Conceptos Fundamentales de Química: Materia, Leyes y Gases Ideales

La Materia: Composición y Estados Fundamentales

La materia está formada por partículas en continuo movimiento que poseen masa y ocupan un volumen en el espacio.

Estados de la Materia

La materia se encuentra principalmente en tres estados:

• Sólido
• Líquido
• Gaseoso

Química: La Ciencia de la Transformación

La Química es la ciencia que estudia la materia y las transformaciones mediante las cuales unas sustancias, llamadas reactivos o reaccionantes, se convierten en otras distintas, denominadas productos de reacción.

Mezclas: Combinaciones de Sustancias

Se entiende por mezcla a los sistemas de dos o más sustancias que pueden separarse por procedimientos físicos.

Tipos de Mezclas

• Mezclas Heterogéneas: Son aquellas en las que su composición y propiedades varían de un punto a otro, siendo posible distinguir sus componentes a simple vista o con ayuda de instrumentos.
• Mezclas Homogéneas: También conocidas como disoluciones, son aquellas en las que su composición y propiedades son uniformes en todos sus puntos, no siendo posible distinguir sus componentes.

Sustancias Puras: Composición Definida

Las sustancias puras son sistemas de una sola fase, de composición invariable y propiedades constantes.

Clasificación de Sustancias Puras

• Compuesto: Es una sustancia pura que puede descomponerse en otras más sencillas por procedimientos químicos.
• Elemento: Es una sustancia pura que no puede descomponerse en otras más sencillas por procedimientos químicos.

Leyes Fundamentales de la Química

Estas leyes describen el comportamiento de la materia en las reacciones químicas:

1. Ley de Conservación de la Masa (Lavoisier): En toda reacción química, la masa total de los reactivos es igual a la masa total de los productos de reacción. La masa no se crea ni se destruye, solo se transforma.
2. Ley de las Proporciones Definidas (Proust): Cuando dos elementos se combinan para formar un compuesto determinado, lo hacen siempre en una proporción de masas fija y definida.
3. Ley de las Proporciones Múltiples (Dalton): Cuando dos elementos reaccionan para dar lugar a más de un compuesto, una cantidad fija de uno de ellos reacciona con cantidades variables del otro, y estas cantidades variables están en una relación de números enteros sencillos.
4. Ley de los Volúmenes de Combinación (Gay-Lussac): Cuando tiene lugar una reacción entre sustancias en estado gaseoso, la relación entre los volúmenes de los reaccionantes y los productos, medidos en las mismas condiciones de presión y temperatura, son números enteros sencillos.

Teoría Atómica de Dalton: Pilares de la Química Moderna

La teoría atómica propuesta por John Dalton sentó las bases para la comprensión de la materia:

1. Los elementos están formados por átomos, partículas extremadamente pequeñas e indivisibles.
2. Los átomos de un mismo elemento son idénticos en masa y propiedades.
3. Los átomos de elementos diferentes tienen distinta masa y propiedades.
4. Los átomos reaccionan entre sí en proporciones de números enteros sencillos para formar compuestos (agregados llamados moléculas).

Unidades y Conceptos Clave en Química

• U.M.A. (Unidad de Masa Atómica): Es la masa de la doceava parte del isótopo de carbono-12.
• Masa Atómica: Es la masa de un átomo, expresada en U.M.A.
• Masa Molecular: Es la masa de una molécula, calculada como la suma de las masas atómicas de los átomos que la componen, y se mide en U.M.A.
• Mol de Átomo: Se define como la cantidad de un elemento en gramos que numéricamente es igual a su masa atómica, y que contiene 6.022 x 10²³ átomos de ese elemento (Número de Avogadro).
• Mol de Molécula: Se define como la cantidad de un compuesto en gramos que numéricamente es igual a su masa molecular, y que contiene 6.022 x 10²³ moléculas de dicho compuesto (Número de Avogadro).

Gases Ideales: Comportamiento y Ecuación

En el estudio de los gases, es fundamental considerar la cantidad de gas, la presión, el volumen y la temperatura del mismo.

Ecuación General de los Gases Ideales (Clapeyron)

Benoît Paul Émile Clapeyron descubrió que la presión (P), el volumen (V), la temperatura (T) y la cantidad de sustancia (n) de un gas estaban relacionadas mediante la ecuación:

P · V = n · R · T

En esta ecuación, conocida como la Ecuación de los Gases Ideales:

• P: Presión del gas.
• V: Volumen del gas.
• n: Cantidad de sustancia (moles).
• R: Constante universal de los gases ideales.
• T: Temperatura absoluta en Kelvin (K).

La temperatura en Kelvin se calcula como: K = T_(°C) + 273.15 (o 273 para cálculos aproximados).