Clasificación de la materia

La mayor parte de las formas de materias con las que nos topamos – por ejemplo, el aire que respiramos (un gas), la gasolina para los autos (un líquido) y la acera por la que caminamos (un sólido) – no son químicamente puras. No obstante, podemos descomponer, o separar, estas clases de materia en diferentes sustancias puras. Una sustancia pura es materia que tiene propiedades definidas y una composición que no varía de una muestra a otra, son elementos o compuestos.

Un elemento es cualquier material que no se puede dividir a materiales más simples a través de un proceso químico. Posiblemente estás familiarizado con muchos elementos como son hidrógeno, oxígeno, zinc, oro o helio. Otros elementos como estroncio y berilio son más exóticos y hay menos probabilidad de que estés familiarizado con ellos. Cada tipo de materia que observas en tu vida diaria está hecha de elementos químicos. Hay solamente alrededor de cien tipos diferentes de elementos químicos.

Este es un descubrimiento asombroso de la química –todo lo que observas en el mundo está hecho de diferentes combinaciones de cientos de elementos. La química es el estudio de cómo los elementos se combinan y las características de estas combinaciones.

Los elementos están representados por símbolos. El símbolo es de una, dos o tres letras que representan al nombre. Es más fácil escribir O que escribir oxígeno. Es más fácil escribir H que escribir hidrógeno. Los símbolos vienen de muchas fuentes diferentes. Sin embargo, los mismos símbolos son usados para cada elemento en todos los países del mundo.

 

Símbolos para algunos elementos		Los primeros símbolos propuestos por los alquimistas eran difíciles de interpretar. En el siglo XIX, John Dalton trató de unificarlos con círculos diferentes, algunos de los cuales encerraban letras. Los símbolos químicos modernos fueron propuestos por el químico Sueco Jöns J. Berzelius, quien considero que deberían usarse una o dos letras provenientes del latín o alemán. La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC), es el encargado de reglamentar estos símbolos hoy en día. El símbolo del elemento químico se deriva, por lo general, de su nombre latino: la primera letra del símbolo se escribe siempre en mayúscula y el resto en minúscula.
Nombre del elemento	Símbolo
Aluminio	Al
Calcio	Ca
Yodo	I
Magnesio	Mg
Fierro	Fe
Oxígeno	O
Hidrógeno	H
Fósforo	P
Potasio	K
Cobre	Cu
Helio	He

Cuando los elementos se combinan forman nuevas sustancias llamadas compuestos. Estos compuestos tienen características totalmente nuevas. Es como combinar las letras del alfabeto para hacer palabras. Veintiséis letras pueden combinarse para hacer miles de palabras diferentes.

 

El agua es un ejemplo de un compuesto. Una molécula de agua, H₂O, está compuesta de dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno. (Por ahora, piensa en un átomo como la partícula más pequeña de un elemento y una molécula como la unidad más pequeña del compuesto).  El compuesto tiene muchas características diferentes de los elementos de los cuales está hecho.

 

Los compuestos están representados por fórmulas químicas. Una fórmula química muestra los símbolos de los elementos que son combinados para hacer un compuesto. Si hay más de un átomo en un elemento, un número (subíndice) será añadido después del símbolo, indicando cuántos átomos hay de ese elemento.

 

Ejemplos de algunas fórmulas químicas
Compuesto	Fórmula química	Nombre común
Carbonato de calcio	CaCO3	Tiza
Dióxido de carbono	CO2	Hielo seco
Ácido clorhídrico	HCl	Ácido muriático
Ácido sulfhídrico	H2S	Gas de huevos podridos
Bicarbonato de sodio	NaHCO3	Polvo de hornear
Cloruro de sodio	NaCl	Sal de mesa
Nitrato de sodio	NaNO3	Fertilizante
Ácido sulfúrico	H2SO4	Ácido de baterías

De la tabla de fórmulas químicas, puedes observar que el dióxido de carbono es un compuesto de carbono y oxígeno. Hay dos átomos de oxígeno por cada átomo de carbono. Bicarbonato de sodio es un compuesto de sodio, hidrógeno, carbono, y oxígeno. Hay tres átomos de oxígeno por cada átomo de los otros elementos. También, hay un total de tres átomos en la fórmula de dióxido de carbono y un total de seis átomos en bicarbonato de sodio.

Casi toda la materia que nos rodea, al igual que los materiales hechos por el hombre consisten en mezclas de sustancias puras. Cada sustancia de una mezcla conserva su identidad química, y por tanto, sus propiedades. Estas propiedades se deben tomar en cuanta cuando se piensa en separar los componentes de la mezcla.  

Las mezclas homogéneas también son llamadas soluciones verdaderas o disoluciones, coloides y suspensiones y van a caracterizarse por el tamaño de la partícula que los forma.

Por conveniencia, en una solución, el componente que se encuentra en mayor cantidad se denomina disolvente y los otros son los solutos. Las partículas que se disuelven son tan pequeñas que no se pueden ver a simple vista y por tanto la luz que las atraviesa pasa libremente. Cuando añades leche al agua, esta aparece nublada o turbia. Sin embargo, las pequeñas gotas de leche se mantienen suspendidas en el agua y no se asientan con el tiempo. Este tipo de mezcla es un coloide.

