Fundamentos de Química: Estructura Atómica, Clasificación de la Materia y Métodos de Separación

Modelos Atómicos Históricos

La comprensión de la estructura de la materia ha evolucionado a través de diversos modelos científicos:

Modelo de John Dalton (1803)

• Descripción: El átomo es una minúscula esfera maciza e indivisible, distinta para cada elemento.
• Postulado clave: La materia está formada por átomos. Las sustancias reaccionan cuando los átomos se combinan para formar nuevas sustancias.

Modelo Eléctrico de Joseph John Thomson (1904)

• Descripción: Electrones (cargas negativas) incrustados dentro de una masa de carga positiva (modelo del “pudín de pasas”).
• Descubrimiento: Mediante un tubo con gas a muy baja presión, se demostró que los átomos poseen cargas negativas (electrones). Los átomos son eléctricamente neutros, por lo que también deben contener carga positiva.

Modelo Núcleo-Corteza de Ernest Rutherford (1911)

• Descripción: El átomo no es macizo. Posee un núcleo central con carga positiva (protones). Lejos, en la 'corteza' del átomo, giran los electrones.
• Experimento: Rutherford lanzó partículas positivas sobre átomos de oro. Observó que la mayoría pasaban de largo, pero otras se desviaban o rebotaban, indicando la existencia de un núcleo denso.

Modelo Planetario de Niels Bohr (1913)

• Descripción: Los electrones se mueven en capas u órbitas definidas.
• Postulado clave: Los electrones saltan de una órbita a otra cuando absorben energía. Al volver a su órbita original, emiten luz (fenómeno visible en los fuegos artificiales). Los electrones están distribuidos en diferentes órbitas; al calentar los átomos, estos emiten luz.

Estructura Fundamental del Átomo

¿Cómo es el Átomo?

Núcleo

• Protones: Carga positiva (+).
• Neutrones: Sin carga (n).

Corteza

• Electrones: Carga negativa (-).
• Capacidad de capas electrónicas (ejemplo):
  • Capa 1: 2 electrones
  • Capa 2: 8 electrones
  • Capa 3: 18 electrones

Cálculos Atómicos Básicos

• Número Másico (A): $A = n^{\circ} \text{protones} (+) + n^{\circ} \text{neutrones} (n)$
• Número Atómico (Z): $Z = n^{\circ} \text{protones} (+)$

Iones y Carga Atómica

La carga neta del átomo se determina por el balance entre protones y electrones. Ejemplos de carga:

• Si pierde 3 electrones: Carga (3+)
• Si gana 3 electrones: Carga (3-)

Iones: Átomos con carga eléctrica neta.

• Anión: Se forma al ganar electrones (carga negativa).

Clasificación de la Materia

La Materia: Sustancias Puras y Mezclas

Sustancias Puras

• Elementos: Sustancias que no pueden descomponerse en otras más simples (ej.: Na, Cl, H).
• Compuestos: Sustancias formadas por la combinación química de dos o más elementos (ej.: NaCl, HCl).

Mezclas (Combinación de dos o más sustancias)

Mezcla Homogénea

• Combinación de sustancias que no se diferencian a simple vista.
• Composición y propiedades iguales en todos sus puntos.
• Sistemas uniformes (solo una fase o estado).

Mezcla Heterogénea

• Combinación de sustancias cuyas fases sí se distinguen a simple vista.
• Diferente composición y propiedades específicas en distintas partes de la mezcla.
• Sistema desigual (varias fases o estados).

Técnicas de Separación de Mezclas

Las técnicas de separación se utilizan para aislar los componentes de una mezcla, aprovechando sus diferentes propiedades físicas.

Filtración

• Aplicación: Mezclas heterogéneas (sólido insoluble en líquido).
• Procedimiento: Se utiliza un filtro sobre un embudo, colocado encima de un vaso de precipitado. Pasa el líquido, pero el sólido queda retenido.

Decantación

• Aplicación: Mezclas heterogéneas (dos líquidos inmiscibles de diferente densidad).
• Procedimiento: Se utiliza un embudo de decantación. Una llave permite controlar el paso del líquido más denso, separándolo del menos denso.

Separación Magnética

• Aplicación: Mezclas heterogéneas que contienen una sustancia magnética.
• Procedimiento: Se utiliza un imán para separar el componente magnético del resto de la mezcla.

Cristalización

• Aplicación: Sólido disuelto en un líquido (solución).
• Procedimiento: Mediante la evaporación del solvente (agua), el sólido disuelto alcanza la sobresaturación y forma cristales.

Destilación

• Aplicación: Dos líquidos con distinto punto de ebullición.
• Procedimiento: Se aplica calor hasta que el líquido más volátil se evapore (el de menor temperatura de ebullición). El vapor es enfriado en un refrigerador (condensador), condensándose y recogiéndose en un vaso (destilado). Es similar a la evaporación, pero acelerado, y el líquido se recupera.