Los coloides son materiales que lucen homogéneos a simple vista, pero vistos en un microscopio de alta resolución son heterogéneos. Es decir, a simple vista no se aprecian sus componentes, pero vistos en un microscopio de alta resolución se pueden apreciar sus componentes.
Los coloides poseen una fase dispersa y una fase dispersante. Las fases dispersa y dispersante son equivalentes al soluto y solvente de una solución, respectivamente. Los diámetros de las partículas que forman a los coloides oscilan entre 5 a 100nm, que corresponden a diámetros de partículas superiores a los diámetro de los átomos, moléculas e iones, pero inferiores a los diámetros de las partículas de mezclas que a simple vista son heterogéneas como las mezclas groseras y las suspensiones.
Los coloides se caracterizan por:
◾Presentan el efecto Tyndall, es decir, las partículas de los coloides reflejan la luz que incide sobre ellas.
◾La presión osmótica es muy pequeña.
◾La disminución de la temperatura de fusión y el aumento en la temperatura de ebullición son muy pequeñas.
◾Son muy buenos adsorbentes, debido a su superficie, y pueden ser catalizadores muy apropiados. Por ejemplo, la sílice y la alúmina son muy buenos adsorbentes para el agua y otras sustancias polares.
◾ Pueden poseer una carga eléctrica característica sobre su superficie y, por tanto, pueden presentar electroforesis.
◾Normalmenteno sedimentan.
◾Poseen diversas aplicaciones. Por ejemplo, se utilizan en medicina para estudiar los tejidos. En la industria, se utilizan en el teñido de tejidos, curtido de pieles, preparación de lubricantes, conservar alimentos. producción de plásticos...Una gran mayoría de las reacciones que ocurren en la naturaleza se realizan en mezclas coloidales.
Dependiendo de los estados físicos de las fases dispersa y dispersante, los coloides los clasificamos como:
🔺Aerosoles sólidos y líquidos. Un aerosol sólido es un sólido disperso en un gas. Un aerosol líquido es un líquido disperso en un gas. El humo y la calima son ejemplos de aerosoles sólidos. La neblina y las nubes son ejemplos de aerosoles líquidos.
🔺Un gas disperso en un líquido o en un sólido forman coloides denominados espuma líquida y espuma sólida, respectivamente. Ejemplos, espuma de afeitar y piedra pómez.
🔺Un líquido disperso en otro líquido forma una emulsión. La leche, el queso, mayonesa... son ejemplos de emulsiones. El queso es un ejemplo de una emulsión sólida.
Un líquido disperso en un sólido forma un gel. Las gelatinas y las jaleas son ejemplos de gel.
🔺 Un sólido disperso en un líquido o en un sólido forman un sol líquido y un sol sólido, respectivamente. Por ejemplo, la tinta china y el rubí son ejemplos de sol líquido y sol sólido, respectivamente.
Los compuestos orgánicos se dividen en dos grandes series denominadas serie alifática y serie aromática.
La serie alifática está formada por un gran grupo de sustancias orgánicas que son aceitosas y gracientas (recuerde que los aceites son líquidos y las grasas son sólidas).
El término aromático proviene de una clasificación muy antigua de las sustancias orgánicas que consistía en agrupar las sustancias que poseen aroma en un grupo. Por ejemplo, el ácido acético, la acetona, el etanol... se consideraban aromáticas, debido a que emiten aromas. En la actualidad, el término aromático no guarda relación con esta clasificación antigua. Actualmente se considera que un compuesto aromático es una estructura cíclica que debe poseer 2, 6, 10, 14, 18, 22... 4n +2 electrones pi(π) delocalizados, es decir, debe cumplir con la regla 4n+2 sobre electrones pi(π) delocalizados de Hückel, anillos planos, dobles enlaces conjugados, presentan resonancia... El principal representante de los aromáticos es el benceno. El benceno es una estructura resonante que posee la fórmula condensada C6H6 (seis átomos de carbono y seis átomos de hidrógeno), 6 electrones pi(π) delocalizados, 3 dobles enlaces conjugados, híbridación sp2, molécula plana, el anillo es resistente al ataque de diversos reactivos, líquido a temperatura ambiente, menos denso que el agua, hierve a 80,1°C y funde a 5,45°C... La siguiente figura muestra dos estructuras posibles para el benceno, pero la verdadera estructura es una estructura resonante, es decir, una estructura intermedia que posee la misma fórmula condensada que las otras dos, es isoelectrónica con las otras dos, pero difieren en la posición de los dobles enlaces. La estructura resonante se representa mediante una estructura hexagonal y un aro en el centro.
