La Química y el Mundo que nos Rodea

La química es la ciencia que estudia la materia y sus transformaciones. Está presente en todos los aspectos de nuestra vida y del mundo que nos rodea, desde los sistemas naturales hasta los productos que utilizamos a diario.

Química en la Naturaleza

En la naturaleza encontramos una gran variedad de compuestos químicos, como el dióxido de carbono (CO₂), el nitrógeno (N₂) y el sulfuro de hidrógeno (H₂S). Los silicatos, por ejemplo, están compuestos de óxido de hierro (FeO) y trióxido de dihierro (Fe₂O₃).

Los sistemas naturales se dividen en:

• Sistemas físicos: atmósfera, hidrosfera y litosfera.
• Sistemas biológicos: biosfera.

Atmósfera

La atmósfera de la Tierra está compuesta por:

• 78% V/V de nitrógeno
• 21% V/V de oxígeno
• 1% V/V de otros gases, incluyendo contaminantes como óxido nitroso (N₂O), óxido nítrico (NO), trióxido de dinitrógeno (N₂O₃), monóxido de azufre (SO), trióxido de azufre (SO₃) y dióxido de azufre (SO₂).

Hidrosfera

La hidrosfera (H₂O) contiene diversos elementos como cloro, sodio, magnesio, azufre, calcio, potasio, bromo, estroncio, boro y flúor, formando compuestos como cloruro de sodio (NaCl), cloruro de potasio (KCl), cloruro de magnesio (MgCl₂), sulfato de potasio (K₂SO₄) y sulfato de magnesio (MgSO₄).

Litosfera

La litosfera está compuesta principalmente por aluminio (Al), potasio (K), silicio (Si), calcio (Ca), sodio (Na) y magnesio (Mg). La composición química de la corteza terrestre es: oxígeno (47%), silicio (28%), aluminio (8%), hierro (4.5%), calcio (3.5%), sodio (2.5%), potasio (2.5%) y magnesio (2.2%). La arena está compuesta de dióxido de silicio (SiO₂), el componente principal del cuarzo. El yeso es sulfato de calcio hidratado (CaSO₄·H₂O) y el carbonato de calcio se representa como CaCO₃. La amatista es dióxido de silicio con manganeso (SiO₂—Mn) y la esmeralda es Be₃(Al, Cr)₂O₁₈.

Biosfera

La biosfera se caracteriza por la química del carbono orgánica (C, H, O, N, S).

Química en la Vida Cotidiana

La química está presente en:

• Limpieza: blanqueadores, detergentes, jabones, pastas dentales, limpiadores, aromatizantes.
• Textiles: algodón, lana, lino, seda, pieles, pigmentos, colorantes.
• Salud: medicamentos y sustancias sintetizadas.
• Vivienda: madera, arena, piedra, hierro, mármol, aluminio, magnesio.
• Nutrición: alimentos procesados, conservantes.
• Agricultura: insecticidas, plaguicidas, abonos.
• Cosméticos: colorantes, suavizantes, solventes.
• Electrónica: microconductores, chips, recubrimientos plásticos.
• Petróleo: polímeros, adhesivos, plásticos, combustibles, aceites, lubricantes, gas natural, solventes.
• Color: pinturas, pigmentos, plásticos, gas.

Fuegos artificiales: Los colores se producen por la presencia de diferentes elementos: rojo (estroncio y litio), amarillo (sodio), verde (bario), blanco (magnesio), naranja (calcio), plateado (aluminio, titanio), azul (cobre) y destellos (antimonio).

Química de las estrellas: El análisis de la luz de las estrellas revela su composición química. En el Sol, la fusión nuclear convierte hidrógeno (H) en helio (He): H+H=He, H+He=Li. El hidrógeno y el helio se originaron en el Big Bang. Los demás elementos se formaron en el interior de las estrellas y en las explosiones de supernovas, como el berilio (Be), boro (B), carbono (C) y nitrógeno (N).

Química a lo largo del día:

• Crema dental: contiene flúor que fortalece el esmalte dental, compuesto de hidroxiapatita (Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂), convirtiéndola en fluorapatita (Ca₁₀(PO₄)₆F₂), más resistente a los ácidos.
• Cabello: las proteínas del cabello contienen azufre, agua (70%), lípidos (2%) y oligoelementos como zinc (Zn), calcio (Ca), potasio (K), cobre (Cu), cobalto (Co), arsénico (As) y magnesio (Mg).
• Perfumes: son soluciones diluidas o concentradas de esencias y aceites.
• Comida: contiene carbohidratos, vitaminas, proteínas, minerales, fibra y grasas. La química influye en los sabores, colores y olores. Por ejemplo, una manzana es principalmente agua (85%) y azúcares (11%), y su color rojo se debe a la antocianina.

Tabla Periódica

Antiguamente se creía que solo existían cuatro elementos: fuego, aire, agua y tierra. Los alquimistas fueron los primeros en descubrir elementos. Dalton introdujo símbolos para representarlos. En 1818 se conocían 56 elementos, que Berzelius ordenó por masa atómica. Döbereiner los agrupó en tríadas con propiedades similares. Newlands relacionó la química con la música. Chancourtois propuso una clasificación helicoidal. Meyer y Mendeleiev ordenaron los elementos por propiedades. Mendeleiev priorizó las propiedades sobre la masa atómica, corrigió masas atómicas incorrectas y predijo la existencia de nuevos elementos. Los gases nobles se descubrieron entre 1895 y 1898.

Nota: Los elementos de una misma columna tienen propiedades y reactividad similar, su radio atómico aumenta de arriba hacia abajo y comparten una nomenclatura similar. Se clasifican en metales y no metales. El número atómico indica la cantidad de protones y electrones.

Electrones de valencia: El número mágico es 8, característico de los gases nobles. Los demás elementos buscan alcanzar 8 electrones de valencia al formar compuestos. En el grupo A, el número del grupo indica los electrones de valencia.

• Grupo 1A: 1 electrón de valencia, número de oxidación +1. Forman compuestos como NaCl y KCl.
• Grupo 2A: 2 electrones de valencia, número de oxidación +2. Forman compuestos como CaCO₃.
• Grupo 3A: 3 electrones de valencia, número de oxidación +3.
• Grupo 7A: 7 electrones de valencia, número de oxidación -1. Forman compuestos como HCl. También pueden tener números de oxidación +1, +3, +5 y +7 (excepto el flúor, que siempre es -1). Forman compuestos como NaClO.
• Grupo 6A: 6 electrones de valencia, número de oxidación -2. También pueden tener números de oxidación +2, +4 y +6 (excepto el oxígeno, que siempre es -2).
• Grupo 5A: 5 electrones de valencia, número de oxidación -3. También pueden tener números de oxidación +3 y +5.
• Grupo 4A: 4 electrones de valencia, número de oxidación +4 (a veces +2). Comparten electrones.

Nomenclatura de Compuestos Binarios

• El elemento negativo va a la derecha y se lee primero.
• Compuestos con oxígeno: óxidos.
• Otros compuestos: terminan en -uro.
• Se usan prefijos para indicar la cantidad de átomos: mono, di, tri, tetra, penta, hexa, hepta, octo.
• Metal + metal: no forman compuestos binarios.
• Metal + no metal: sí forman compuestos.
• No metal + no metal: sí forman compuestos (ej. SF₂).

Fe, Co, Ni: números de oxidación +2, +3.
Mn: números de oxidación +1, +2, +3, +4, +5, +6, +7.