Fundamentos de Química: Materia, Propiedades, Estados y Transformaciones

Conceptos Científicos Fundamentales

Definiciones Clave: Ciencia, Física y Química

Ciencia

Se define como un conjunto de conocimientos sobre el mundo obtenidos mediante la observación, la experimentación y el razonamiento, de los que se deducen leyes a partir de las cuales se construyen teorías comprobables.

Física

Es la ciencia que estudia cualquier cambio en la materia en el que no se altera la naturaleza de la misma.

Química

Es la ciencia que estudia la composición, las combinaciones y transformaciones de las sustancias que afectan a su propia naturaleza.

La Materia y sus Propiedades

Propiedades Generales y Características

Propiedades Generales

Son aquellas cuyo valor no sirve para identificar una sustancia. La masa, el volumen y la temperatura a la que se encuentra un cuerpo son propiedades generales.

Propiedades Características (o Específicas)

Son aquellas que tienen un valor propio y característico para cada sustancia. La densidad, el punto de fusión, el punto de ebullición, la dureza, la solubilidad en agua y la conductividad eléctrica son propiedades características.

Medición: Magnitud y Unidad

Magnitud

Llamamos magnitud a cualquier característica de la materia, o de los cambios que puede experimentar, que se puede medir; es decir, que es posible expresar con un número y una unidad.

Unidad

Medir una magnitud es compararla con una de su misma naturaleza, que llamamos unidad, para ver cuántas veces la contiene.

Leyes Fundamentales de los Gases Ideales

Estas leyes describen el comportamiento de los gases bajo ciertas condiciones de presión (P), volumen (V) y temperatura (T):

• Ley de Boyle-Mariotte: Establece que, a temperatura constante, el producto de la presión por el volumen de una cantidad fija de gas es constante. Fórmula: P1V1 = P2V2.
• Ley de Gay-Lussac (relación Presión-Temperatura): Establece que, a volumen constante, la presión de una cantidad fija de gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta. Fórmula: P1/T1 = P2/T2.
• Ley de Charles y Gay-Lussac (relación Volumen-Temperatura): Establece que, a presión constante, el volumen de una cantidad fija de gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta. Fórmula: V1/T1 = V2/T2.

Estados de Agregación de la Materia

Características de los Estados

Sólido

Forma: Constante.
Volumen: Constante.
Expansión: No se expanden.
Compresión: No se comprimen.
Ejemplos: Hielo, azúcar, mármol.

Líquido

Forma: Variable (adopta la del recipiente).
Volumen: Constante.
Expansión: No se expanden significativamente.
Compresión: Se comprimen con dificultad.
Ejemplos: Agua, aceite, alcohol.

Gas

Forma: Variable (ocupa todo el recipiente).
Volumen: Variable (ocupa todo el recipiente).
Expansión: Se expanden.
Compresión: Se comprimen fácilmente.
Ejemplos: Vapor de agua, aire.

Cambios de Estado Físico

Son las transformaciones entre los estados de agregación de la materia:

• Fusión: Paso de sólido a líquido.
• Solidificación: Paso de líquido a sólido.
• Sublimación: Paso de sólido a gas (sin pasar por el estado líquido).
• Sublimación inversa (o deposición): Paso de gas a sólido (sin pasar por el estado líquido).
• Vaporización: Paso de líquido a gas (puede ser ebullición, en toda la masa del líquido a una temperatura específica, o evaporación, solo en la superficie y a cualquier temperatura).
• Licuefacción (o condensación): Paso de gas a líquido.

Clasificación de la Materia

Sustancias Puras

Es aquella materia cuya composición química es fija y definida, y no cambia cualesquiera que sean las condiciones físicas en las que se encuentre. Se dividen en:

Elementos

Son sustancias puras que no se pueden descomponer en otras más simples por ningún procedimiento químico. Están formados por un solo tipo de átomo. Ejemplos: oxígeno (O), hierro (Fe), carbono (C).

Compuestos

Son sustancias puras que se pueden descomponer en otras más simples (elementos) por medio de un proceso químico. Están formados por la unión química de dos o más elementos en proporciones fijas. Ejemplos: agua (H₂O), sal de mesa (NaCl).

Mezclas

Es aquella materia que resulta de la combinación física de dos o más sustancias puras (componentes), que conservan sus propiedades individuales y se pueden separar utilizando procedimientos físicos. Se dividen en:

Mezclas Heterogéneas

Es una mezcla en la que es posible distinguir sus componentes a simple vista o con procedimientos ópticos. Su composición no es uniforme. Ejemplos: granito (se ven los minerales), agua y aceite.

Mezclas Homogéneas (o Disoluciones)

Es una mezcla en la que no es posible distinguir sus componentes ni con los procedimientos ópticos más potentes. Su composición es uniforme en toda la mezcla. A continuación, se presentan algunos ejemplos:

• Gas en gas: Aire (principalmente nitrógeno y oxígeno).
• Gas en líquido: Bebidas refrescantes con gas (dióxido de carbono en agua).
• Líquido en líquido: Agua y alcohol, vinagre (ácido acético en agua).
• Sólido en líquido: Suero fisiológico (sal en agua), agua azucarada.
• Sólido en sólido: Aleaciones como el acero (hierro y carbono) o el bronce (cobre y estaño).

Fundamentos de la Teoría Atómica: Modelo de Dalton

John Dalton propuso un modelo atómico con los siguientes postulados principales:

• La materia está formada por partículas diminutas, indivisibles e indestructibles llamadas átomos.
• Todos los átomos de un mismo elemento químico son iguales en masa y propiedades, y diferentes de los átomos de cualquier otro elemento.
• Los compuestos se forman por combinaciones de átomos de diversos elementos.