Introducción

Este material bibliográfico es el resultado de investigaciones dedicadas a la investigación de la primera materia que introduce al alumno en el mundo de la química.

Química: Es, como su nombre lo indica, la parte de la química que debe sentar las bases para estudios más avanzados de esta ciencia. Al aprender Química, se aprende a entender el comportamiento de los átomos y las moléculas, lo que además permite comprender mejor otras áreas de la ciencia, la tecnología y la ingeniería moderna.

Objetivo: Ayudar al estudiante a manejar con soltura conceptos básicos de la química y afianzar los mismos para un estudio más profundo de la ciencia química. Está dirigido, particularmente, a los jóvenes estudiantes.

Propósito: Que sea un recurso didáctico para el aprendizaje de la Química que destaque los conocimientos y habilidades indispensables con los que debe contar un estudiante que ha cursado o cursa la asignatura.

Agradecimientos:

La realización de un material como el presente requirió de la participación de muchas personas y no hubiera sido posible sin la colaboración de cada uno de los integrantes de nuestro equipo.

Modelos Atómicos

Historia de los Modelos Atómicos: Desde la antigüedad, el ser humano se ha cuestionado de qué se encontraba hecha la materia. 400 años antes de Cristo, el filósofo griego Demócrito consideró que la materia estaba constituida por pequeñísimas partículas que no podían ser divididas en otras más pequeñas. Por eso llamó a estas como Átomos, que en griego significa «indivisible». Demócrito atribuyó a los átomos las cualidades de ser eternos, inmutables e indivisibles. Sin embargo, las ideas de Demócrito sobre la materia no fueron aceptadas por los filósofos de su época y tuvieron que pasar cerca de 2200 años para que la idea de los Átomos fuera retomada.

Masa, Materia y Energía

Materia

La Materia: Es todo aquello que tiene dimensiones, presenta inercia y origina gravitación. Para referirnos a los objetos usamos términos como materia, masa, peso y volumen. Para clarificar los conceptos, digamos que:

• Materia: es todo lo que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio.
• Masa: es la cantidad de materia que tiene un cuerpo.
• Volumen: es el espacio ocupado por la masa.
• Cuerpo: es una porción limitada de materia.

Por ejemplo, un cuerpo de 10 kg tiene el doble de inercia que un cuerpo de 5 kg, es decir, para conseguir que los dos se muevan de la misma forma, será preciso ejercer el doble de fuerza sobre el primero que en el segundo.

Un error muy frecuente con el concepto de masa es que se cree que los cuerpos más grandes tienen siempre más masa y la verdad es que no hay relación directa entre el tamaño y la masa, ya que la masa de un cuerpo puede estar más o menos compacta y ocupar más o menos volumen. La relación entre la masa de un cuerpo y su volumen (tamaño) viene determinada por la densidad. También se cree que masa y peso son lo mismo, pero no es así, la masa de un cuerpo mide su inercia, mientras que el peso mide la fuerza con la que el objeto es atraído por la Tierra.

Energía

El movimiento de los constituyentes de la materia, los cambios químicos y físicos y la formación de nuevas sustancias se originan gracias a cambios en la energía del sistema; conceptualmente, la energía es la capacidad para realizar un trabajo o transferir calor; la energía a su vez se presenta como energía calórica, energía mecánica, energía química, energía eléctrica y energía radiante; estos tipos de energía pueden ser además potencial o cinética. La energía potencial es la que posee una sustancia debido a su posición espacial o composición química y la energía cinética es la que posee una sustancia debido a su movimiento.

Para que un cuerpo o sistema material sufra transformaciones, tiene que interaccionar con otro. El calor transferido entre dos cuerpos o sistemas materiales a distinta temperatura es un agente físico capaz de producir transformaciones en la materia.

Se realiza trabajo sobre un cuerpo cuando este se desplaza bajo la acción de la fuerza que actúa total o parcialmente en la dirección del movimiento. El calor y el trabajo son los agentes físicos que producen transformaciones en la materia.

Una transformación es cualquier cambio de las propiedades iniciales de un cuerpo o sistema material. Por ejemplo, un cambio de posición, aumento o disminución de la temperatura, deformación o cambio de forma, cambio de volumen, etc.

La energía es la capacidad que tienen los cuerpos o sistemas materiales de transferir calor o realizar un trabajo, de modo que, a medida que un cuerpo o un sistema transfieren calor o realiza un trabajo su energía disminuye.

Poseer un referente de la cantidad de energía que se intercambia en las diferentes interacciones de la materia requiere de patrones de medición. Como la forma de energía que tiene mayor expresión es la energía calórica, entendida ésta como la energía que se intercambia entre dos sustancias cuando existe diferencias de temperatura entre ambas, trataremos las unidades de medida de esta. La cantidad de energía cedida o ganada por una sustancia se mide en calorías o joule. Una caloría (cal) es igual a la cantidad de calor necesario para elevar de 14,5 ºC a 15,5 ºC 1 gramo de agua. Como factor de conversión diremos que una caloría equivale a 4,184 joule.

Las variaciones de energía en los sistemas materiales

Las transformaciones que suceden en los sistemas materiales pueden describirse mediante los cambios que se producen en la energía.

La energía y sus formas:

• Energía mecánica: Es la que poseen los cuerpos por el hecho de moverse a una determinada velocidad (cinética) o de encontrarse desplazados de su posición (potencial).
• Energía térmica: Esta energía se debe al movimiento de los átomos o moléculas que componen un cuerpo. La temperatura es la medida de esta energía.
• Energía electromagnética: Es la que transportan las llamadas ondas electromagnéticas, como la luz, las ondas de radio y TV, las microondas, etc.
• Energía interna: Bajo esta denominación se engloban todas las formas de energía existentes en el interior de un cuerpo.
• Energía química: Es la energía que se desprende o absorbe de las reacciones químicas, como, por ejemplo, en una reacción de combustión.
• Energía nuclear: Es la que se genera en los procesos de fisión nuclear (ruptura del núcleo atómico) o de fusión nuclear (unión de dos o más núcleos atómicos).

Fuentes de energía no renovables

Proceden de recursos existentes en la naturaleza de forma limitada. Los más importantes son la energía obtenida de la combustión de fósiles (carbón, petróleo y gas natural).

Extracción petrolífera