Dos formas de formular al benceno
Estructura resonante del benceno
Los compuestos alifáticos se dividen en hidrocarburos. Los hidrocarburos son compuestos formados exclusivamente por carbono e hidrógeno, y pueden ser acíclicos o no cíclicos y cíclicos. Los hidrocarburos acíclicos no poseen anillo, mientras los hidrocarburos cíclicos poseen uno o varios anillos, pero no cumplen con la regla de Hückel. Los hidrocarburos acíclicos se dividen en alcanos (todos los enlaces son simples), alquenos (poseen un enlace doble entre átomos de carbono) y los alquinos (poseen un triple enlace entre átomos de carbono).
En la siguiente figura, se comparan etano (alcano), etene (alqueno) y etino (alquino).
La siguiente figura muestra las fórmulas y nombres IUPAC de alcanos ramificados.
Los alifáticos cíclicos pueden ser cicloalcanos (enlaces simples entre átomos de carbono), cicloalquenos (enlace doble entre átomos de carbono y cicloalquinos (enlace triple entre átomos de carbono).
En la siguiente figura, se muestran las fórmulas y nombres de algunos cicloalcanos.
Fórmulas de cicloalcanos. Los puntos oscuros son átomos de carbono y los blancos átomos de hidrógeno.
Como se puede apreciar todos los enlaces son simples.
Si eliminamos dos hidrónes a dos átomos de carbonos vecinos de un cicloalcano, y añadimos otro enlace a estos dos átomos de carbono se obtiene un cicloalqueno. Si eliminamos dos átomos de hidrógeno a dos átomos de carbonos vecinales de un cicloalcano, y añadimos dos enlaces a estos dos átomos de carbono se obtienen un cicloalquino. Recuerde que los alifáticos no poseen el anillo bencénico en su estructura.
Comparación de hexano y benceno
Al reemplazar un hidrón del hidrocarburo alifático por otro átomo o grupo de átomos se obtienen derivados alifáticos. Si se reemplaza un halógeno, se obtienen los haluros de alquilo, haluros de vinilo y haluros de alilo. Al reemplazarar un hidrón del hidrocarburo alifático por -OH obtenemos los alcoholes.... Basados sobre el elemento o grupo reemplazante clasificamos a los alifáticos en halógenados, oxígenados, nitrogenados, sulfurados... Ejemplos de oxígenados son éteres, alcoholes, aldehídos, cetonas, ésteres, ácidos y sales orgánicas... Ejemplos de nitrógenados son los nitrilos, aminas, amidas, iminas, nitro compuestos... Los tioles y otros son ejemplos de compuestos orgánicos alifáticos sulfurados.
La siguiente figura muestra un ejemplo de una amina alifática de nombre: 3-metilpentan-2-amina y el ácido alifático ácido etanoico o ácido acético.
Amina alifática de nombre 3-metilpentan-2-amina
Ácido alifático de nombre ácido acético o ácido etanoico.
Los grupos característicos determinan las propiedades de las sustancias orgánicas. Por ejemplo, el grupo característico de un alcohol es - OH, el de una amina es - NH2, el de un ácido es - COOH, el de una amida es - CONH2, el de una cetonas es =O, el de un aldehído - CH=O...
Los aromáticos se dividen en hidrocarburos aromáticos (formados exclusivamente por carbono e hidrógeno) y derivados aromáticos como, por ejemplo, los haluros de arilo, arilifáticos,los oxígenados aromáticos (fenoles, aldehídos, cetonas, éteres, ésteres, ácidos, sales... ) y los nitrógenados aromáticos(aminas,amidas, nitrilos, iminas, nitro...).
