Fundamentos de Química: Hidrocarburos, Átomos y Conceptos Esenciales

Este documento explora los principios básicos de la química, desde la clasificación de los hidrocarburos hasta los modelos atómicos fundamentales y conceptos clave.

Hidrocarburos: Clasificación y Nomenclatura Básica

Los hidrocarburos son compuestos orgánicos formados únicamente por átomos de carbono e hidrógeno. Se clasifican principalmente en alcanos, alquenos y alquinos, según el tipo de enlaces entre sus átomos de carbono.

Alcanos: Enlace Simple Carbono-Carbono (C-C)

Los alcanos son hidrocarburos saturados que contienen solo enlaces simples carbono-carbono. Su fórmula general es C_nH_2n+2.

Alquenos: Enlace Doble Carbono-Carbono (C=C)

Los alquenos son hidrocarburos insaturados que contienen al menos un enlace doble carbono-carbono. Su fórmula general es C_nH_2n.

Alquinos: Enlace Triple Carbono-Carbono (C≡C)

Los alquinos son hidrocarburos insaturados que contienen al menos un enlace triple carbono-carbono. Su fórmula general es C_nH_2n-2.

Tabla de Prefijos y Nomenclatura de Hidrocarburos

La siguiente tabla muestra los prefijos utilizados para nombrar hidrocarburos según el número de átomos de carbono, y ejemplos para alcanos, alquenos y alquinos.

Modelos Atómicos y Conceptos Fundamentales de la Química

Elemento

Un elemento es una sustancia pura formada por un solo tipo de átomos.

Diferencia entre Elemento y Compuesto

Un elemento está formado por un solo tipo de átomos, mientras que un compuesto está formado por dos o más tipos de átomos unidos químicamente en proporciones fijas.

Distinción entre Compuesto y Mezcla

Una mezcla puede separarse en sus componentes por métodos físicos, ya que sus sustancias mantienen sus propiedades individuales. En cambio, un compuesto no puede separarse fácilmente por métodos físicos, pues requiere una intervención química para romper sus enlaces y alterar su composición.

Disolución o Solución

Una disolución (o solución) es una mezcla homogénea de dos o más sustancias, donde una (el soluto) se dispersa uniformemente en otra (el disolvente).

Primeras Ideas sobre el Átomo: Demócrito y Leucipo

El primer concepto de átomo fue formulado por Demócrito y Leucipo en el siglo V a.C. Fue Demócrito quien acuñó el término "átomo" (del griego átomos, que significa "indivisible").

Aristóteles y la Teoría de los Cuatro Elementos

Aristóteles planteó la teoría de los cuatro elementos, según la cual toda la materia estaba formada por: agua, tierra, fuego y aire. Esta teoría prevaleció durante muchos siglos.

Modelo Atómico de Dalton (Principios del Siglo XIX)

John Dalton propuso el primer modelo atómico con base científica, estableciendo los siguientes postulados:

1. Toda materia está compuesta por partículas extremadamente pequeñas e indivisibles llamadas átomos.
2. Los átomos de un mismo elemento son idénticos entre sí en masa y propiedades químicas. Los átomos de diferentes elementos son distintos.
3. Los átomos de diferentes elementos se combinan en proporciones de números enteros sencillos para formar compuestos.
4. Los compuestos se forman por la unión de dos o más elementos en una relación de números enteros sencillos.
5. Una reacción química es una combinación, separación o reordenamiento de átomos, pero los átomos no se crean ni se destruyen en el proceso.

Isótopos

Los isótopos son átomos de un mismo elemento que tienen el mismo número de protones (y por lo tanto el mismo número atómico), pero diferente número de neutrones. Esto resulta en una masa atómica diferente para cada isótopo del mismo elemento.

Una reacción química es una combinación, separación o reordenamiento de átomos.

Unidad de Masa Atómica (UMA)

La Unidad de Masa Atómica (UMA) se utiliza para expresar las masas de los átomos, ya que estas son extremadamente pequeñas y resulta impráctico expresarlas directamente en gramos. Una UMA se define como 1/12 de la masa de un átomo de carbono-12.

Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC)

La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) es una organización internacional que establece y estandariza la nomenclatura química, la terminología, los símbolos y las unidades en química, facilitando la comunicación científica global.

Masa Atómica Relativa

La masa atómica relativa de un elemento es un número adimensional que indica cuántas veces es mayor la masa promedio de un átomo de ese elemento que la unidad de masa atómica (UMA). Se simboliza comúnmente como Ar.

Masa Molecular Relativa

La masa molecular relativa indica cuántas veces la masa de una molécula es mayor que la unidad de masa atómica (UMA). Se calcula sumando las masas atómicas relativas de todos los átomos presentes en la molécula. Se simboliza comúnmente como Mr.

El Mol y el Número de Avogadro

Debido a la existencia de los isótopos, los átomos poseen masas que varían ligeramente, y sus masas atómicas relativas son valores promedio. Además, un átomo es tan pequeño que es imposible de manipular individualmente en el laboratorio. Para trabajar con cantidades macroscópicas de sustancias, se utiliza el concepto de mol.

Los valores numéricos de la masa relativa de un elemento o compuesto representan la masa que corresponde a 6,022 x 10²³ partículas. Esta cantidad fundamental recibe el nombre de Número de Avogadro (N_A).

El mol, unidad básica del Sistema Internacional de Unidades (SI), está definido como la cantidad de una sustancia que contiene exactamente 6,022 x 10²³ entidades elementales (átomos, moléculas, iones, etc.).

Así, un mol de moléculas contendrá 6,022 x 10²³ moléculas; un mol de átomos poseerá 6,022 x 10²³ átomos; y, de manera análoga, un mol de zapatos contendría 6,022 x 10²³ zapatos.

Modelo Atómico de Thomson (Modelo del "Budín de Pasas")

El modelo de Thomson, propuesto en 1904, también conocido como el "budín de pasas", postulaba que el átomo estaba formado por una esfera de carga eléctrica positiva distribuida uniformemente, dentro de la cual se encontraban incrustados los electrones, con carga negativa. Según Thomson, el átomo era eléctricamente neutro en su conjunto.

Modelo Atómico de Rutherford (Modelo Planetario)

El modelo de Rutherford, desarrollado en 1911 a partir de su experimento de la lámina de oro, es conocido como el "modelo planetario". Sus principales postulados fueron:

• El átomo posee un núcleo central muy pequeño y denso, de naturaleza eléctrica positiva, donde se concentra casi toda la masa del átomo.
• Los electrones, con carga negativa, giran indefinidamente alrededor del núcleo en órbitas circulares, de manera similar a los planetas alrededor del sol.
• La mayor parte del átomo es espacio vacío.