Conceptos Esenciales de Química: Materia, Átomos, Disoluciones y Métodos de Separación

Conceptos Fundamentales de Química

1. Clasificación de la Materia

1.1. Sustancia Pura

Es aquella materia cuya composición no cambia, cualesquiera que sean las condiciones físicas en las que se encuentre. No se puede descomponer en otras sustancias más sencillas utilizando únicamente procedimientos físicos.

• Sustancias Simples: No se pueden descomponer en otras más simples por ningún procedimiento. Están formadas por un solo elemento químico.
• Sustancias Compuestas: Se pueden descomponer en otras más simples por medio de un proceso químico.

1.2. Mezcla

Es aquella materia que se puede separar mediante algún método físico.

• Mezcla Heterogénea: Los componentes se distinguen fácilmente a simple vista o con ayuda de un microscopio.
• Mezcla Homogénea (Disolución): Los componentes no se distinguen a simple vista, formando una fase única.

2. Componentes de una Disolución y Aleaciones

• Soluto (s): Es la sustancia que se disuelve y se encuentra en menor proporción.
• Disolvente (d): Es la sustancia en la que se disuelve el soluto y se encuentra en mayor proporción.
• Disolución (D): Es la mezcla homogénea resultante de la combinación del soluto y el disolvente.
• Aleación: Es un tipo particular de disolución en la que el soluto, el disolvente y la disolución son todos sólidos (ej. bronce, acero).

3. Cálculo de Concentraciones

Las concentraciones expresan la cantidad de soluto presente en una determinada cantidad de disolvente o disolución.

3.1. Porcentaje en Masa (% m/m)

Se utiliza cuando solo se indica '%' sin más especificaciones. Las cuentas se realizan con un solo decimal.

% m/m = (masa de soluto / masa total de disolución) × 100

% m/m = (g soluto / (g soluto + g disolvente)) × 100

3.2. Porcentaje en Volumen (% v/v)

% v/v = (volumen de soluto / volumen total de disolución) × 100

% v/v = (cm³ alcohol / cm³ total) × 100

% v/v = (cm³ soluto / (cm³ soluto + cm³ disolvente)) × 100

3.3. Concentración en Masa/Volumen (C m/v)

C m/v = masa de soluto / volumen de disolución

C m/v = g soluto / L disolución o kg soluto / m³ disolución

3.4. Interpretación de Datos de Porcentaje

Cuando se proporciona un porcentaje de concentración (ej. 0.35% m/m), se infieren tres datos clave (asumiendo una base de 100 unidades):

• Masa de soluto: 0.35 g
• Masa de disolvente: 99.65 g (ej. agua, si es una disolución acuosa)
• Masa total de disolución: 100 g

4. Modelos Atómicos y Teorías Fundamentales

4.1. Teoría Atómica de Dalton

La materia está formada por átomos. Los átomos de un mismo elemento químico son idénticos en masa y propiedades. Los compuestos se forman por combinaciones de átomos de diversos elementos en una proporción constante y sencilla.

4.2. Modelo Atómico de Thomson (Modelo del Pudín de Pasas)

Propuso que el átomo era una esfera uniforme de carga positiva, con electrones de carga negativa incrustados en ella, como pasas en un pudín. La carga negativa compensaba la positiva, haciendo que el átomo fuera eléctricamente neutro.

4.3. Modelo Atómico de Rutherford (Modelo Planetario)

Explicó que la mayor parte del átomo está vacía y los electrones giran alrededor de un núcleo central denso y cargado positivamente. La famosa experiencia de la lámina de oro demostró que la mayoría de las partículas alfa atravesaban la lámina sin desviarse (espacio vacío), mientras que algunas se desviaban o rebotaban (evidencia del núcleo pequeño y positivo).

4.4. Modelo Atómico de Bohr

Propuso que los electrones giran alrededor del núcleo en órbitas circulares específicas y cuantificadas, cada una con un nivel de energía definido. Los electrones pueden saltar entre estas órbitas absorbiendo o emitiendo energía.

5. Isótopos y Notación Atómica

5.1. Isótopos

Se denominan isótopos a los átomos de un mismo elemento que poseen el mismo número de protones (mismo número atómico Z) pero diferente número de neutrones (y, por tanto, diferente número másico A).

5.2. Componentes de la Notación Atómica

La notación atómica general se representa como ^AX^Q_Z, donde:

• A (Número Másico): Es la suma de protones y neutrones en el núcleo (nucleones). No debe confundirse con la masa atómica.
• Q (Carga Eléctrica): Indica la carga neta del átomo o ion. Se calcula como la diferencia entre el número de protones y el número de electrones (protones - electrones).
• Z (Número Atómico): Define el número de protones en el núcleo. Es característico de cada elemento y coincide con su posición en la tabla periódica.
• Número de Neutrones (n⁰): Se calcula restando el número atómico (Z) del número másico (A), es decir, n⁰ = A - Z.

5.3. Ejemplo de Notación Atómica

Para el ion ¹⁹O^2-₈:

• Z (Número Atómico): 8 (indica 8 protones)
• A (Número Másico): 19 (indica 19 nucleones)
• Q (Carga Eléctrica): -2 (indica que hay 2 electrones más que protones)
• Protones (p⁺): 8 (igual a Z)
• Electrones (e^-): 10 (8 protones - (-2 carga) = 10 electrones)
• Neutrones (n⁰): 11 (A - Z = 19 - 8 = 11)

6. Métodos de Separación de Mezclas

Diversas técnicas físicas permiten separar los componentes de una mezcla, aprovechando sus diferentes propiedades.

• Criba: Para separar dos sólidos de diferente tamaño de partícula.
• Filtración: Separa un sólido insoluble de un líquido.
• Cristalización: Separa un sólido disuelto en un líquido, obteniendo el sólido en forma de cristales.
• Separación Magnética: Se utiliza cuando uno de los componentes de la mezcla es un material ferromagnético.
• Decantación: Separa dos líquidos inmiscibles (que no se mezclan) con diferente densidad, o un sólido insoluble de un líquido.
• Destilación: Separa un líquido de un sólido disuelto en él, o dos líquidos miscibles con puntos de ebullición diferentes.
• Cromatografía: Separa los distintos componentes de una mezcla (generalmente homogénea) aprovechando su diferente afinidad por una fase estacionaria y una fase móvil.