La siguiente figura muestra diversos hidrocarburos policíclicos aromáticos fusionados.
Fórmulas y nombres de algunos hidrocarburos aromáticos fusionados.
La siguiente figura muestra dos hidrocarburos aromáticos de un anillo.
Ejemplos de hidrocarburos aromáticos de un anillo. 1-metilbenceno y 1,2-dimetilbenceno.
El primer compuesto se denomina metilbenceno o tolueno. El segundo compuesto se denomina 1,2-dimetilbenceno u orto-dimetilbenceno.
Las siguientes figuras muestran las fórmulas y nombres de otros compuestos aromáticos.
Ejemplos de compuestos aromáticos con diferentes grupos característicos.
Oxidación es la pérdida de electrones. Reducción es la ganancia de electrones.
Mostramos los pasos para realizar el balanceo de la siguiente semirreacción de oxidación, que ocurre en medio básico.
Cl2 +OH-→ClO3- + H2O
1. Planteamos la semirreaccion considerando las especies que cambian su estado de oxidación. El dicloro de estado de oxidación cero (todo elemento aislado posee estado de oxidación de cero) pasa a clorato de carga 1- . El estado de oxidación del cloro en el clorato es 5+. Cl2 →ClO3-
2. Balanceamos los átomos de cloro multiplicando el clorato por 2. Cl2→2ClO3-
3. Balanceamos los átomos de oxígeno añadiendo 6 mol de H2O en el lado deficiente en átomos de oxígeno. Al añadir agua estamos también anadiendo átomos de hidrógeno. Balanceamos estos átomos de hidrógeno añadiendo 12 mol de iones H+ en el lado deficiente en átomos de hidrógeno.
Cl2 + 6H2O→2ClO3- + 12H+ (a)
Pasamos a medio básico considerando que para neutralizar 12H+debemos añadir 12OH- 12H+ + 12OH-→12H2O (b)
Sumamos miembro a miembro (a) y (b), y obtenemos Cl2 +12OH-→2ClO3- + 6H2O
4.Balanceamos las cargas añadiendo electrones. En los reactantes, hay 12 cargas negativas. En los productos, hay 2 cargas negativas. Para que haya el mismo número de cargas en ambos lados de la semirreacción añadimos 10e- en el lado de los productos.
Cl2 +12OH-→2ClO3- + 6H2O +10e-
Otros ejemplos de semirreacciones de oxidación son:
Mn2++ 4OH-→MnO2 + 2H2O + 2e-
H2→2H++ 2e-
Cu→Cu2++ 2e-
I2+ 3H2O→2IO3- + 6H++ 4e-
H2O2→O2+ 2H++2e-
Mostramos los pasos para balancear la siguiente semirreacción de reducción, que ocurre en medio ácido.
NO3- + H+→NO + H2O
1. Planteamos la semirreacción considerando las especies que cambian el estado de oxidación. El nitrato de carga 1- pasa a monóxido de nitrógeno de carga 0. El nitrógeno en el nitrato posee el estado de oxidación de 5+ y en el monóxido de nitrógeno 2+. NO3-→NO
2. Balanceamos los átomos de oxígeno añadiendo 2 mol de H2O en el lado deficiente en átomos de oxígeno. NO3-→NO + 2H2O
3. Balanceamos los átomos de hidrógeno añadiendo 4 mol de iones H+ en el lado deficiente en átomos de hidrógeno. NO3- + 4H+→NO + 2H2O
4.Balanceamos las cargas. En los reactantes, hay una carga negativa y cuatro cargas positivas. Por tanto, añadimos 3e- para hacer un total de cuatro cargas negativas y neutralizar las cuatro cargas positivas.
NO3- + 4H++ 3e-→NO + 2H2O
Otros ejemplos de semirreacciones de reducción son:
Cr2O72- +14H+ + 6e-→2Cr3++ 7H2O
MnO4- + 8H++ 5e-→Mn2++ 4H2O
SO42- + 4H++ 2e-→SO2 + H2O Br2 + 2e-→2Br-
Como se puede apreciar en los ejemplos, la forma reducida (R)→ Formaoxidada (O)+ electrones (e-)
R→O + ne- (n=1,2,3...)
