28 Dic
El Cambio Químico
Los cambios químicos están presentes en todo momento. Fenómenos como la combustión de gasolina o la cocción de un huevo son ejemplos de cambios químicos. Es posible identificarlos no solo porque al final se producen nuevas sustancias con propiedades diferentes a las iniciales, sino también porque se encuentran evidencias de dicho cambio. Otro ejemplo es el que sucede al agregar un decolorante a base de cloro a una prenda de ropa o a manchas de café, o el cambio de temperatura. Al dominar el fuego, nuestros antepasados aprovecharon su energía en forma de calor, como para cocer alimentos o endurecer la punta de sus lanzas.
Evidencias del Cambio Químico
Emisión de Luz
Durante un cambio químico también se produce luz. Por ejemplo, en la combustión de leña y gas utilizados en las parrillas, los átomos que los componen adquieren mucha energía y, por su parte, la emiten en forma de luz, lo que produce una flama visible.
Incandescencia
A los fenómenos que consisten en la emisión de luz que provocan algunos materiales al calentarse se les conoce como incandescencia.
Formación de Nuevas Sustancias
El mercurio es el único metal que permanece en estado líquido a temperatura ambiente. Sin embargo, en la naturaleza no se encuentra en tal estado.
Precipitación
En este cambio químico, las nuevas sustancias tienen un estado de agregación diferente de la disolución inicial, lo que las lleva a separarse de esta y depositarse en el fondo del recipiente.
Los científicos llaman reacción química al proceso de transformación de una sustancia en otra en función del tiempo. Se entiende, entonces, que el cambio químico es la evidencia de que el fenómeno sucede.
Los Átomos y las Propiedades de los Materiales
Los modelos atómicos actuales describen la estructura del átomo a partir de la interacción de tres partículas elementales: electrones, protones y neutrones.
Partículas Subatómicas
- Electrones: Se encuentran fuera del núcleo, tienen carga negativa y su masa es pequeña.
- Protones: Se encuentran dentro del núcleo, tienen carga positiva y su masa es 1836 veces la masa del electrón.
- Neutrones: Se encuentran dentro del núcleo, no tienen carga y su masa es aproximada a la del protón.
Los núcleos de los átomos están formados por protones y neutrones. Al número de protones en el núcleo del átomo se le conoce como número atómico. Transmutar un elemento en otro era el principal interés de los alquimistas, quienes buscaban transformar el plomo en oro.
Distribución Electrónica y Valencia
Mientras que los protones y neutrones se encuentran en el núcleo atómico, los electrones se distribuyen alrededor de acuerdo con su nivel de energía. Los electrones que tienen el mismo nivel de energía se encuentran en la misma capa energética o capa electromagnética, que algunos modelos atómicos sugieren que cada una contiene una cantidad máxima de electrones. La ubicación de los electrones en las capas energéticas está relacionada con la cantidad de energía que estos poseen. Dependiendo del número de protones que poseen, los núcleos atómicos atraen con diferentes fuerzas a los electrones, de modo que hay átomos que tienden a perder electrones, mientras que otros tienden a ganarlos.
La cantidad de electrones de valencia es diferente para cada tipo de átomo; por lo tanto, su capacidad de interactuar también es variable. Cuando dos átomos interactúan pueden suceder dos cosas: que un átomo atraiga con tanta fuerza un electrón del otro átomo que lo gane, o que ambos átomos atraigan con fuerzas similares a los electrones del otro y terminen compartiéndolos. Las moléculas pueden ser de dos tipos: aquellas en las que los núcleos de los átomos que la forman atraen de manera similar a los electrones, lo que resulta en una distribución homogénea de carga.
El cambio de líquido a gas requiere que las partículas del líquido adquieran suficiente energía que las separe, rompiendo las interacciones entre ellas.
Las Sustancias y sus Representaciones
Al conjunto de símbolos químicos que representan compuestos se le conoce como fórmula química. Una fórmula química indica el tipo de átomo que forma el compuesto usando símbolos químicos. Las sustancias, ya sean elementos o compuestos, están formadas por átomos que tienen interacciones. Estas se deben a la forma en que se distribuyen los núcleos y los electrones. Los electrones de los niveles de energía exteriores o electrones de valencia son responsables de dichas interacciones y forman enlaces químicos.
Tipos de Enlaces y Compuestos
El tipo de enlace químico determina algunas propiedades, como la reactividad química de las sustancias. Hay tres tipos de compuestos: covalentes, iónicos y metálicos.
Compuestos Covalentes
Los átomos que forman estas sustancias interaccionan compartiendo electrones de valencia. Algunos de estos compuestos se caracterizan por tener temperaturas de fusión y ebullición relativamente bajas y por ser malos conductores térmicos y eléctricos.
Existe un gran número de sustancias con enlaces covalentes, entre las que se destacan el monóxido de carbono, la doble hélice de las moléculas de ADN (ácido desoxirribonucleico), las cadenas de polímeros, etcétera.
Un enlace covalente se describe como la interacción de los electrones de un átomo con el núcleo de otro, ya que al compartir electrones, los núcleos de ambos átomos se atraen entre sí.
La distribución de carga que resulta de la formación de un enlace covalente polar o no polar tiene consecuencias en las propiedades del compuesto.
Modelos de Representación
El modelo de Lewis proporciona información de cómo se enlazan los átomos, pero no de cómo se acomodan en el espacio, es decir, su geometría molecular.
Las fuerzas de atracción y repulsión entre los iones dependen del tamaño y la carga de estos, resultando en un arreglo tridimensional donde cada ion ocupa un lugar en el espacio.
Definiciones de Representación
Fórmula Química: Es la representación que se compone de símbolos de elementos químicos y expresa la proporción de los átomos que forman un compuesto. Sin embargo, no proporciona información acerca de la estructura o de los enlaces químicos entre átomos.
Estructura de Lewis: Se compone de puntos que representan los electrones exteriores o de valencia de cada átomo.
La Reacción Química y la Conservación de la Materia
Las evidencias de los cambios químicos se originan en fenómenos que suceden a niveles atómicos y moleculares en las sustancias involucradas.
La Ecuación Química
Los científicos, para facilitar su entendimiento, utilizan un modelo conocido como ecuación química.
En caso de que haya más de un reactivo o producto, estos se separan mediante el signo más (+).
Una ecuación química incluye información acerca de la proporción de las partículas que intervienen en el proceso.
Estequiometría y Balanceo
La estequiometría es la rama de la química dedicada a determinar tanto la proporción química de las sustancias como sus correspondientes coeficientes estequiométricos.
Los coeficientes estequiométricos en las ecuaciones químicas reflejan la Ley de la Conservación de la Masa. Aquellas ecuaciones cuyos coeficientes garantizan que el número de átomos presente en los reactivos y los productos sea el mismo se denominan ecuación balanceada.
En una ecuación química balanceada, las relaciones entre los coeficientes estequiométricos de las sustancias participantes involucran números pequeños, como 1 y 2, o 3 y 4.
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