Fundamentos de Química: Mezclas, Soluciones y Estructura Atómica

Conceptos Fundamentales de Química: Mezclas y Sustancias

Tipos de Mezclas y Sustancias Puras

• Mezcla Heterogénea: Es la unión de dos o más sustancias que no presentan un aspecto uniforme, permitiendo distinguir sus componentes a simple vista o con ayuda de instrumentos.
• Mezcla Homogénea (Disolución): Es la unión de dos o más sustancias que presentan un aspecto uniforme, donde sus componentes no pueden distinguirse a simple vista.
• Sustancias Puras: Están formadas por un solo componente y poseen propiedades físicas y químicas definidas y constantes.
• Sustancia Simple: Una sustancia pura formada por uno o más átomos del mismo elemento químico.
• Compuesto Químico: Una sustancia pura formada por dos o más elementos químicos diferentes, unidos en proporciones fijas.

Disoluciones: Componentes y Clasificación

• Disolución: Una mezcla homogénea y uniforme formada por varias sustancias puras.
• Disolvente: La sustancia componente de una disolución que se encuentra en mayor proporción y disuelve al soluto.
• Soluto: La sustancia que se disuelve en el disolvente, presente en menor proporción.

Clasificación de Disoluciones según la Cantidad de Soluto

• Diluida: Contiene una pequeña cantidad de soluto en relación con la cantidad de disolvente.
• Concentrada: Contiene una mayor cantidad de soluto en relación con la cantidad de disolvente, pero aún puede disolver más.
• Saturada: Contiene la máxima cantidad de soluto que el disolvente puede contener a una temperatura y presión dadas.
• Sobresaturada: Contiene una cantidad de soluto mayor de la que le corresponde a la temperatura y presión dadas, siendo una condición inestable.

Concentración de Disoluciones

• Concentración (g/g): Gramos de soluto por gramos de disolvente (o disolución).
• Porcentaje en Masa (% m/m): (Gramos de soluto / Gramos de disolución) x 100.
• Porcentaje en Volumen (% v/v): (Litros de soluto / Litros de disolución) x 100.
• Concentración en Masa (g/L): Gramos de soluto / Litros de disolución.

Solubilidad y Ósmosis

• Solubilidad: Es la máxima cantidad de soluto que puede disolverse en una determinada cantidad de disolvente a una temperatura y presión fijas.
• La solubilidad de un gas en un líquido disminuye a medida que aumenta la temperatura y la presión.
• Ósmosis: Es el paso del disolvente de una disolución menos concentrada a otra más concentrada, a través de una membrana semipermeable.

Métodos de Separación de Mezclas

Los métodos de separación permiten aislar los componentes de una mezcla sin alterar su composición química.

• Tamizado: Utilizado para separar sólidos con distinto tamaño de partícula.
• Decantación: Empleado para separar líquidos inmiscibles (que no se mezclan) o un sólido de un líquido cuando el sólido es más denso y se asienta.
• Sedimentación: Proceso por el cual las partículas sólidas en suspensión en un líquido se asientan en el fondo debido a la gravedad.
• Filtración: Método para separar mezclas de sólidos insolubles en líquidos, utilizando un medio poroso que retiene el sólido.
• Destilación: Separación de líquidos con diferentes puntos de ebullición o un sólido disuelto en un líquido, mediante la evaporación y posterior condensación.
• Evaporación: Separación de un sólido disuelto en un líquido, donde el disolvente se convierte en vapor, dejando el sólido.
• Cristalización: Proceso de separación de un sólido disuelto en un líquido, donde el sólido forma cristales puros al enfriar o evaporar el disolvente.
• Extracción: Separación de un componente de una mezcla basándose en su diferente solubilidad en dos disolventes inmiscibles.
• Cromatografía: Técnica que separa los componentes de una mezcla al hacerlos pasar a través de un material poroso (fase estacionaria) con la ayuda de un disolvente (fase móvil).

Estructura Atómica y Modelos

Teoría Atómica de Dalton

En el siglo XIX, el químico inglés John Dalton, retomando las ideas de Leucipo y Demócrito, enunció la Teoría Atómica. Esta teoría afirma que los elementos químicos están formados por partículas muy pequeñas e indivisibles llamadas átomos. Los átomos de un mismo elemento son idénticos en todas sus propiedades, mientras que los átomos de elementos diferentes poseen propiedades distintas. Además, los átomos se unen entre sí en proporciones fijas y sencillas para formar compuestos químicos.

Conceptos Fundamentales de la Estructura Atómica

• La unidad de carga eléctrica en el Sistema Internacional (SI) se llama culombio, con símbolo C.
• Primera Aproximación a la Estructura del Átomo (Contradicciones a Dalton):
  • El átomo no es indivisible.
  • Los electrones son partículas subatómicas de carga negativa y masa muy pequeña.
  • La mayor parte de la masa del átomo posee carga positiva, concentrada en los protones.
  • El número de cargas positivas (protones) y negativas (electrones) es el mismo en un átomo neutro.
• Ion: Un átomo o grupo de átomos que ha ganado o perdido uno o más electrones, adquiriendo así una carga eléctrica neta.
  • Catión: Un ion con carga positiva, formado cuando un átomo pierde electrones.
  • Anión: Un ion con carga negativa, formado cuando un átomo gana electrones.

Modelos Atómicos Clave

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

J.J. Thomson imaginó el átomo como una pequeña esfera uniforme de materia cargada positivamente, en la que estaban incrustados los electrones (como pasas en un pudín) en un número tal que el conjunto era eléctricamente neutro.

Radiactividad

La radiactividad es el proceso por el cual núcleos atómicos inestables pierden energía emitiendo radiación. Se distinguen tres tipos principales de radiación:

• Radiación Alfa (α): Son partículas positivas de gran masa (núcleos de helio) con poco poder de penetración.
• Radiación Beta (β): Son partículas de carga negativa (electrones de alta energía) con masa casi despreciable y mayor poder de penetración que las alfa.
• Radiación Gamma (γ): Es una forma de radiación electromagnética de alta energía, similar a la luz pero con mucho mayor poder de penetración.

Modelo Atómico de Rutherford (Modelo Planetario)

Ernest Rutherford, basándose en su experimento de la lámina de oro, propuso un modelo atómico revolucionario:

• Una pequeña zona interior con mucha masa y carga positiva, a la que llamó núcleo, donde se encuentran los protones.
• Una corteza exterior con electrones, que se encontrarían a gran distancia del núcleo, haciendo que el átomo sea prácticamente hueco.
• Los electrones giran alrededor del núcleo a gran velocidad, de manera similar a los planetas alrededor del sol.

Rutherford supuso entonces que en el núcleo debían existir otras partículas de masa similar a los protones, pero neutras. En 1932, James Chadwick logró identificar esta partícula neutra con masa parecida a la del protón, a la que llamó neutrón, completando así la comprensión de la composición del núcleo atómico.