La formaoxidada (O) + electrones (e-) → Formareducida (R).
O + ne-→ R (n=1,2,3...)
El agente oxidantees el elemento, sustancia o ion que causa la oxidación, y contiene al elemento que se reduce.
El agente reductores el elemento, sustancia o ion que causa la reducción, y contiene al elemento que se oxida.
En una reacción de oxidación y reducción, debe haber como mínimo una reducción y una oxidación. Es decir, no puede ocurrir una oxidación sin que ocurra simultáneamente una reducción o viceversa.
Para balancear una ecuacion de oxidación y reducción existen dos métodos. El método del cambio del número de oxidación o método del cambio de valencia y el método del ion electrón. Consideremos primero el método del cambio del número de oxidación o método del cambio de valencia.
Nota. Hacer clic sobre las imágenes para visualizarlas mejor.
EJEMPLO 1.
Método del cambio de valencia
El agente reductor es PbS, debido a que contiene al elemento que se oxida, que es S.
El agente oxidante es ácido nítrico, debido a que contiene al elemento que se reduce que es N.
EJEMPLO 2.
Método del ion electrón
El agente oxidante es el dicromato(2-), y el agente reductor es hierro(2+)
En general,
O1 + ne-→R1(O forma oxidada y R forma reducida)
R2 →O2 + me-
Multiplicamos la primera por m y la segunda por n para igualar el número de electrones, y sumamos ambas semirreacciones.
mO1 + nR2→ mR1 + nO2
Ejemplo,
Cu2+ + 2e-→Cu Al →Al3+ + 3e-
Multiplicamos la primera por 3 y la segunda por 2, y sumamos ambas semirreacciones
3Cu2+ + 2Al →3Cu + 2Al3+
Note que Cu2+ es O1, Cu es R1, Al es R2 y Al3+ es O2
De una forma escueta podemos definir la materia como todo aquello que ocupa un lugar en el espacio y posee masa. Al indicar que la materia ocupa un lugar en el espacio queremos decir que la materia posee volumen, es decir, el volumen es el espacio ocupado por la materia. El espacio que ocupa un material en un momento dado no puede ser ocupado por otro material en ese momento.
La unidad del Sistema Internacional de Unidades (SI) para el volumen es el metro cúbico. Un metro cúbico es el espacio ocupado por un cubo de arista un metro.
Los gases no poseen ni forma propia ni volumen propio. Por tanto, el volumen de un gas está determinado por la capacidad del recipiente que lo contiene. Los gases se dilatan por efectos de la temperatura, y también son compresibles. Por tanto, al medir el volumen de un gas hay que indicar la temperatura y la presión a la que se ha realizado la medición.
Los líquidos poseen volumen propio, pero no poseen forma propia. Para medir en química el volumen de los líquidos se utilizan algunos instrumentos básicos como el cilindro o probeta graduada, la pipeta Fisher, la pipeta volumétrica, la bureta y el matraz o balón aforado.
Pipeta volumétrica, bureta y matraz aforado
Los líquidos se dilatan por efectos de la temperatura, y hay que especificar la temperatura de la medición del volumen. Los líquidos son prácticamente incompresibles, pero si la presión es muy elevada se debe especificar la presión.
Los sólidos poseen forma propia y volumen propio. Para determinar el volumen de un sólido se pueden utilizar varios procedimientos. Por ejemplo, si el sólido posee forma regular se pueden aplicar las fórmulas de geometría.
Fórmulas para calcular el volumen de sólidos regulares
Si el sólido es irregular e insoluble en agua, podemos utilizar el método del desplazamiento de agua. En una probeta, introducimos cierta cantidad de agua e introducimos con mucho cuidado el sólido. El sólido debe estar completamente sumergido en el agua. Al introducir el sólido en la probeta aumenta el volumen de agua. El aumento en el volumen de agua es el volumen del sólido
ΔV = Vf - Vo
Volumen final o volumen después de introducir el sólido = Vf
Volumen inicial o volumen antes de introducir el sólido =Vo
Cálculo del volumen de un sólido irregular
Por ejemplo, el volumen del objeto dado en la figura es,
ΔV = Vf - Vo = 22 mL - 16 mL = 6 mL
El volumen del objeto es 6 mL.
