Fundamentos de Química: Elementos, Cambios y Estructura Atómica

Elemento Químico

Se denomina elemento químico a cada uno de los integrantes fundamentales de la sustancia. Ellos serán entonces los que aparezcan en las denominadas fórmulas químicas, que son las representaciones simbólicas internacionales que permiten una lectura en cualquier idioma con los conocimientos necesarios.

Ejemplos:

• H y O: Son los símbolos químicos del hidrógeno y oxígeno, respectivamente.
• H₂O: Indica la atomicidad. El número 2 indica la cantidad de átomos de hidrógeno en cada molécula de agua. La atomicidad para el elemento oxígeno es obviamente 1, por lo que no se indica.

Considerada globalmente, la molécula de agua es triatómica: 2 átomos de hidrógeno y 1 de oxígeno por cada molécula de agua. En la actualidad se conocen aproximadamente 120 elementos químicos, de los que algunos están presentes en la naturaleza y otros han sido obtenidos artificialmente. Los elementos se identifican mediante un nombre y un símbolo químico.

Origen del Nombre de los Elementos Químicos

El origen de los nombres es variado, haciendo referencia a:

• Alguna de sus propiedades.
• Nombres de científicos destacados.
• Dioses de diferentes mitologías.
• El lugar donde fueron identificados por primera vez.
• Algunos elementos son conocidos desde la más remota antigüedad, apareciendo nombrados en la Biblia.

Símbolos de los Elementos Químicos

Para independizar la información del idioma y unificar criterios, los elementos se representan mediante símbolos aceptados internacionalmente.

• Generalmente, la primera letra corresponde al nombre del elemento en algún idioma (usualmente latín o griego).
• Si los nombres de varios elementos comienzan con la misma letra, deben utilizarse dos letras, siendo la segunda minúscula.

Cambios Químicos y Físicos

Un cambio químico es una transformación que modifica la composición de la materia.

Reactivos y Productos en Cambios Químicos

• Se llama reactivos a las sustancias presentes inicialmente en el sistema.
• Se denomina productos a las sustancias que se obtienen luego de la transformación.

Comparación entre Cambios Físicos y Químicos

Cambio Físico: Vaporización del Agua

Al aumentar la temperatura, el agua líquida se transforma en agua gaseosa:

H₂O (líquido) (Estado inicial) → H₂O (gaseoso) (Estado final)

Al disminuir la temperatura, se invierte el cambio:

H₂O (gaseoso) (Estado inicial) → H₂O (líquido) (Estado final)

La composición química es la misma durante ambos cambios; la única sustancia presente es agua.

Cambio Químico: Electrólisis del Agua

Mediante el pasaje de corriente eléctrica, se produce la descomposición del agua líquida y se obtienen dos sustancias diferentes en estado gaseoso: dihidrógeno (H₂) y dioxígeno (O₂).

2 H₂O (líquido) → 2 H₂ (gaseoso) + O₂ (gaseoso)

En este caso, la sustancia inicial (agua) se transforma en sustancias nuevas (dihidrógeno y dioxígeno) con propiedades diferentes.

Conceptos Atómicos Fundamentales

• Número Atómico (Z): Número de protones (p⁺). Identifica al elemento. Ejemplo: P (Fósforo) tiene Z=15.
• Número de Masa (A): Suma de protones y neutrones (n^o).
• Neutrones (N^o): Número de neutrones = A - Z.
• Electrones (e^-): En un átomo eléctricamente neutro, el número de electrones es igual al número de protones (Z).
• Nucleones: Partículas en el núcleo (protones + neutrones).
• Carga del Protón: Positiva (+).
• Carga del Electrón: Negativa (-).
• Carga del Neutrón: Neutra (0).

Estructura Atómica

• La masa del átomo se concentra prácticamente toda en el núcleo, que está formado por protones y neutrones.
• Al ser el volumen del núcleo muy pequeño y concentrar casi toda la masa, se deduce que es extremadamente denso.
• En el núcleo se encuentra la carga positiva del átomo (debida a los protones).
• La carga negativa (debida a los electrones) se encuentra en la periferia (nube electrónica).
• Los átomos son eléctricamente neutros, por lo que tienen igual cantidad de protones y electrones.

Número Atómico (Z)

• Es el número de protones.
• Se representa con la letra Z.
• Se suele escribir como subíndice a la izquierda del símbolo del elemento (_ZX).
• Identifica al elemento químico. Cada elemento tiene un número atómico único.

Número Másico (A)

• Es la suma de protones y neutrones en el núcleo.
• Se representa con la letra A.
• Se suele escribir como superíndice a la izquierda del símbolo del elemento (^AX).
• Los nucleones son las partículas que componen el núcleo (protones + neutrones).
• Protones y neutrones son las partículas subatómicas con más masa (la masa del electrón es despreciable en comparación).

Isótopos e Isóbaros

• Isótopos: Átomos del mismo elemento (igual número de protones, Z) pero con diferente número de neutrones y, por lo tanto, diferente número másico (A).
• Isóbaros: Átomos de diferentes elementos (diferente número de protones, Z) pero con el mismo número másico (A).