículas (las suspensiones son opacas o traslúcidas).
Se denomina concentración a la medida de la cantidad de soluto por unidad de cantidad de disolvente.
Medida de la concentración
La concentración de una disolución se puede expresar de diferentes formas, en función de la unidad empleada para determinar las cantidades de soluto y disolvente. Las más usuales son:
g/l (Gramos por litro) razón soluto/disolvente o soluto/disolución, dependiendo de la convención
% p/p (Concentración porcentual en peso) razón soluto/disolución
% V/V (Concentración porcentual en volumen) razón soluto/disolución
M (Molaridad) razón soluto/disolución
N (Normalidad) razón soluto/disolución
m (molalidad) razón soluto/disolvente
x (fracción molar)
ppm (Partes por millón) razón soluto/disolución
Acidez
El pH es una escala logarítmica para describir la acidez de una disolución acuosa. Los ácidos, como el zumo de limón y el vinagre, tienen un pH bajo (inferior a 7). Las bases, como la sosa o el bicarbonato de sodio, tienen un pH alto (superior a 7).
El pH se calcula mediante la siguiente ecuación:
donde es la actividad de iones hidrógeno en la solución, la que en soluciones diluidas es numéricamente igual a la molaridad de iones Hidrógeno que cede el ácido a la solución.
una solución neutral (agua ultra pura) tiene un pH de 7, lo que implica una concentración de iones hidrógeno de 10-7 M
una solución ácida (por ejemplo, de ácido sulfúrico)tiene un pH < title="Hidróxido de potasio" href="http://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3xido_de_potasio">hidróxido de potasio) tiene un pH > 7, o sea que la concentración de iones hidrógeno es menor que 10-7 M
Formulación y nomenclatura [editar]
La IUPAC, un organismo internacional, mantiene unas reglas para la formulación y nomenclatura química. De esta forma, es posible referirse a los compuestos químicos de forma sistemática y sin equívocos la quimica es un mamaguevaso que no se entiende mucho.
Mediante el uso de fórmulas químicas es posible también expresar de forma sistemática las reacciones químicas, en forma de ecuación química.
viernes, 9 de junio de 2006
La Química como Ciencia
En la actualidad, un gran interés despierta el conocimiento y la comprensión del proceso sociohistórico que ha conducido al desarrollo de la ciencia.Las relaciones entre la ciencia, la tecnología y la sociedad se ha convertido en un amplio campo de estudio.Paradójicamente, en medio de los avances.que supone vivir los tiempos de "la sociedad de la información", una gran confusión se advierte cuando se pretende juzgar la responsabilidad de la ciencia en los peligros y desafíos que caracterizan nuestra época histórica y se vinculan los grandes descubrimientos científicos casi exclusivamente con el genio de determinadas personalidades.En esta presentación pretendemos aproximarnos, desde la perspectiva sociológica del enfoque histórico - cultural, al complejo panorama del desarrollo de una ciencia que ha tenido un impacto notable en los progresos de diversas ramas del quehacer humano, la Química.Linus Pauling (1901-1994), laureado dos veces con el Premio Nobel, ha propuesto la siguiente definición: "La Química es la ciencia que estudia las sustancias, su estructura, sus propiedades y las reacciones que las transforman en otras sustancias".El complejo problema de la clasificación de la ciencia ha sido pragmáticamente resuelto con la frecuente afirmación aparecida en los textos: "...tradicionalmente la Química se ha subdividido en varias ramas que facilitan su estudio". De tal modo se olvida que no está precisamente en manos de la tradición lo que constituye reflejo de la lógica interna de la ciencia y del decursar histórico de su proceso de construcción.En primer lugar, las particularidades estructurales de las sustancias químicas exigieron su estudio en dos grandes campos: el mundo de las sustancias inorgánicas relacionado originalmente con los minerales y que engloba todas las combinaciones posibles en las que no interviene el carbono, y el mundo orgánico asociado a las sustancias que se presentan en los tejidos vivos y que incluye, por la singularidad estructural del carbono, a los hidrocarburos y sus derivados.
Linus Pauling mereció el Premio Nobel en dos oportunidades, el primero en 1954 por sus aportaciones en el campo de la Química y en 1962 por su relevante labor a favor de la paz.Los países del "sur" han tenido que afrontar también la "fuga de cerebros" que constituye un obstáculo más en su desarrollo.La determinación de la composición y estructura de las sustancias se erige en problema gnoseológico que configura los contenidos de la Química Analítica, sea en su expresión cualitativa o cuantitativa; mientras el campo de acción delimitado por las rutas que conducen a la producción de las sustancias, define la Síntesis Química.La combinación de las herramientas del análisis y la síntesis cobró fuerzas en la última década del siglo XIX y ya en el siglo XX quedó demostrado el infinito poder de este sector del conocimiento cuando ante las demandas de la época se edificaron estructuras que superan por sus propiedades a aquellas que se han producido por los procesos naturales.
Numerosos autores han resaltado la posición central que ocupa la Química en el desarrollo del conocimiento científico y cómo en el marco de su proceso de construcción surge paralelamente una integración dialéctica con otras ciencias naturales que da pie a la aparición de los ámbitos de la Física-Química, la Bioquímica, y más recientemente la Química Ambiental.La Física-Química se ocupa principalmente de las leyes y teorías que explican los cambios energéticos involucrados en las reacciones químicas, surgiendo tres áreas específicas: la Termodinámica Química, la Electroquímica y la Cinética Química.La Bioquímica dirige su objetivo a la explicación de los procesos vivos al nivel molecular.La Química Ambiental cuyos contornos se prefiguran aparece relacionada con la influencia de los agentes químicos, naturales o artificiales, en la biosfera.Surgen nuevas zonas periféricas en torno al polo de la Bioquímica que delinean nuevos ámbitos como la Biología Molecular y la Ingeniería Genética; y en la frontera con el otro polo de la Física-Química se desarrollan las Ciencias de los Materiales, los Procesos de Ingeniería y la Electrónica.El dominio de las transformaciones de las sustancias químicas ha producido un notable impacto sobre cinco áreas vitales para la sociedad contemporánea: energía, producción de alimentos, salud, transporte y comunicaciones. También es cierto que en un mundo irracionalmente establecido, los progresos en esta ciencia han servido para el desarrollo de las mortíferas armas químicas, y han contribuido al despliegue de los problemas de contaminación ambientales, uno de los mayores desafíos que enfrenta la humanidad.Una batalla en el campo de las ideas reclama esta época, en ella la educación (y la lectura que se haga de la historia), jugará un rol tal vez decisivo para salvaguardar los logros de la humanidad. La Química podrá ser usada para el bien o para el mal.