En los coloides las partículas del soluto son más grandes que las del disolvente y podrían ser visibles con un microscopio. Cuando la luz pasa a través de un coloide, se dispersa y se puede ver por dónde pasa el rayo de luz. Esto se conoce como Efecto Tyndall.

Ahora bien, las suspensiones tienen las más grandes de todas las partículas dispersas. Las partículas son visibles a simple vista y flotan con el tiempo. Un rayo de luz brillando a través de una suspensión se puede dispersar, pero no es transparente.

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Mezclas homogéneas
Soluciones verdaderas	Coloides	Suspensiones
Agua con sal	Pinturas	Negro de humo en agua (tinta china)
Agua con alcohol	Lodo
Plata y mercurio (amalgama)	Mayonesa	Antibióticos
Zinc y cobre (bronce)	Mantequilla	Leche de magnesia
Aire	Leche	Sangre
Agua y bióxido de carbono	Humo
Vapor de agua y aire	Niebla

El prefijo hetero significa “diferente”. Una mezcla heterogénea puede llevarse a cabo entre sustancias con diversos estados de agregación y no tiene propiedades uniformes en toda su extensión.

Las diversas partículas que constituyen a la mezcla heterogénea se pueden distinguir. Estas partículas se pueden separar por métodos físicos: filtración, decantación, decantación, etc.

Estados de agregación de la materia y sus cambios

Cuando las partículas que integran a la materia se agregan de una determinada manera podemos encontrarla en cuatro formas únicas en la naturaleza y una forma más en un laboratorio. Pues bien, para aprender más sobre éste tema, los invito a consultar los siguientes links:
http://www.visionlearning.com/library/module_viewer.php?mid=120&l=s
Para saber más sobre condensado de Bose-Eistein, quinto estado de la materia, consulten aquí:
http://www.landsil.com/Fisica/PMateria.htm

Ahora vean la siguiente información, observen la simulación y después realicen las actividades finales que les proponen.
http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/estados/cambios.htm

Sigan estudiando con ganas jóvenes!

Energía

La energía es una propiedad de la materia estrechamente relacionada con los cambios que ésta sufre. Por ejemplo, el derretimiento de un bloque de hielo requiere de calentamiento, es decir, se le aplica energía térmica (calor) para fundirlo. Asimismo, cuando encendemos una estufa de gas para calentar nuestros alimentos, hacemos uso de la energía que nos proporciona la reacción de combustión del gas (hidrocarburo) (ver figura de la izquierda).

En general, la energía se define como todo aquello que puede producir un trabajo  o transferir calor, es una propiedad que conocemos por sus efectos y no directamente por lo que es, para poder entenderla es necesario asociarla a un proceso o cambio relacionado con su manifestación.

Los diversos tipos de energía que pueden obtenerse y utilizarse se engloban dentro de dos grandes tipos: la cinética y la potencial. Cuando un cuerpo está en movimiento posee energía cinética mientras que la energía potencial  puede describirse como aquella almacenada dentro de un cuerpo.

La energía se encuentra en constante transformación, pasando de una forma más útil a otra menos útil. Por ejemplo, en un volcán la energía interna del magma se transforma en energía térmica, las piedras lanzadas al aire durante la erupción, producen energía mecánica además, se produce la combustión de muchos materiales, liberando energía química. Aunque esta manifestación de la energía es muy variada – energía mecánica, calorífica, química, hidráulica, etc. – debemos recordar lo que expresa la ley de la conservación de la energía: la energía no puede ser creada ni destruida, pero sí puede pasar de una forma a otra.

Las sociedades actuales deben su desarrollo en buena medida al uso de la energía. Tradicionalmente a la ha obtenido de los combustibles fósiles como el carbón o el petróleo y de la desintegración nuclear. Sin embargo, es cada día más costoso tanto a nivel económico como ambiental, además de que se obtienen de recursos naturales no renovables. Es por ello, que es importante desarrollar y promover el uso de otras fuentes de energía que sean baratas y más nobles con el medio ambiente.

Energías limpias

Se denomina energía renovable a la energía que se obtiene de fuentes naturales virtualmente inagotables, unas por la inmensa cantidad de energía que contienen, y otras porque son capaces de regenerarse por medios naturales. Las fuentes renovables de energía pueden dividirse en dos categorías: no contaminantes o limpias y contaminantes. Entre las primeras:

• El Sol: energía solar.
• El viento: energía eólica.
• Los ríos y corrientes de agua dulce: energía hidráulica.
• Los mares y océanos: energía mareomotriz.
• El calor de la Tierra: energía geotérmica.

Energía solar: Los colectores solares parabólicos concentran la radiación solar aumentando la temperatura en el receptor. Los paneles fotovoltaicos convierten directamente la energía luminosa en energía eléctrica. Recogiendo de forma adecuada la radiación solar, esta puede transformarse en otras formas de energía como energía térmica o energía eléctrica utilizando paneles solares (ver figura abajo).

