LA MATERIA. Todos los sistemas materiales están formados por sustancias. pueden ser. MEZCLA HOMOGÉNEA sal y agua. se separan por

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1 LA MATERIA Como se sabe, la materia está formada por partículas, dependiendo el comportamiento de esta (la materia) del estado físico en que se encuentran las partículas. Esta no es pues homogénea, existiendo un elevado número de sustancias distintas: Todos los sistemas materiales están formados por sustancias pueden ser MEZCLAS pueden ser SUSTANCIAS PURAS pueden ser MEZCLA HETEROGÉNEA arena y agua MEZCLA HOMOGÉNEA sal y agua COMPUESTAS compuestos químicos SIMPLES elementos químicos se separa n por se separan por -DECANTACIÓN -FILTRACIÓN -DESTILACIÓN -CALENTAMIENTO RÁPIDO -CRISTALIZACIÓN Por descomposición térmica o electrólisis desaparecen y dan lugar a otras sustancias No se pueden descomponer en otras sustancias puras dan lugar a Constituidas por moléculas iguales formadas por dos o más átomos de distinta clase Constituidos por uno o más átomos de la misma clase 1

2 a) Sustancias puras. Poseen propiedades y composición constantes en todas sus partes, es decir, estas no varían de punto a punto. Las sustancias puras poseen una Temperatura característica de fusión y otra de ebullición. Elemento químico. Toda sustancia que no puede ser separada en otras más simples. Se conocen actualmente 108 elementos diferentes, incluidos los artificiales. Compuestos químicos. Sustancias formadas por la combinación de dos o más elementos. Se conocen millones de elementos diferentes. b) Mezclas. Formadas por agrupaciones de elementos y/o compuestos. Son sustancias que no poseen una Temperatura característica de fusión, ni de ebullición. Sus distintos componentes se pueden separar por procesos físicos como la filtración y la destilación. Mezclas homogéneas (disoluciones). Poseen propiedades y composición constantes en todas sus partes. Ejemplo: el aire, sal en agua,... Mezclas heterogéneas. La composición y sus propiedades varían de una parte a otra de la misma (se pueden observar y distinguir dentro de ella sus distintos componentes). Ejemplo: agua-aceite, tierra-agua,... Leyes ponderales de la química Una vez clasificadas las sustancias, veamos como se transforma la materia. Las sustancias reaccionan químicamente para transformarse en otras, pero estas transformaciones no son arbitrarias, sino siguen la siguiente ley: Ley de la conservación de la masa (Lavoisier). "En una reacción química, la masa de las sustancias reaccionantes (reactivos) es igual a la masa de las sustancias formadas (productos)." 1) La reacción de formación del butano viene dada por: A + B C + D m A + m B = m C + m D C + H 2 C 4 H g 10 g Cuántos gramos de butano se forman? 2) La reacción de formación del trióxido de diyodo viene dada por: I 2 + O 2 > I 2 O g 604 g Cuántos gramos de oxígeno son necesarios? 2

3 3) El butano se oxida con el oxígeno del aire según la reacción: C 4 H 10 + O 2 > CO 2 + H 2 O 58 g 208 g 90 g Teoría atómica de Dalton Dalton ( ) fué el primero en crear una teoría atómica sobre la materia, para ello coordinó los fenómenos observados con las leyes de la combinación química. Esta teoría se resume: 1. Los elementos químicos están formados por átomos, consistentes en partículas materiales, separadas e indestructibles. 2. Los átomos de un mismo elemento son todos iguales en masa y en todas las demás propiedades. 3. Los átomos de elementos diferentes tienen distintas masas y demás propiedades. 4. Los compuestos se forman por la unión de átomos de los correspondientes elementos en una relación numérica sencilla. Características de los átomos Vamos a estudiar ahora la relación existente entre los fenómenos eléctricos y la estructura de la materia. La teoría atómica de Dalton resultó fructífera, y permitió explicar leyes como la de Lavoisier o la de Proust. Asimismo, junto a las hipótesis de Avogadro, permite explicar la ley de Gay-Lussac y determinar masas atómicas relativas. No obstante, el conocimiento de la materia no era completo. Un hecho experimental, la descarga eléctrica en tubos que contienen gases a baja presión, condujo a una nueva concepción del átomo. Esto dio lugar a la creación del modelo atómico de Rutherford, en donde se introducía la existencia de una nueva partícula: el electrón. Años más tarde del modelo atómico de Rutherford (1911) se descubrió una nueva partícula en el núcleo, el neutrón. Esta fue descubierta por Chadwick en 1932, y se caracteriza por no tener carga eléctrica (de ahí su nombre) y porque tiene una masa muy parecida a la del protón. Masa del protón (m p+ ) = kg Carga del protón (q p+ ) = C Masa del neutrón ( ) = kg Carga del neutrón = 0 C Masa del electrón (m e- ) = Carga del electrón (q e- ) = C Número atómico y número másico El conocimiento de los constituyentes del átomo llevó a las científicos a relacionar estos con las características de la sustancias. De esta forma obtuvieron los siguientes conceptos: Número atómico (Z). Es el número de protones que posee el núcleo de un átomo. Cada elemento químico se caracteriza por su número atómico. Número másico (A). Es el número de nucleones (protones y neutrones) que posee el núcleo de un átomo. A partir de ahora un elemento químico se representará, además de por su símbolo, de la siguiente forma: es el símbolo de un elemento: H, O, Cl, P. 3

