Fundamentos Esenciales de la Química: Historia, Materia y Enlaces Atómicos

Introducción a la Química Fundamental

La etimología de la palabra Química proviene de: Al (Persona) y Chymia (Mezcla de cosas).

La química comenzó con procesos cotidianos como la cocina (un proceso químico) y la creación de aleaciones (uso del fuego y metales).

Historia y Filosofía Antigua

Los griegos pensaban que estábamos hechos de elementos fundamentales:

Teorías Elementales Griegas

• Agua: Propuesta por Tales de Mileto (Colofón). Representaba lo húmedo y lo seco.
• Aire: Propuesta por Anaxímenes. Asociado al Pneuma (aliento o espíritu vital). (Referencia histórica: 3709 a.C. La neumonía afecta a los pulmones).

Los Cuatro Elementos y el Átomo

Aristóteles propuso los Cuatro Elementos: fuego, aire, agua y tierra.

Sus alumnos, Demócrito y Leucipo, propusieron la idea de que debía existir un punto de corte, una partícula indivisible, a la que llamaron Átomo (del griego a-tomo, sin corte).

La Era de la Alquimia

Aproximadamente en 1300 d.C., los Alquimistas, como Nicolas Home, buscaban la Transmutación (transformar cualquier cosa) utilizando la mítica Piedra Filosofal.

En 1493 d.C., Paracelso (Theophrastus von Hohenheim) descubrió y utilizó el Arsénico, conocido históricamente como el veneno de los reyes, en tratamientos médicos.

Conceptos Fundamentales de la Materia

Definición y Propiedades de la Materia

La Materia es todo aquello que posee masa y volumen. Se describe mediante propiedades intensivas y extensivas.

Propiedades Extensivas

Son aquellas propiedades apreciables y medibles que dependen de la cantidad de materia:

• Masa
• Volumen
• Dimensiones

Propiedades Intensivas

Son aquellas propiedades no apreciables (a simple vista) pero medibles, que no dependen de la cantidad de materia:

• Temperatura
• Densidad
• Olor
• Composición

Estados de Agregación

Los principales estados de agregación de la materia son: Sólido, Líquido, Gaseoso y Plasma.

Tipos de Elementos

Metales

1. Poseen baja electronegatividad.
2. Son donadores de electrones.
3. Son buenos conductores de calor y electricidad.

No Metales

1. Tienden a robar electrones (alta electronegatividad).
2. Son malos conductores de electricidad.
3. Poseen alta electronegatividad.

Metaloides

1. Son semiconductores.
2. Poseen conductividad electrónica variable.
3. Poseen electronegatividad variable.
4. Presentan brillo y dureza.
5. Algunos son tóxicos.

Enlaces Químicos

Enlaces Covalentes

Se caracterizan por el compartimiento de electrones. Son enlaces generalmente difíciles de romper.

Polaridad

Existe una diferencia de electronegatividad significativa entre los dos elementos, resultando en una distribución de carga desigual (polos positivo y negativo: $\delta+$ y $\delta-$).

No Polaridad

Ambas cargas electronegativas son iguales, resultando en una distribución de carga simétrica.

Enlaces No Covalentes

Son aquellos donde no se comparte un par de electrones.

Enlace Iónico

Implica la transferencia de electrones. Tienen puntos de fusión y ebullición elevados y son muy fuertes.

Enlace Metálico

Se caracterizan por ser buenos conductores de calor y electricidad. Son sólidos y altamente maleables.

Tipos de Soluciones Químicas

Componentes de una Solución

• Soluto: Elemento o molécula que se va a agregar al solvente.
• Solvente: Es una matriz orgánica o acuosa que sirve para disolver el soluto.

Clasificación de Soluciones

Soluciones Heterogéneas

Son aquellas donde los componentes se pueden apreciar organolépticamente (a simple vista).

• No polar - Polar
• Polar - No polar

Concentraciones (Aplicables a Soluciones)

• Diluida
• Concentrada
• Saturada
• Sobresaturada

Soluciones Homogéneas

Son aquellas donde los componentes no se pueden apreciar individualmente.

• Polar - Polar
• No polar - No polar

Tipos de Dispersiones Homogéneas

• Emulsiones
• Coloides

Modelos Atómicos

Los modelos atómicos describen la estructura interna del átomo, compuesta por el Electrón, el Núcleo y los Orbitales.

Modelo Atómico de Dalton (6 Postulados)

1. La materia está compuesta por partículas extremadamente pequeñas llamadas átomos.
2. Los átomos de un elemento son idénticos entre sí.
3. Los átomos de diferentes elementos son diferentes.
4. Los átomos no se pueden crear ni destruir (Ley de Conservación de la Masa).
5. Los compuestos químicos están formados por átomos de diferentes elementos en proporciones fijas.
6. Este modelo explica la Ley de las Proporciones Definidas.

Modelo Atómico de Thomson

Conocido como el modelo del "Pastel o Pudín de Pasas".

Thomson demostró que las cargas opuestas se atraen (Sí: $(+)+(-)$ y $(-)+(+)$) y las cargas iguales se repelen (No: $(+)+(+)$ y $(-)+(-)$).

Utilizó un tubo de vidrio capturador de energía (tubo de rayos catódicos), donde el Cátodo es negativo $(-)$ y el Ánodo es positivo $(+)$, generando una señal.

El problema de su modelo era que, al postular que la carga positiva compensaba la carga negativa de los electrones, el átomo se neutralizaba, sin explicar la estabilidad de la estructura.