Fundamentos de Química: Materia, Átomos y Reacciones

La materia en la naturaleza

1. Sustancias puras vs. Mezclas

• Sustancias puras: Formadas por un solo componente. No se pueden separar físicamente. Ejemplos: Oro, oxígeno, agua destilada.
• Mezclas: Unión de varias sustancias puras. Se separan físicamente. Ejemplos: Agua de mar, aire, batido de chocolate.

2. Mezcla homogénea vs. Heterogénea

• Homogénea: No se distinguen los componentes a simple vista (ej: agua con sal, aire, acero).
• Heterogénea: Se distinguen los componentes a simple vista (ej: ensalada, granito, agua con aceite).

3. Componentes de una disolución

• Soluto: Sustancia que se disuelve (menor cantidad).
• Disolvente: Sustancia que disuelve al soluto (mayor cantidad).

4. Mezclas y coloides

• Heterogénea: Partículas grandes visibles (ej: arena en agua).
• Coloide: Partículas intermedias, parecen homogéneas pero dispersan la luz (ej: leche, niebla, espuma de afeitar).
• Homogénea (Disolución): Partículas microscópicas, totalmente uniformes (ej: vino, refresco, bronce).

5. Métodos de separación

• Filtración, decantación, imantación, cristalización y destilación.

6. Ejercicios prácticos

• Problema Nitrato de Potasio: Datos: masa soluto = 30 g; volumen = 250 ml = 0,25 L. C = masa soluto / volumen disolución. C = 30 g / 0,25 L = 120 g/L.
• Problema Aleación: Masa total = 25 g (oro) + 5 g (plata) = 30 g.
  • % Oro: (25/30) × 100 = 83,33%
  • % Plata: (5/30) × 100 = 16,66%
• Métodos específicos:
  • Hierro y serrín: Imantación.
  • Aceite y agua: Decantación.
  • Sal y agua: Evaporación o cristalización.

El átomo y el sistema periódico

1. El átomo

• Toda la materia está hecha de átomos.
• Protones (p+): Carga positiva, en el núcleo.
• Neutrones (n): Sin carga, en el núcleo. Da estabilidad.
• Electrones (e−): Carga negativa, en la corteza.

2. Z y A

• Número atómico (Z): Número de protones. Define al elemento.
• Número másico (A): Suma de protones + neutrones.

3. Isótopos e Iones

• Isótopos: Átomos de un mismo elemento (igual Z) pero con distinto número de neutrones (distinto A).
• Iones:
  • Positivo (Catión): El átomo ha perdido electrones.
  • Negativo (Anión): El átomo ha ganado electrones.

4. Sustancia simple vs. Compuesto

• Simple: Formada por átomos iguales (ej: O₂, Fe, H₂). Se agrupan en moléculas o cristales.
• Compuesto: Átomos de distintos elementos (ej: H₂O, CO₂, NaCl). Se agrupan en moléculas o redes iónicas.

5. Estructura atómica y clasificación

• Ejemplos de átomos:
  • ¹⁰₂₀Ne: 10p, 10n, 10e.
  • ¹⁷₃₅Cl: 17p, 18n, 17e.
  • ¹¹₂₃Na: 11p, 12n, 11e.
• Ejercicio Ion (34p, 36e, 44n): Carga iónica -2; número atómico 34; número másico 78.
• Clasificación:
  • Simples: Br₂, P₄, O₃.
  • Compuestos: HNO₃, H₂SO₄, H₂S.

6. Tabla periódica

• Criterio: Ordenados por número atómico (Z) creciente.
• Grupos: 18 columnas verticales.
• Periodos: 7 filas horizontales.
• Ubicación: Metales a la izquierda/centro; no metales a la derecha.

Los cambios químicos

1. Cambio físico vs. Químico

• Físico: No cambia la sustancia (ej: romper un cristal, evaporar agua, estirar un muelle).
• Químico: Cambia la sustancia (ej: quemar papel, oxidar un clavo, digestión).

2. Reacción química

Proceso donde unas sustancias (reactivos) se transforman en otras nuevas (productos).

3. Leyes y ajuste de reacciones

• Ley de Lavoisier: La masa total de reactivos es igual a la masa total de productos.
• Ajuste de reacciones:
  • H₂ + Br₂ → 2HBr
  • 2N₂ + 5O₂ → 2N₂O₅
  • 4Na + O₂ → 2Na₂O
  • 2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂
• Problema Hidrógeno y Oxígeno:
  • a) 2H₂ + O₂ → 2H₂O
  • b) Por la ley de Lavoisier: 2 g + 16 g = 18 g de agua.
  • c) Si usamos 12 g de H₂ (6 veces más): Oxígeno = 96 g de O₂; Agua = 108 g.