Si el sólido irregular es soluble en agua, hay que utilizar un líquido en el que el sólido sea insoluble, y operamos de igual forma a la anterior.
Para medir el volumen hay que considerar la capacidad del instrumento, la apreciación del instrumento, el menisco y el error.
La capacidad del recipiente es la máxima cantidad de líquido que se puede medir.
La apreciación es la menor lectura que se puede realizar en un instrumento de medida.
A = (LM - Lm)/N°de divisiones entre lecturas
A = apreciación, LM = lectura mayor y Lm= lectura menor.
El menisco es la curvatura que presenta la superficie libre de un líquido al estar contenido en un recipiente. Para medir el volumen se traza una línea imaginaria tangente a la curva. El intercepto de esta línea tangente con la lectura del tubo es el volumen del líquido.
Formas de medir el menisco
El menisco es un efecto capilar que depende de las fuerzas cohesivas (atracción entre moléculas iguales), de las fuerzas adhesivas (atracción entre moléculas diferentes), de la naturaleza del líquido y de su tensión superficial.
La tensión superficial es la fuerza de tracción que se ejerce perpendicularmente por unidad de longitud sobre un segmento recto situado en la superficie del líquido. Se expresa en N/m.
σ = F/L
σ es la tension superficial, F es la fuerza y L es longitud.
La tensión superficial es el resultado de las fuerzas que ejercen las moléculas interiores del líquido sobre las moléculas superficiales y las fuerzas resultantes de las sustancias en contacto con el líquido. La tensión superficial disminuye a medida que aumenta la temperatura, y depende de la clase de líquido y del fluido en contacto con la superficie del líquido.
Al introducir un tubo capilar en un el líquido el líquido sube por el tubo capilar hasta que la fuerza de gravedad equilibre las fuerzas adhesiva y cohesiva. La altura del menisco medida desde la superficie del líquido hasta la curvatura del menisco disminuye con la densidad del líquido y con el radio del tubo capilar, pero aumenta con la tensión superficial del líquido.
Dependencia de la altura
Balace de fuerzas:
Fuerza de tensión superficial = Peso del fluido
1. σLcosα = mg 2. L=2πr; 3. mg= πr2hdg
Reemplazar 2 y 3 en la ecuación 1 y despejar para h.
h= 2σcosα/dgr
α es el ángulo que forma la fuerza de la tensión superficial con la normal. Para agua este ángulo vale cero. σLcosα es la componente vertical de la fuerza de tensión superficial.
El menisco puede ser cóncavo o convexo. En el menisco cóncavo, la curvatura es hacia abajo. En el menisco convexo, la curvatura es hacia arriba. El menisco cóncavo se debe a que las fuerzas cohesivas entre las moléculas del líquido son menores que las fuerzas adhesivas entre las moléculas del vidrio y las moléculas del líquido. Por tanto, el vidrio atrae la superficie del líquido provocando una depresión en la superficie central del líquido y una elevación de la superficie del líquido en las vecindades de la pared del vidrio. En el menisco convexo, ocurre lo contrario. Las fuerzas cohesivas entre las moléculas del líquido son mayores que las fuerzas adhesivas entre las moléculas del vidrio y líquido. Por tanto, se observa una elevación en la superficie central del líquido y una depresión de la superficie del líquido en la vecindad de la pared del vidrio. El agua y muchas otras sustancias presentan menisco cóncavo. El mercurio presenta menisco convexo.
El error es la incertidumbre de una medición. Los errores se clasifican en errores determinados y errores indeterminados.
Los errores determinados son sistemáticos y se puede determinar las fuentes del error. Por ejemplo, errores personales, errores instrumentales, errores del método...