4 Si llamamos N al número de neutrones que posee el núcleo de un átomo, entonces podemos crear la relación: Finalmente, si un átomo es neutro (no posee carga neta) es porque su número de electrones es igual a su número de protones. 4) Determina el número de protones, neutrones y electrones que tienen los átomos: a). Z = 1, por tanto tiene 1 protón. A = 1, A = Z + N ==> 1 = 1 + N ==> N = 1 1 = 0 Como el átomo es neutro, tiene 1 electrón. b). Z = 8, por tanto tiene 8 protones. A = 18, A = Z + N ==> 18 = 8 + N ==> N = 18 8 = 10 Como el átomo es neutro, tiene 8 electrones. 5) Cuántos protones, neutrones y electrones tiene el. 6) Indica el número de protones, neutrones y electrones que posee los siguientes átomos:, y. Isótopos Puede ocurrir que átomos de un mismo elemento posean distintas masas. Otro hecho que contradice al modelo atómico de Dalton. Cuando esto ocurre se habla de isótopos: átomos de un mismo elemento que poseen distintos números másicos, por tanto poseen distinto número de neutrones (pues para que sean átomos de un mismo elemento deben tener el mismo número de protones). 7) Determina el número de protones, neutrones y electrones en los siguientes casos: a), y. Z A N 0 protones N 0 electrones N 0 neutrones b) y. Z A N 0 protones N 0 electrones N 0 neutrones

5 Iones Cuando un átomo tiene carga eléctrica se dice que ha formado un ión. Se forman cuando un átomo neutro pierde (catión) o gana (anión) electrones. Catión. Es un ión cargado positivamente, y se forma cuando un átomo neutro pierde electrones. - e - - 2e - Anión. Es un ión cargado negativamente, y se forma cuando un átomo neutro gana electrones. + e - + 2e - Elementos químicos. Tabla periódica Con estos nuevos conocimientos estamos en condiciones de redefinir el concepto de elemento químico: el conjunto de todos los átomos que poseen el mismo valor del número atómico. Se conocen unos 120 elementos químicos, de los cuales 88 son naturales y el resto son artificiales (construidos por el hombre). Los científicos agrupan a los elementos en la llamada tabla periódica, que inicialmente fue creada por Mendeleiev y Meyer, y se basaba en las masas atómicas de los elementos. Actualmente esta agrupación se basa en el número atómico. (Bajar tabla periódica de mi web) Los elementos químicos se agrupan en grupos o familias, siendo las más conocidas: Alcalinos (IA): litio (Li), sodio (Na), potasio (K), rubidio (Rb), cesio (Cs) y francio (Fr). Alcalino-Terreos (IIA): berilio (Be), magnesio (Mg), calcio (Ca), estroncio (Sr), bario (Ba) y radio (Ra). Anfígenos (VIA): oxígeno (O), azufre (S), selenio (Se) y teluro (Te). Halógenos (VIIA): flúor (F), cloro (Cl), bromo (Br) y yodo (I). Gases nobles (VIIIA): helio (He), neón (Ne), argón (Ar), kriptón (Kr) y xenón (Xe). Estados de la materia. Teoría cinético-molecular La materia se encuentra formada por átomos, moléculas (agrupaciones de átomos), cristales en las que las partículas se encuentran unidas con más o menos fuerza (enlaces químicos). Según la intensidad de estas uniones, las sustancias se encontrarán en estado sólido, líquido o gaseoso. La teoría cinético-molecular explica el comportamiento de la materia y sus posibles estados de agregación, y se basa en: 1) La materia está formada por partículas. 2) Las partículas que forman la materia se encuentran en continuo movimiento. 3) A mayor temperatura, mayor es el movimiento de las partículas. Según esta, las características de los estados sólido, líquido y gaseoso son: 5

6 Masa Volumen Forma Movimiento Sólidos Fija Fijo Fija Vibración Líquidos Fija Fijo Variable Gases Fija Variable Variable Vibración, rotación y se deslizan unas capas sobre otras. Desplazamiento en todas direcciones. Al calentar un sólido, sus partículas aumentan la velocidad en sus movimientos, se van rompiendo enlaces químicos (uniones entre partículas) hasta encontrarse en el estado líquido. Si continuamos calentando se van rompiendo más enlaces hasta no quedar ninguno, entonces la sustancia se encuentra en estado gaseoso. Al contrario ocurre al enfriar un gas, pues la disminución de la temperatura hace que el movimiento de las partículas disminuya, apareciendo las uniones entre ellas, hasta alcanzar el estado líquido. Si continuamos enfriando, el movimiento de las partículas es aún menos, aumentando las uniones entre ellas, acercándose, y alcanzando el estado sólido. A todo esto se llama cambio de estado. Estos son: Sólido fusión solidificación Líquido vaporización condensación Gas Sólido sublimación a gas sublimación a sólido Gas La vaporización puede ocurrir de dos formas muy distintas: Evaporación. Ocurre en la superficie del líquido, y a cualquier temperatura. Ebullición. Ocurre en toda la masa del líquido, y a una temperatura determinada para cada sustancia (propiedad característica). Actividades. 8) Un átomo neutro tiene Z = 6 y A = 14. Indica cuántas partículas subatómicas tiene. 9) Un átomo consta de 8 protones, 8 neutrones y 10 electrones. Es neutro? 10) Indica el número de protones, electrones y neutrones en los siguientes casos: a). c). b). d). 11) Cuántos protones, electrones y neutrones hay en los siguientes casos?: 131 a) 53 I. 57 c) 27 Co. 112 b) 50 Sn. d) P

7 12) Indica el número de protones, electrones y neutrones que poseen cada isótopo: 35 a) 17 Cl. 56 b) 26 Fe. 7