Química Fundamental: Materia, Reacciones, Gases y Disoluciones

Conceptos Fundamentales de Química

1. La Materia y sus Clasificaciones

La materia se clasifica principalmente en mezclas y sustancias puras.

1.1. Mezclas

• Homogéneas: Aquellas con un tamaño de partícula menor a 0,001 µm, donde sus componentes no son distinguibles a simple vista.
• Heterogéneas: Aquellas con un tamaño de partícula mayor a 0,001 µm, donde sus componentes son distinguibles.

1.2. Sustancias Puras

Pueden ser elementos (sustancias que no pueden descomponerse en otras más simples) o compuestos (sustancias formadas por la unión química de dos o más elementos en proporciones fijas).

2. Propiedades de la Materia

Las propiedades de la materia se dividen en físicas y químicas, y también en extensivas e intensivas.

2.1. Propiedades Físicas

Son aquellas que la materia presenta sin cambiar su composición química.

2.2. Propiedades Químicas

Son aquellas que la materia presenta cuando cambia su composición, generalmente a través de reacciones químicas.

2.3. Propiedades Extensivas

Dependen de la cantidad de materia presente (ej. volumen, masa).

2.4. Propiedades Intensivas

No dependen de la cantidad de materia presente (ej. punto de fusión, densidad, temperatura).

3. Reacciones Químicas y Leyes Fundamentales

Una reacción química es un proceso por el que unas sustancias iniciales, denominadas reactivos, se transforman en sustancias finales, conocidas como productos.

3.1. Leyes Ponderales de la Química

• Ley de Lavoisier o de Conservación de la Masa: En toda reacción química, la masa total de los reactivos que reaccionan es igual a la masa total de los productos formados.
• Ley de Proust o de Proporciones Definidas: La proporción entre las masas en que los elementos se combinan para formar un compuesto determinado es siempre constante.
• Ley de Dalton o de Proporciones Múltiples: Cuando dos elementos se combinan para formar más de un compuesto, las masas de uno de ellos que se combinan con una misma masa del otro, están en relación de números enteros y sencillos.

4. Principio de Avogadro

Los volúmenes de sustancias gaseosas que participan en una reacción, bajo las mismas condiciones de presión y temperatura, guardan una relación de números enteros y sencillos.

Además, volúmenes iguales de gases diferentes, en las mismas condiciones de presión y temperatura (T), contienen el mismo número de partículas.

5. Conceptos Cuantitativos en Química

5.1. Unidad de Masa Atómica (UMA)

La Unidad de Masa Atómica (UMA) es la doceava parte (1/12) de la masa del átomo de carbono-12.

5.2. Mol

El Mol es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (átomos, moléculas, iones, etc.) como átomos hay en 0,012 kg (12 gramos) de carbono-12.

El Número de Avogadro (N_A) es aproximadamente 6,022 × 10²³ entidades por mol.

5.3. Masa Molar

La masa molar de una sustancia es numéricamente igual a su masa atómica o molecular relativa, expresada en gramos por mol.

6. Teoría Cinético-Molecular de los Gases

Esta teoría describe el comportamiento de los gases ideales mediante los siguientes postulados:

• Los gases están formados por partículas (moléculas) muy alejadas entre sí. El volumen que ocupa el gas está parcialmente vacío, y las moléculas se consideran como puntos en el espacio.
• Las moléculas están en continuo movimiento aleatorio con trayectorias rectas, y chocan entre ellas y con las paredes del recipiente. La presión es consecuencia de estos choques y depende del número de choques y de su velocidad.
• Las moléculas de gas no interaccionan entre ellas (no se atraen ni se repelen), excepto durante los choques.
• La energía cinética media de las moléculas es directamente proporcional a la temperatura absoluta del gas.

7. Técnicas de Separación de Mezclas

Existen diversas técnicas para separar los componentes de una mezcla:

• Decantación: Separa dos líquidos inmiscibles o un líquido y un sólido no disuelto.
• Filtración: Separa un sólido de un líquido en el que no está disuelto.
• Cristalización: Separa un sólido disuelto en un líquido mediante la formación de cristales.
• Destilación: Separa un líquido de un sólido disuelto en él, o dos líquidos miscibles con diferentes puntos de ebullición.
• Extracción con Disolvente: Separa un componente de una mezcla disolviéndolo selectivamente en un disolvente.
• Cromatografía: Separa los componentes de una mezcla basándose en sus diferentes velocidades de migración a través de una fase estacionaria.

8. Propiedades Coligativas

Las propiedades coligativas son aquellas que dependen del número de partículas de soluto disueltas en una disolución, y no de la naturaleza de dichas partículas.

• Presión de Vapor: La presión que ejerce el vapor de un líquido cuando alcanza un equilibrio dinámico entre el líquido y el vapor. En disoluciones, la presencia de un soluto no volátil disminuye la presión de vapor del disolvente. La variación se puede expresar como ΔP = P₀ - P = P₀ · fracción molar del soluto.
• Presión Osmótica: La presión hidrostática necesaria para detener el flujo neto de disolvente a través de una membrana semipermeable. Se describe por la ecuación πV = nRT.
• Temperatura de Congelación y Ebullición: La presencia de un soluto no volátil provoca un descenso crioscópico (disminución del punto de congelación) y un ascenso ebulloscópico (aumento del punto de ebullición) de la disolución respecto al disolvente puro.