Introducción a la Química: Elementos, Compuestos, Mezclas y Reacciones

Introducción a la Química

Elementos y Compuestos

Un elemento es una sustancia que no se puede separar o descomponer en otras más simples (oxígeno, carbono, oro). Un compuesto es una sustancia formada por átomos de 2 o más elementos unidos químicamente en proporciones fijas y definidas (agua, cloruro de sodio).

Mezclas

Las mezclas son una combinación de 2 o más sustancias puras cuyas partes individuales se presentan en composición variable y conservan sus distintas propiedades (plástico, granito, leche, piedras, cemento, aceite).

Tipos de Mezclas

• Mezclas heterogéneas: Aquellas mezclas en las que sus componentes se pueden diferenciar a simple vista.
• Mezclas homogéneas: Aquellas mezclas cuyos componentes no se pueden diferenciar a simple vista. Las mezclas homogéneas de líquidos se conocen con el nombre de disoluciones y están constituidas por un soluto y un disolvente.

Técnicas de Separación de Mezclas

• Filtración: Esta técnica permite la separación de aquellas mezclas que están compuestas por líquidos y sólidos no solubles, es decir que los sólidos no se disuelven en el líquido.
• Decantación: Decantar es dejar reposar la mezcla. Esta técnica sirve para la separación de líquidos que tienen diferentes densidades y no son solubles entre sí.
• Destilación: Es útil para la separación de líquidos que son solubles entre sí.

Diferencias entre Compuestos y Mezclas

• Compuesto: Se forma por 2 o más elementos, sus elementos no conservan sus propiedades.
• Mezcla: Se forma por 2 o más compuestos, sus componentes conservan sus propiedades.

Ejemplo: Separación de Tinta

Medios absorbentes de la tinta: Tiza, arena, papel filtro. En este caso, se utiliza papel filtro y tinta Parker, empleando el agua como solvente para separar los componentes de esta mezcla.

Ejemplo: Separación de Arena y Sal

Materiales: Arena, sal, embudo, recipiente refractario, agitador.

Procedimiento:

1. Coloque una cucharadita de sal con una cucharadita de arena en un recipiente.
2. Añada aprox. 25 ml de agua y agite la mezcla durante unos minutos.
3. Haga pasar con cuidado la mezcla a través de un papel filtro colocado en el embudo.
4. Recolecte la disolución de sal en un evaporador o en un recipiente que se pueda calentar.
5. En el filtro se queda la arena como residuo, que puede lavar con agua para obtener arena pura.
6. Caliente el filtrado para obtener sal después de que se evapore toda el agua.

Otros Métodos de Separación

• Cristalización: Es un proceso químico por el cual a partir de un gas, un líquido o una disolución, los iones, átomos o moléculas establecen enlaces hasta formar una red cristalina, la unidad básica de un cristal.
• Cromatografía: Es un método físico de separación para la caracterización de mezclas complejas, la cual tiene aplicación en todas las ramas de la ciencia.

Reacciones Químicas

Las reacciones químicas son procesos de transformación de sustancias de acuerdo con ciertas condiciones, mediante la combinación y reagrupamiento de los átomos en un nuevo enlace químico que alteran la configuración electrónica de los átomos para formar nuevas moléculas.

En una reacción química, las sustancias que se combinan se llaman reactivos y las sustancias finales son los productos.

Estados de la Materia

• Sólido: Tiene una forma definida, como la madera y el cobre. Sus moléculas no cambian de posición.
• Líquido: No tiene una forma definida, como el agua y el aceite. Sus moléculas pueden cambiar de posición.
• Gaseoso: No tiene una forma definida, como el aire y el vapor de agua. Sus moléculas cambian libremente de posición.

Conceptos Clave en Reacciones Químicas

• Ecuación iónica: Es aquella en la que se muestran las cargas formales de cada elemento que participa en la reacción.
• Catalizador: Es una sustancia que ayuda a acelerar una reacción sin formar parte de ella.
• Inhibidor: Es una sustancia que evita que se lleve a cabo una reacción química.

Tipos de Reacciones Químicas

• Reacción de combinación: Es un proceso elemental en el que dos o más sustancias químicas reaccionan para generar un solo producto.
• Reacción de descomposición: Una sola sustancia se descompone o se rompe, produciendo dos o más sustancias distintas.
• Reacción simple: Es cuando se unen 2 elementos para formar uno.
• Sustitución doble: Es cuando 2 moléculas intercambian un elemento entre sí para formar otra molécula.

Factores que Intervienen en los Resultados de una Reacción Química

• Concentración de los reaccionantes
• Temperatura
• Uso de catalizadores e inhibidores
• Grado de subdivisión de la partícula

Procedimiento para Observar Reacciones Químicas

1. Pese 0.2 kg de óxido de zinc. Colóquelo en un tubo de ensayo. Agregue agua destilada hasta la mitad del tubo de ensayo y agite. Caliente el tubo de ensayo con la mezcla hasta el punto de ebullición. Observe el producto y realice la ecuación química balanceada.
2. Vierta 4ml de agua oxigenada en un tubo de ensayo. Caliéntelo por 3 minutos y observe lo que sucede. Retire el tubo de ensayo del mechero. Observe el producto y realice la ecuación química balanceada.
3. Vierta los 4ml de sulfato de cobre sobre el tubo de ensayo. Caliente el tubo de ensayo durante 3 min. Agregue 0.2 g de hierro al tubo de ensayo. Observe los resultados y realice la ecuación química balanceada.
4. En un tubo de ensayo grande agregue 3ml de nitrato de plomo. Deposite las 5 gotas de yoduro de potasio sin tocar las paredes del tubo de ensayo. Observe los resultados y realice la ecuación química balanceada.

Cinética Química

La cinética química se encarga del estudio de las velocidades de reacción, los factores que afectan o modifican estas velocidades; además incluye el estudio de los mecanismos y el equilibrio que establecen las reacciones reversibles y cómo se expresa este equilibrio denominado equilibrio químico.

Factores que Afectan la Velocidad de Reacción

• Temperatura: A mayor temperatura, mayor velocidad de reacción.
• Concentración de reactivos: A mayor concentración de reactivos, mayor velocidad de reacción.
• Catalizadores: Compuestos que aumentan la velocidad de reacción sin intervenir en ella.
• Área superficial: En los sólidos, aumenta la velocidad de reacción al aumentar el área superficial.

Procedimiento para Observar el Efecto de la Temperatura

En la clase aprendió que conforme aumenta la temperatura, aumenta la velocidad de reacción. Según la teoría, un aumento de 10°C duplica la velocidad de reacción.