Fundamentos de Química: Estructura Atómica, Mezclas y Métodos de Separación

Elementos Químicos y Grupos Principales

A continuación, se presenta una lista de elementos químicos clasificados por sus grupos principales en la tabla periódica:

• Grupo 1 (Alcalinos): H (Hidrógeno), Li (Litio), Na (Sodio), K (Potasio), Rb (Rubidio), Cs (Cesio), Fr (Francio)
• Grupo 2 (Alcalinotérreos): Be (Berilio), Mg (Magnesio), Ca (Calcio), Sr (Estroncio), Ba (Bario), Ra (Radio)
• Grupo 13 (Térreos): B (Boro)

Conceptos Fundamentales del Átomo y la Materia

La Materia y sus Constituyentes

La materia está formada por átomos, que históricamente se consideraban indivisibles e invariables. Átomos iguales forman elementos.

Electrización

La electrización puede ocurrir por frotamiento, contacto o por inducción.

Estructura Atómica

El átomo contiene partículas subatómicas. Algunas de estas partículas tienen carga eléctrica negativa y masa, como los electrones. El resto del átomo posee la mayor parte de la masa y tiene carga positiva. El átomo es eléctricamente neutro, lo que implica que el número de cargas eléctricas negativas es igual que el número de cargas positivas, ya que el valor absoluto de la carga del electrón y del protón es el mismo.

Iones

Un ion es un átomo que ha ganado o perdido uno o más electrones.

Notación y Conceptos de Isótopos

La notación para un isótopo se representa como ^A_ZX, donde:

• A = Número Másico (suma de protones y neutrones)
• Z = Número Atómico (número de protones)
• X = Símbolo del Elemento

Los isótopos son átomos de un mismo elemento que tienen el mismo número atómico (Z), pero distinto número másico (A) (es decir, distinto número de neutrones).

Masa Atómica

La masa de un átomo, medida por comparación con la del átomo de carbono-12, se llama masa atómica.

La masa atómica promedio de un elemento es la suma ponderada de las masas de sus isótopos, calculada mediante la siguiente fórmula:

Masa Atómica Promedio = (m₁ · %₁ / 100) + (m₂ · %₂ / 100) + ...

Modelos Atómicos Históricos

• Modelo de Thomson: El átomo es una esfera maciza y positiva en la que se encuentran incrustados los electrones.
• Modelo de Rutherford: El átomo constituye un espacio fundamentalmente vacío ocupado por los electrones que giran alrededor de un núcleo muy denso.

Sistemas Materiales y Mezclas

Definición de Sistema Material

Un sistema material es una porción de materia que se separa para realizar su estudio experimental.

Mezclas Heterogéneas

Una mezcla heterogénea es un sistema material heterogéneo cuyos componentes se distinguen a simple vista. La proporción en la que se encuentran las diversas sustancias que forman parte de una mezcla heterogénea es variable. Cada componente conserva sus propiedades características.

Métodos de Separación de Mezclas Heterogéneas

Se pueden separar mediante:

• Filtración: Se filtra el líquido por un filtro y lo separa del sólido insoluble.
• Decantación: Para dos líquidos inmiscibles, se vierte en un embudo de decantación, se deja reposar para que se separen bien, se abre la llave y el líquido más denso pasa primero. Cuando ha pasado, se cierra la llave para que el otro no pase.
• Separación Magnética: Para separar sustancias sólidas magnéticas de otras que no lo son (ejemplo: hierro y sal).

Disoluciones (Mezclas Homogéneas)

Una disolución es una mezcla homogénea y uniforme formada por dos o más sustancias puras en proporción variable. Una disolución se compone de un soluto y un disolvente.

Concentración de Disoluciones

La concentración de una disolución es la cantidad de soluto que hay disuelta en una cantidad de disolvente o de disolución.

Fórmulas comunes de concentración:

• % en Volumen de Soluto: (Volumen de soluto / Volumen de disolución) · 100
• % en Masa de Soluto: (Masa de soluto (g) / Masa de disolución (g)) · 100
• Concentración en Masa: Masa de soluto / Volumen de disolución

Métodos de Separación de Disoluciones

Para separar disoluciones se emplean métodos como:

• Cristalización: Proceso inverso a la disolución.
• Extracción
• Destilación Simple: Se emplea para separar líquidos de una disolución en función de sus puntos de ebullición.