Energía eólica: Es la energía obtenida de la fuerza del viento, es decir mediante la utilización de la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire. Este tipo de energía ha sido aprovechada desde la antigüedad para mover los barcos impulsados por velas o hacer funcionar la maquinaria de molinos al mover sus aspas. Es un tipo de energía verde (ver ejemplo abajo).

Energía geotérmica: Parte del calor interno de la Tierra (5.000ºC) llega a la corteza terrestre. En algunas zonas del planeta, cerca de la superficie, las aguas subterráneas pueden alcanzar temperaturas de ebullición, y, por tanto, servir para accionar turbinas eléctricas o para calentar (ver ejemplo abajo).

Energía mareomotriz: La energía mareomotriz se debe a las fuerzas gravitatorias entre la Luna, la Tierra y el Sol, que originan las mareas, es decir, la diferencia de altura media de los mares según la posición relativa entre estos tres astros. Esta diferencia de alturas puede aprovecharse en lugares estratégicos como golfos, bahías o estuarios utilizando turbinas hidráulicas que se interponen en el movimiento natural de las aguas, junto con mecanismos de canalización y depósito, para obtener movimiento en un eje.

Mediante su acoplamiento a un alternador se puede utilizar el sistema para la generación de electricidad, transformando así la energía mareomotriz en energía eléctrica, una forma energética más útil y aprovechable.

Otras formas de extraer energía del mar son la energía undimotriz, que es la energía producida por el movimiento de las olas; y la energía debida al gradiente térmico oceánico, que marca una diferencia de temperaturas entre la superficie y las aguas profundas del océano (ver ejemplo abajo).

Energía hidráulica: La energía potencial acumulada en los saltos de agua puede ser transformada en energía eléctrica. Las centrales hidroeléctricas aprovechan energía de los ríos para poner en funcionamiento unas turbinas que arrastran un generador eléctrico (ver ejemplo abajo).

La química...una herramienta para la vida*

El conocimiento de la química es útil para casi todas las personas, ya que ésta se encuentra presente tanto a nuestro alrededor como dentro de nuestro organismo, donde todo el tiempo están ocurriendo procesos químicos. El estudio de esta disciplina permite entender muchos de los fenómenos que observamos y aprender a intervenir en ellos para nuestro beneficio, por ejemplo, un campesino puede ser asesorado en como utilizar fertilizantes que le ayudarán a obtener mejores cosechas; una ama de casa puede alimentar sanamente a su familia cuando aprende a reconocer los alimentos que le preporcionan nutrientes básicos.

La química está presente en todas las actividades del ser humano, ya que muchos de los objetos que usamos en nuestra vida están hechos de materiales que se obtienen por procesos químicos: plásticos, papel, vidrio, diversos metales, medicamentos, productos para la higiene personal, etcétera.

Entonces podemos decir ahora que la química como ciencia se caracteriza por poseer un objeto de estudio bien delimitado, utilizando una metodología específica.

Como ciencia, la química ha descubierto las leyes y los principios que gobiernan la materia, y a partir de esos conocimientos se ha vuelto capaz de predecir el comportamiento de los elementos y compuestos bajo determinadas circunstancias, además de incurcionar en la fabricación de los nuevos y sorprendentes materiales que demandan la vida actual.

Podemos llegar a la conclusión de que la química es la ciencia que se encarga de estudiar la composición, estructura y transformaciones de la materia, su interrelación con la energía, así como las leyes que regulan tales interacciones.

Sin embargo, la química, para su estudio, se ha dividido en diferentes ramas:

1. Química general. Que se dedica al estudio de los principios básicos de la constitución, las propiedades y transformaciones de la materia.
2. Química inorgánica. Estudia los diversos elementos y compuestos que con ellos se forman, descontando los que tienen enlaces carbono-hidrógeno, es decir, los compuestos orgánicos.
3. Química orgánica. estudia la estructura, propiedades, síntesis y reactividad de compuestos químicos formados principalmente por carbono-hidrógeno.
4. Química analítica. Investiga la composición de las sustancias tanto cualitativamente como cuantitativamente. El primero identifica los componentes desconocidos existentes en una sustancia, y el segundo indica las cantidades relativas de dichos componentes.
5. Químoica ambiental. Se dedica a estudiar las fuentes, las reacciones, el transporte, los efectos y el destino de las especies en la naturaleza y los ambientes vivos, así como los consiguientes efectos de la tecnología sobre ellos.

Y muchas muchas más.

Ahora nos enfocaremos a la lectura del siguiente link, por favor ábranlo e impriman la lectura para que la lleven a la clase. No olviden que les toca exponer también. Saludos.

http://clmancha.ugt.org/medioamb/webmedioambiente/separata%20consumo%20energia.pdf

Bibliografía consultada

1. Mora González Victor Manuel. 2009. Química 1. Editorial ST. Pag. 17-21.
2. Paleo González E.L.D., Jaime Vasconcelos M.A., Quintanilla Bravo M. 2011. Vive la química. Editorial Progreso. Pag. 11-13.