Fundamentos de Química y Física: Materia, Mezclas y Estructura Atómica

Clasificación de la Materia: Sustancias Puras y Mezclas

La materia se clasifica según su composición y la posibilidad de separar sus componentes.

Sustancias Puras

Una sustancia pura es aquella materia cuya composición no cambia, cualesquiera que sean las condiciones físicas en las que se encuentre. Una sustancia pura no se puede descomponer en otras sustancias más sencillas utilizando solamente procedimientos físicos.

• Sustancias Simples: Son sustancias que no se pueden descomponer en otras más simples por ningún procedimiento.
• Compuestos: Son sustancias puras que sí se pueden descomponer en otras más simples por medio de un proceso químico.

Mezclas

Una mezcla es aquella materia que resulta de la combinación de varias sustancias que se pueden separar utilizando procedimientos físicos.

Tipos de Mezclas

• Mezcla Heterogénea: Es una mezcla en la que es posible distinguir sus componentes por procedimientos ópticos.
• Mezcla Homogénea o Disolución: Es una mezcla en la que no es posible distinguir sus componentes por procedimientos ópticos convencionales.
• Coloide: Es una mezcla heterogénea y dispersa la luz (Efecto Tyndall).
• Emulsión: En una emulsión, las partículas que están en menor proporción se mantienen dispersas gracias a una tercera sustancia llamada emulsionante.

Métodos de Separación de Mezclas

Diversos procedimientos físicos permiten separar los componentes de una mezcla.

• Criba: Idóneo para separar mezclas sólidas, en las que uno de los componentes es mayor que otro en tamaño.
• Filtración: Este procedimiento está indicado para separar un sólido insoluble del líquido con el que está en contacto (ej. arena-agua).
• Cristalización: Procedimiento adecuado para separar un sólido disuelto en un líquido (se utiliza para obtener sal del agua de mar).
• Separación Magnética: Procedimiento indicado cuando uno de los componentes de la mezcla es un metal ferromagnético, que se separa del resto con un imán.
• Decantación: Procedimiento adecuado para separar dos líquidos inmiscibles (que no se pueden mezclar) con distinta densidad.
• Destilación: Procedimiento indicado para separar dos líquidos miscibles (que se pueden mezclar) que hierven a temperaturas muy distintas o también un líquido que tiene un sólido disuelto.

Conceptos Fundamentales de Disoluciones

Las disoluciones son mezclas homogéneas con propiedades específicas.

Definición de Disolución

Una disolución es una mezcla homogénea de dos o más componentes y no dispersa la luz. En una disolución, el disolvente es el componente que está en mayor proporción y el soluto es el componente (o componentes) que está en menor proporción.

Cálculo de Concentración

• Porcentaje en Masa: % en masa de soluto = (Masa de soluto / Masa de disolución) * 100.

Solubilidad y Tipos de Disoluciones

Se llama solubilidad de una sustancia a la cantidad máxima de soluto que se puede disolver en un disolvente determinado.

• Disolución Diluida: Es aquella en la que hay poco soluto con relación al disolvente.
• Disolución Concentrada: Es aquella en la que hay mucho soluto con relación al disolvente.
• Disolución Saturada: Es aquella que ya no admite más cantidad de soluto.

Estructura Atómica y Modelos Cuánticos

La comprensión de la materia ha evolucionado a través de diferentes modelos atómicos, desde las ideas iniciales hasta la mecánica cuántica.

Interacciones Eléctricas

Cuando dos cuerpos con electricidad del mismo signo se repelen, y cuando se acercan dos cuerpos con electricidad de distinto signo, se atraen.

Teoría Atómica de Dalton

La materia está formada por átomos, que son partículas indivisibles e indestructibles. Todos los átomos de un mismo elemento químico son iguales en masa y en propiedades. Los compuestos se forman por combinaciones de átomos de diversos elementos en una proporción constante.

Modelo Atómico de Thomson

Según Thomson, el átomo debía ser como una gran masa de carga positiva, e insertados en ella, debían estar los electrones. La carga negativa de los electrones compensaba la carga positiva, para que el átomo fuera neutro.

Experimento de la Lámina de Oro (Rutherford)

Resultados:

• La mayoría de las partículas alfa procedentes del mineral de uranio atravesaban la lámina de oro sin desviarse.
• Una pequeña proporción de partículas atravesaba la lámina, pero sufrían una leve desviación.
• Una de cada 10.000 partículas alfa rebotaba hacia atrás al llegar a la lámina.

Modelo Atómico de Rutherford

El átomo está formado por un núcleo muy pequeño y una corteza. En el núcleo está concentrada toda su carga positiva y casi toda su masa; en la corteza están los electrones girando alrededor del núcleo.

Modelo de Bohr

Los electrones giran alrededor del núcleo describiendo solo determinadas órbitas circulares.

Modelo Atómico Actual

La diferencia más importante del modelo atómico actual con el del átomo de Bohr es que se sustituye la idea de que el electrón se sitúa en determinadas capas o niveles de energía por la probabilidad de encontrar al electrón en una cierta región del espacio: el orbital. Un orbital es una región del espacio en la que existe una probabilidad máxima de encontrar al electrón.