Fundamentos de Química: Historia, Materia y Energía

La Química es la ciencia que estudia la composición de la materia, sus transformaciones y la energía involucrada en ellas. Es una disciplina fundamental que se entrelaza con diversas áreas del conocimiento, permitiéndonos comprender el mundo a nivel molecular.

Áreas Interdisciplinarias de la Química

La Química está estrechamente relacionada con otras ciencias, enriqueciendo y siendo enriquecida por ellas:

• Física: Se estudia conjuntamente en la Fisicoquímica, ya que muchos fenómenos combinan propiedades físicas y químicas simultáneamente.
• Arqueología: Es crucial para descifrar datos e interrogantes, como la antigüedad de piezas arqueológicas, mediante el estudio de su composición.

Breve Historia de la Química

La química, en su esencia, ha evolucionado desde las primeras interacciones humanas con la materia hasta convertirse en una ciencia moderna y rigurosa.

Orígenes y Primeras Manifestaciones

• Fuego: Desde el Neolítico, el control del fuego fue una de las primeras "reacciones químicas" dominadas por el ser humano, fundamental para la supervivencia y el desarrollo.
• Edad de los Metales:
  • Edad del Cobre: Primer metal trabajado.
  • Edad del Bronce: Aproximadamente 4000 a.C., una aleación de cobre y estaño.
  • Edad del Hierro: Marcó un avance significativo en la metalurgia.
  • Acero: Desarrollado a partir de hierro y carbón vegetal, utilizado por civilizaciones como los Hititas.
• Egipcios: Pioneros en la aplicación de procesos químicos para la vida diaria y rituales, como la creación de pigmentos, técnicas de embalsamamiento y la producción de vino. Su conocimiento era conocido como Khemeia.
• Griegos: Desarrollaron teorías filosóficas sobre la materia.
  • Teoría de los Cuatro Elementos: Propuesta por pensadores como Aristóteles, que postulaba que todo estaba compuesto por tierra, agua, aire y fuego.
  • Demócrito: Alrededor del 500 a.C., retomó la teoría de Leucipo, postulando la existencia del átomo como la partícula indivisible fundamental de la materia.

Transición y Desarrollo

• Alquimia: Una práctica ancestral con raíces en el conocimiento egipcio (simbología oscura) y árabe ("Al-khemia"). Su objetivo principal era la búsqueda de la piedra filosofal (para transmutar metales en oro) y el elixir de la vida (para la inmortalidad).
• Iatroquímica: Hacia 1550 d.C., tomando la idea del "elixir de la vida", se comenzó a investigar con un método más sistemático, lo que llevó al descubrimiento de diversas sustancias farmacéuticas.
• Flogisto: Propuesta en 1650 d.C. por Georg Stahl, esta teoría postulaba la existencia de una sustancia inflamable (el flogisto) que se liberaba durante la combustión. Aunque errónea, sentó las bases para el estudio de la química orgánica.

La Química Moderna

El surgimiento de la química como ciencia experimental y cuantitativa se consolidó con figuras clave:

• Robert Boyle: Impulsó el uso del método científico en la química, enfocándose en la búsqueda del comportamiento de las sustancias y estableciendo las bases para las aportaciones de científicos posteriores como Antoine Lavoisier y John Dalton.

Conceptos Fundamentales en Química

La Materia

La materia es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio, posee masa y requiere energía para experimentar un cambio. En esencia, es todo lo que nos rodea.

Clasificación de la Materia

La materia se clasifica en:

• Elemento: La parte mínima que conserva sus características es el átomo (ej. Oxígeno - O, Carbono - C).
• Compuesto: La parte mínima que conserva sus características es la molécula (ej. Monóxido de Carbono - CO).
• Mezcla: Es la unión física de dos o más sustancias (elementos o compuestos). Pueden ser:
  • Homogénea: Sus componentes no se distinguen a simple vista (ej. agua con sal disuelta).
  • Heterogénea: Sus componentes se distinguen a simple vista (ej. agua con aceite).

Estados de la Materia

La materia puede presentarse en diferentes estados, dependiendo de la energía cinética de sus partículas y las fuerzas de atracción entre ellas:

• Sólido: Posee forma y volumen definidos, es resistente a la deformación. Las partículas tienen altas fuerzas de atracción y un movimiento vibracional. Son generalmente más densos que los líquidos.
• Líquido: Adapta la forma del recipiente que lo contiene, pero tiene un volumen definido. Las partículas están muy próximas entre sí, con cierta libertad de movimiento. Se difunden a través de otros líquidos. Su densidad es mayor que la de los gases y menor que la de los sólidos.
• Gaseoso: No tiene forma ni volumen definidos, ocupando completamente el recipiente que lo contiene. Las partículas están muy separadas, con fuerzas de atracción casi nulas. Se difunden fácilmente en otros gases y líquidos.
• Plasma: Es un estado de la materia compuesto por partículas altamente ionizadas que se mueven a gran velocidad. Se forma calentando un gas neutro a temperaturas extremadamente altas o por fusión nuclear (ej. el Sol). Se observa en fenómenos naturales como los rayos y en metales incandescentes.

Propiedades de la Materia

Las propiedades de la materia se clasifican en:

• Extensivas: Dependen de la cantidad de materia presente. Ejemplos: masa, peso, volumen.
• Intensivas: No dependen de la cantidad de materia. Ejemplos: densidad, punto de ebullición, propiedades organolépticas (color, olor, sabor).

La Energía

La energía es la capacidad de la materia para manifestarse y modificar las propiedades de las sustancias, o para realizar un trabajo.

Tipos de Energía Relevantes en Química

• Energía Química: Es un tipo de energía potencial almacenada en los enlaces químicos de las sustancias. Se libera o absorbe durante las reacciones químicas y/o bioquímicas, cuando ocurre una transformación.
• Energía Nuclear: Aquella que se libera cuando se modifica el número de neutrones y protones en el núcleo de un átomo. Puede ser por:
  • Fusión: Unión de núcleos ligeros.
  • Fisión: Ruptura de núcleos pesados.