La Química:

El estudio de la Química comienza con la definición de lo que compone las cosas que se encuentran a nuestro alrededor y que como tal, se encuentran definidas en un espacio determinado y tienen una masa. Por ello, definimos a la materia como: todo aquello que ocupa un lugar en el espacio, tiene masa y presenta inercia. La inercia es la propiedad de los cuerpos de permanecer en estado de reposo o movimiento hasta que una fuerza modifique su estado inicial. Algunos ejemplos de materia son: el azúcar, la computadora, las estrellas, los gases que componen el aire, el agua, una mesa, entre tantos ejemplos que existen a nuestro alrededor. Según su temperatura, una pequeña muestra de materia puede ser un sólido, un líquido o un gas. Es de suma importancia comprender como es que la materia y la energía se encuentran relacionados, ya que las transformaciones de un estado de agregación a otro dependen de la temperatura (aumentando o disminuyendo la energía calorífica). La materia no se encuentra estática, constantemente se generan cambios en ella. Siendo estos cambios físicos o químicos.

Por otro lado, la materia se encuentra formada por una infinidad de sustancias a las que identificamos por sus propiedades. Estas propiedades son las características particulares, cualidades o atributos que podemos utilizar para distinguir una muestra de materia de otra. Podemos clasificar a la materia de acuerdo a sus propiedades físicas y químicas. Las propiedades físicas son aquellas características que presenta la materia que se pueden observar o medir sin cambiar la identidad de la materia y no se altera su composición o estructura íntima. Mientras que, las propiedades químicas son aquéllas que presenta la materia al transformarse de una sustancia a otras diferentes, alterando su composición íntima y/o estructura en ciertas condiciones

Ahora bien, para estudiar la materia es necesario clasificarla de acuerdo a su composición, ya que puede existir materia que tenga un solo constituyente o varios constituyentes, clasificándola como una mezcla o sustancias puras. Esta clasificación basándonos también en sus propiedades, nos permite apreciar la utilidad de clasificar a la materia y su importancia.

Mezcla: Es el resultado de la unión física de una o varias sustancias puras, ya sea elementos o compuestos, en proporciones variables que conservan sus propiedades individuales. La composición de la mezcla no es la misma en toda la muestra. Las mezclas se pueden separar métodos físicos. Las mezclas se clasifican en homogéneas y heterogéneas.

Sustancia pura: Es toda aquélla sustancia química compuesta de la misma clase de materia con partículas del mismo tipo en toda su extensión. Su composición es la misma en toda la muestra de estudio, es definida y fija. Existen dos tipos de sustancias puras: elementos y compuestos.

Los elementos son sustancias puras que se caracterizan por estar conformados por un solo tipo de elemento cuyo símbolo se encuentra definido en la tabla periódica, y que además posee características de masa y número atómico específico. Esta información se encuentra definida por la composición subatómica que tiene cada elemento; es decir, del número de protones y neutrones que posee. Si el átomo es eléctricamente neutro, nos permite conocer el número de electrones que tiene y de los cuales depende la reactividad química.

Actualmente sabemos que, el átomo está conformado por un núcleo y una envoltura, en la cual se localizan las partículas elementales que son el punto de estudio de la Química general. Estas partículas subatómicas fundamentales son: el protón, el neutrón y el electrón. Sin embargo, en el pasado se reconocía que el mundo que nos rodea se compone de diversos materiales vivos e inanimados, por lo que se realizaron muchos intentos por explicar estas observaciones y entender la naturaleza de todo lo que nos rodea. Los filósofos desde los tiempos más antiguos, han especulado acerca de la naturaleza del material fundamental de que está hecho el mundo. Las primeras respuestas fueron dadas por los griegos. A continuación, se mencionan los principales filósofos que intentaron explicar la naturaleza de la materia.

Leucipo y Demócrito: griegos del siglo VI a. C. quienes fueron los primeros en postular una teoría atómica suponiendo que la materia está constituida de pequeñísimas partículas compactas, que son inseparables e indivisibles a las que llamaron átomos (del griego a, “no” y tomos “cortar”).

