TRANSFORMACIONES QUIMICAS DE LA MATERIA

ÁTOMOS Y MOLÉCULAS Átomo El átomo es la menor fracción en que puede dividirse un elemento simple sin que pierda sus propiedades químicas y pudiendo ser objeto de una reacción química. Está formado por un conjunto de nucleones (protones y neutrones), situados en el núcleo, que concentra la casi totalidad de la masa atómica y a cuyo alrededor gira, en distintos orbitales, un número de electrones igual al de protones. El concepto de átomo como partícula indivisible se encuentra ya en la Grecia presocrática, en las concepciones de Leucipo y Demócrito acerca del mundo material, quienes anticiparon además los principios de cuantificación y conservación de la materia. En 1803, Dalton emitió su hipótesis atómica: los elementos están formados por átomos, y los compuestos por grupos de éstos (moléculas). Los experimentos de Thomson (1897) con rayos catódicos y la identificación de éstos con los corpúsculos llamados electrones, constituyentes de la electricidad, indicaron la posibilidad de que el átomo fuera divisible en componentes (partículas) más elementales. Los trabajos de Rutherford (1911) bombardeando láminas metálicas con partículas alfa llevaron a distinguir en el átomo un núcleo pequeño (diámetro del orden de 10-12 cm) y pesado y una nube electrónica dispuesta en capas concéntricas que abarcaban un diámetro de 10-8 cm. El átomo más sencillo, el de hidrógeno, consta de un solo nucleón (protón) y un solo electrón en su corteza; los átomos más complejos tienen en el núcleo tantos nucleones como indica su masa atómica, de los cuales son protones (con carga positiva) en cantidad igual al número atómico (número de orden en la tabla periódica) y neutrones (sin carga) el resto. La carga positiva del núcleo se contrarresta con una igual de sentido contrario correspondiente a los electrones de la corteza atómica. En 1913, N. Bohr, basándose en los conocimientos que facilitaba la mecánica cuántica, y para explicar de modo adecuado las líneas espectrales, presentó un modelo atómico que establecía y cuantificaba (mediante los números cuánticos) la distribución de los electrones alrededor del núcleo, la forma orbital en que se movían y las condiciones bajo las cuales éstos saltaban de una a otra órbita. Posteriormente, Sommerfeld completó el mencionado modelo con un tercer número cuántico, con el que precisó que las órbitas electrónicas eran elípticas y no coplanarias. Molécula Partícula formada por una agrupación ordenada y definida de átomos, que constituye la menor porción de un compuesto químico que puede existir en libertad. Las moléculas sólo se hallan perfectamente individualizadas en los gases en estado de movimiento rectilíneo desordenado, en cuyo caso su interacción se limita a choques muy breves. En los líquidos, si bien las moléculas se desplazan libremente, existe un mayor contacto intermolecular. En los sólidos, las moléculas ocupan por lo general posiciones fijas en los nudos de redes cristalinas. Los agregados atómicos moleculares pueden ser polares o no polares. En el primer caso, las moléculas forman pequeños dipolos y es la atracción que se manifiesta entre éstos lo que causa la unión intermolecular. En las moléculas no polares, la unión es debida únicamente a las fuerzas de Van der Waals, que, por ser más débiles, corresponden a compuestos de bajo punto de fusión. Las dimensiones de la molécula dependen de las características y del número de los átomos que la forman, y pueden ir desde 2,4 ångström (molécula de hidrógeno) hasta longitudes perceptibles a simple vista (moléculas orgánicas o macromoléculas). La masa de las moléculas es extremadamente pequeña, ya que guarda relación con sus dimensiones, lo que hace evidente la necesidad de recurrir a unidades de masa especiales, tales como la molécula gramo o mol, que equivale a la masa de un cuerpo que en estado gaseoso ocupa el mismo volumen que 32 g de oxígeno (dado que la molécula de este elemento consta de dos átomos). Por su parte, el volumen molecular, volumen ocupado por una molécula gramo de gas a 0 °C y a la presión atmosférica (760 mm de mercurio), es de 22,4 litros. Así, el número de moléculas de que consta una molécula gramo es una constante universal (conocida como «número de Avogadro»), cuyo valor es 0,023. 1023. En el transcurso de las reacciones químicas a las que se ven sometidas, las moléculas experimentan todo tipo de transformaciones (divisiones, uniones, cambios de parte de sus átomos, etc.), lo que permite la formación de nuevas moléculas (es decir, de nuevos cuerpos). LAS REACCIONES QUIMICAS Las reacciones químicas son procesos en los que una o más sustancias se transforman en otra u otras con propiedades diferentes. Para que pueda existir una reacción química debe haber sustancias que reaccionan y sustancias que se forman. Se denominará reaccionante o reactivo a la sustancia química que reacciona. A las sustancias que se generan debido a una reacción química se les denomina sustancia resultante o producto químico. Los cambios químicos alteran la estructura interna de las sustancias reaccionantes. Generalmente, se puede decir que ha ocurrido una reacción si se observa que al interactuar los "supuestos" reaccionantes se da la formación de un precipitado, algún cambio de temperatura, formación de algún gas, cambio de olor o cambio de color durante la reacción. A fin de expresar matemática una reacción química se hace necesario utilizar una expresión en la cual se señalan los reactivos y los productos. Esta expresión recibe el nombre de ecuación química. Una ecuación química es una descripción simbólica de una reacción química. Muestra las sustancias que reaccionan (reactivos o reactantes) y las sustancias o productos que se obtienen. Las reacciones también pueden ser clasificadas en:a) Reacción química homogénea y b) Reacción química heterogénea. Veremos tres tipos de reacciones: a) COMBINACIÓN: En las reacciones de combinación, dos o más sustancias reaccionan para formar un producto. Existen numerosos ejemplos de tales reacciones, en especial aquellas en las que diferentes elementos se combinan para formar compuestos. Por ejemplo, el metal magnesio arde en el aire con un brillo deslumbrante para producir óxido de magnesio, como puede verse a continuación: 1) 2Mg(s) + O2(g) ---> 2MgO(s) 2) 2CaO(s) + H2O(l) → Ca(OH)2(ac) b) DESCOMPOSICIÓN: En una reacción de descomposición, una sustancia sufre una reacción para producir dos o más sustancias. Muchos compuestos sufren reacciones de descomposición cuando son calentados. Por ejemplo, muchos carbonatos metálicos se descomponen para formar óxidos del metal correspondiente y bióxido de carbono. CaCO3(s) ---> CaO(s) + CO2 (g) c) Neutralización: En ella un ácido reacciona con una base para formar una sal y desprender agua. H2SO4 (ac) + 2NaOH(ac) → Na2SO4(ac) + 2H2O(l) d) Desplazamiento: Es una reacción en la cual los átomos de un elemento sustituyen o reemplazan los átomos de otro en un compuesto. A + BX= AX + B Ej. METAL + AGUA → HIDRÓXIDO + HIDRÓGENO El litio (un metal) desplaza 1 átomo de hidrógeno de la molécula de agua. 2 Li + 2 H2O → 2 LiOH + H2 METAL + ACIDO → SAL + HIDRÓGENO El litio (un metal) desplaza 1 átomo de hidrógeno de la molécula de ácido. 2 Li + 2 HCl2 → LiCl + H2 e) Intercambio o doble desplazamiento: Se realiza por intercambio de átomos entre las sustancias que se relacionan. K2S + MgSO4 → K2SO4 + MgS