En los errores indeterminados, no se conocen plenamente las fuentes del error y, por tanto, no pueden ser controlados por el investigador. Este tipo de error es casual o accidental, y debe
tratarse mediante una rama de las matemáticas denominada Cálculo de Probabilidades.
Los errores sistemáticos afectan la exactitud de los resultados. Los errores indeterminados afectan la consistencia entre valores o la precisión.
La exactitud es la diferencia entre el valor individual de una medición y el valor aceptado como verdadero. Se puede expresar como error absoluto, error relativo, entre otras formas.
Se denomina error absoluto a la siguiente diferencia
Error absoluto = xi - xv
xi es un valor individual y xv es el valor aceptado como verdadero.
El error relativo expresado en % o en partes por mil es el error absoluto dividido entre el valor aceptado como verdadero.
Erelativo = (xi - xv)100/xv (en porcentaje) Erelativo = (xi - xv)1000/xv (en partes por mil)
Precisión es una medida de la repetitividad del resultado de una medición. Se obtiene mediante repeticiones del experimento operando en cada repetición de la misma manera. Se expresa frecuentemente mediante la desviación estándar.
Fórmula para calcular la desviación estándar
s es la desviación estándar, xi es un valor individual y x̄es el valor promedio.
La masa es la cantidad de materia que existe. La masa es una medida de la resistendencia que ofrece la materia a modificar su estado de reposo o de movimiento.
La unidad para expresar la masa en el SI es el kg. Para medir la masa se utiliza la balanza.
La masa depende de la velocidad. En el mundo macroscópico, no se nota tal dependencia, pero en el mundo microscópico, es decir, en el mundo de átomos y partículas subatómicas hay que diferenciar la masa de la partícula en reposo de la partícula en movimiento. La masa de la partícula aumenta con su velocidad. La ecuación que describe la dependencia de la masa con la velocidad es,
m = mo/√[1 - (v/c)2]
mo es la masa en reposo, m es la masa en movimiento, v es la velocidad y c es la velocidad de la luz (c = 299 792 458 m/s).
La materia posee comportamiento dual, es decir, en algunas situaciones experimentales se comporta como una onda y en otras condiciones experimentales se comporta como materia. Por ejemplo, J. J. Thomson determinó la relación carga/masa para un electrón y Millikan determinó la carga de un electrón. Basados en estos dos experimentos se determinó la masa de un electrón, es decir, el comportamiento del electrón como corpúsculo o materia. George Paget Thomson (hijo de J. J. Thomson) logró obtener el espectro de difracción de los electrones. La difracción es una propiedad que presentan todas las radiaciones electromagnéticas. La difracción es un proceso mediante el cual rayos paralelos de radiación electromagnética se curvan al pasar por un orificio.
a b a. Espectro de difracción de Rayos X. b. Espectro de difracción de electrones
Los espectros de difracción son presentados solamente por las radiaciones electromagnéticas. Por tanto, J. J. Thomson y su hijo demostraron que los electrones presentan comportamientos de particula y onda. Louis de Broglie había propuesto este comportamiento dual de la materia. Según de Broglie la longitud de onda asociada con la masa es,
λ = h/mv
λ es la longitud de onda, v es la velocidad, h es la constante de Planck y m es la masa.
Louis de Broglie
h = 6, 626 070 040(81) x 10 - 34 J s.
Las reacciones nucleares han puesto de manifiesto que la masa se tranforma en energía, pero la energía también se puede transformar en masa. En reacciones químicas ordinarias, no se observa esta transformación de la masa en energía y, por tanto, la suma de las masas de los reactantes es igual a la suma de las masas de los productos como lo establece la ley de Lavoisier, ley de Lomonosov o ley de la conservación de las masas. En las reacciones nucleares, la ley de Lavoisier no se cumple, debido a que la masa se tranforma en energía. La relación entre la masa convertida en energía y la energía producida está dada por la ecuación de Einstein
E = mc2
E es la energía, m es la masa convertida en energía y c es la velocidad de la luz. Es decir, la masa no se pierde, debido a que se transforma en energía, y la energía no se pierde, debido a que se transforma en masa. Por tanto, masa y energía son dos términos equivalentes.