Dalton: expuso su modelo atómico basado en las leyes de las proporciones definidas y de las proporciones múltiples, conservando el término de “átomo” definido por Demócrito. La teoría atómica de Dalton se estableció con los siguientes postulados:

  1. La materia está constituida de partículas muy pequeñas llamadas átomos.
  2. Los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí; principalmente, en el peso.
  3. Los átomos de diferentes elementos son diferentes entre sí.
  4. Cuando los átomos se combinan lo hacen en proporciones definidas de número enteros, los compuestos se forman cuando los átomos se unen entre sí, en una relación constante y sencilla.
  5. Cuando se lleva a cabo una reacción química, los átomos de las sustancias iniciales reaccionan unos con otros para formar sustancias nuevas y diferentes, con combinaciones de átomos distintas, pero no se crean ni se destruyen átomos.

Thomson: considera la existencia de los electrones como partículas subatómicas con carga negativa, gracias a un experimento con un tubo de descarga o tubo de rayos catódicos. Thomson reconoció la naturaleza eléctricamente neutra de la materia. El modelo de Thompson consistió en una esfera con carga positivo y los electrones con carga negativa se encontraban empotrados como si fuesen pasas en un budín, por lo que el modelo fue denominado “budín de pasas”. Sin embargo, este modelo solo explicaba las propiedades eléctricas de la materia.

Rutherford: Su modelo utilizó una serie de experimentos y resultados previos con los que concluye con un modelo mucho más dinámico que el de Thompson. Rutherford establece un modelo planetario en el cual, al centro se localiza el núcleo positivo que concentra la mayor masa. Los electrones se encontrarían girando alrededor del núcleo en trayectorias elípticas. Fuera del núcleo existen tantos electrones como unidades de carga positiva hay en el núcleo, siendo el átomo eléctricamente neutro

Bohr: en 1913, hace correcciones al modelo atómico de Rutherford suponiendo un modelo en el cual, los electrones giran alrededor del núcleo del átomo con una energía constante. Gracias a lo anterior, jamás caen al núcleo y no pierden energía. El modelo de Bohr contemplaba el hecho de que cuando un átomo absorbe o emite energía, lo hace en cantidades fijas y unitarias llamadas “cuantos”, cuando esto sucede brinca a un nivel superior de energía. Cuando el electrón regresa a su nivel de energía origina, emite un cuanto energético.

Con toda esta información podemos decir que, el átomo es la unidad básica que intervine en una combinación química para la formación de compuestos. El átomo está formado por partículas subatómicas, las cuales son los electrones, protones y neutrones.

En la estructura atómica debemos considerar lo siguiente:

  1. Los protones y los neutrones se encuentran localizados en el núcleo del átomo.
  2. Los electrones se encuentran fuera del núcleo en ciertos niveles de energía como lo describió Bohr.
  3. La masa de electrón es despreciable; por lo que, la masa del átomo es igual a la suma de la masa de los protones más neutrones: A= p+ + nº.
  4. El átomo es eléctricamente neutro; por lo tanto, el número de protones es igual al número de electrones. El número atómico Z representa al número de protones. Z=p+.

La representación de un átomo en la tabla periódica es la siguiente:

Utilizando la información anterior, surgieron muchísimos más experimentos y trabajos que ayudaron a explicar las propiedades de los elementos y su capacidad reactiva. Estos trabajos permitieron establecer la teoría mecánico ondulatoria; que, hasta el momento explica con éxito la periodicidad de los elementos químicos en la tabla periódica así como varias propiedades químicas de los átomos.

Podemos resumir de manera breve los trabajos de esta teoría:

Modelo de Bohr, 1913: Los electrones giran en orbitas de energía fija y definida. Los estados de energía permitidos para el electrón son llamados orbitales, cada uno de ellos con energía característica y una forma particular.

Louis de Broglie, 1924: Sugiere que, el electrón en su trayectoria alrededor del núcleo tiene asociado una longitud de onda particular.

Werner Heissenberg, 1926: Propone que es imposible conocer simultáneamente la posición y el momento lineal de una partícula. Este principio se le conoce como el principio de incertidumbre de Heissenberg: “no se puede describir la posición exacta y le velocidad del electrón al mismo tiempo”.

Erwin Schröndinger, 1926: Describe el comportamiento del electrón mediante trabajos matemáticos en los que consideró que la probabilidad de hallarlo.  Schröndinger propone que se encuentra en zonas de alta densidad.

El uso de la teoría mecánico ondulatoria y el trabajo de Schröndinger permitieron entender con mayor profundidad la estructura electrónica de los átomos. Los números cuánticos permiten establecer la zona con mayor probabilidad de encontrar un electrón (que llamamos REEMPE u orbital) y la energía asociada a cada nivel energético. Esta ubicación está determinada por 4 parámetros llamados números cuánticos, los cuales nos permiten establecer la configuración electrónica.