De acuerdo con la ecuación anterior, la conversación de una masa pequeña puede generar una gran cantidad de energía, pero para generar una pequeña masa es necesario una gran cantidad de energía. La importancia de la energía nuclear es que una masa pequeña puede generar gran cantidad de energía.
Basados sobre estos comentarios podemos dar una definición más completa de la materia.
La materia posee volumen y masa, el espacio ocupado por un material en un momento dado no puede ser ocupado por otro material en ese momento, está formada por la unión de átomos y moléculas, ofrece resistencia al movimiento, no se pierde solo se transforma, es interconvertible en energía, tiene comportamiento dual de materia y onda y se presenta en los estados sólido, líquido y gaseoso (el plasma es también llamado cuarto estado de agregación de la materia tras los estados sólido, líquido y gaseosa).
No debemos confundir masa con peso. La masa es la cantidad de materia que existe (m = F/a), mientras el peso es la fuerza con la que la tierra atrae a los cuerpos (P = mg) . La masa se mide con la balanza, mientras la fuerza se mide con el dinamómetro. La masa se expresa en kg, mientras que el peso, por ser una fuerza, se expresa en Newton (N). La masa no se anula y el peso si se puede anular.
La relación entre la masa (m) y el volumen (V) se denomina densidad (d). La densidad es una propiedad característica de la materia.
d = m/V
Las densidades de sólidos y líquidos dependen de la temperatura, y hay que especificar la temperatura al reportar las densidades del líquidos y sólidos. La densidad de un gas depende de la temperatura y de la presión, y ambas magnitudes deben ser especificadas al reportar la densidad de un gas.
Como habíamos dicho en la entrada de química, la química es la rama de la ciencia que se encarga de estudiar la materia con respecto a sus propiedades, estructura, composición, cambios físicos y químicos y la energía envuelta en estos cambios.
La química es una ciencia porque está formada por un conjunto de leyes y principios obtenidos mediante la aplicación rigurosa del método científico. Un concepto más dinámico es considerar la química como una ciencia que busca continuamente variables que permiten explicar la realidad del objeto problema.
El método científico es un conjunto de etapas realizadas de una manera metódica y sistemática que permite obtener conclusiones a partir de una observación. Aunque se pueden incluir diversas etapas, las etapas básicas son:
🔸Observación
🔸Formulación del problema
🔸Hipótesis
🔸Diseño del experimento para afirmar o negar las hipótesis
🔸Análisis e interpretación de los resultados
🔸Conclusiones
🔸Publicación de los resultados
La observación consiste en la adquisición de una experiencia a través de nuestros sentidos o mediante un instrumento sobre un hecho o fenómeno.
La formulación del problema consiste en las interrogantes de investigación o preguntas de investigación. El uso de preguntas de investigación es la manera más fácil y directa de formular un problema.
La hipótesis de investigación es contestar las preguntas de investigación sin haber realizado la investigación, es decir, un supuesto que debemos afirmar o negar a través de la experimentación.
Los supuestos para responder las preguntas de investigación se basan sobre la experiencia, intelecto e intuición del investigador, investigación exploratoria previa y de la información publicada sobre el problema de investigación.
El diseño experimental consiste en los experimentos requeridos para recopilar los datos necesarios que permiten verificar las hipótesis.
El análisis consiste en describir y resumir los datos, identificar la relación entre variables, comparar variables e identificar la diferencia entre variables. Es decir, analizar los elementos básicos de la información y examinarlos con el propósito de responder a las distintas hipótesis planteadas en la investigación. La interpretación es el proceso cognitivo que realiza el investigador para encontrar un significado más amplio de la información empírica recabada y poder emitir conclusiones sobre las hipótesis planteadas.
Las conclusiones son los argumentos y afirmaciones sobre el objeto problema y basados sobre los resultados experimentales. La conclusión debe incluir la afirmación o negación de la hipótesis o las razones para afirmar o negar la hipótesis.
El conocimiento estático es menos útil que el conocimiento que fluye a través de los medios de comunicación (revistas, journals, Internet...) y, por tanto, es necesario publicarlos resultados para que otras personas puedan utilizarlos.
Molécula es un grupo de átomos iguales o desiguales sin carga neta, combinados en proporciones definidas, unidos mediante enlace químico y actuando físicamente y químicamente como una unidad simple.
Una molécula es la menor porción de una sustancia compuesta capaz de existir en condición libre, y que conserva todas las propiedades de dicha sustancia compuesta, es decir, la partícula más pequeña de una sustancia compuesta que puede existir sin descomponerse en sus átomos constituyentes.
No todas las sustancias compuestas ocurren en forma molecular. Por ejemplo, el NaCl (cloruro de sodio) no es una molécula. El NaCl esta formado por iones Na+ e iones Cl-que forman un cristal. En este tipo de compuesto, los iones con signos opuestos se unen mediante fuerzas electrostáticas o enlace químico electrovalante.
Las fuerzas intermoleculares son más débiles que las fuerzas interatómicas. Por tanto, es más fácil separar las moléculas que separar sus átomos constituyentes.
Las moléculas se unen mediante interacciones de Van der Waals que pueden ser: interacción dipolo-dipolo entre moléculas polares, interacción dipolo-dipolo inducido e interacción dipolo inducido-dipolo inducido o interacción por dispersión (fuerzas de dispersión de London). El enlace mediante puente de hidrógeno es un tipo de interacción dipolo-dipolo. La interacción dipolo inducido-dipolo inducido ocurre en moléculas no polares.
La gran mayoría de las sustancias volátiles son moléculas.
Si la molécula está formada por átomos iguales (misma naturaleza) se denomina homoatómica, homonuclear u homogénea. Si está formada por átomos diferentes (diferente naturaleza) es heteroatómica, heteronuclear o heterogénea.
La fórmula molecular determina el número y clase de átomos que forman una molécula. Por ejemplo, CO2 indica que una molécula de dióxido de carbono está formada por un átomo de carbono por cada dos átomos de oxígeno. Moléculas polares como, por ejemplo, el agua posee interacciones mediante puente de hidrógeno, las moléculas de agua se asocian haciendo que el agua tenga la fórmula (H2O)n (n es el número de moléculas asociadas). Moléculas que se asocian presentan una masa molar aparente superior a su masa molar real. Por ejemplo, el ácido acético(CH3COOH) en fase de vapor a 124,8°C posee una masa molecular relativa aparente de 90,35 (determinada mediante el método de Dumas), mientras que su masa molecular relativa real, determinada mediante las masas atómicas de sus elementos constituyente, es de 60,05. La diferencia entre las masas moleculares relativas se debe al grado de asociación entre las moléculas del ácido acético.
La siguiente figura muestra ejemplos de moléculas.
Ejemplos de moléculas
Las masas moleculares relativas se determinan mediante un espectrometro de masas, pero también se pueden utilizar métodos basado en la ley de los gases y propiedades coligativas de las soluciones, entre otros métodos.
La masa de una molécula (denominada a veces masa molecular absoluta) se determina multiplicando la masa molecular relativa por el valor de la unidad de masa atómica unificada (u o Da).
masa de la molécula = Mr 1,66053906660(50)x10-27 kg.
El tamaño de una molécula está en los alrededores de 2x10-10m o 200 pm.
El nombre de molécula se debe al italiano Amadeo Avogadro (1776-1856).
El concepto de molécula permitió explicar la ley de los volúmenes de combinación de Gay Lussac, la cual no se podía explicar mediante la teoría atómica de Dalton.
Amadeo Avogadro
Avogadro se dedicó a la enseñanza de la física y matemáticas. Publicó varios trabajos sobre el comportamiento de los gases y planteó la hipótesis de que en volumenesiguales de diferentes gases medidos a las mismas condiciones de presión y temperatura existen el mismo número de moléculas. En la actualidad, la hipótesis de Avogadro se considera una ley. El número de entidades contenidas en un mol se denomina constante de Avogadro en honor honor a Amadeo Avogadro.
NA= 6,02214076x1023 mol-1
El vídeo muestra una molécula de Arsola. La envoltura fue calculada usando los radios de Van der Waals.
