ÍNDICE
Introducción
Capitulo
I Partículas
elementales, átomos y moléculas
Partículas
elementales
·
Foton
·
Neutrino
·
Electrón
·
Neutron
·
Protón
Átomo
·
Definición
·
Teoría
de Dalton
·
Ley
de Avogadro
·
Características
del átomo
·
Radiactividad
Modelos atómicos
·
Átomo
de Rutheford
·
Átomo
de Bohr
·
Evolución
del átomo
Molécula
·
Definición
·
Masa
molecular
·
Teoría
molecular
II
Estados
físicos de la materia y sus cambios físicos y químicos
Estado de la materia
·
Estado
liquido
·
Organización
de las partículas de los líquidos
·
Estado
sólido
·
Estado
gaseoso
·
Plasma
Cambios físicos y químicos de la materia
·
Fusión
·
Evaporación
·
Condensación
·
Cambios
de estado a temperatura constante
·
Punto
de ebullición
·
Punto
de fusión
·
Fuerza
de cohesión
III Reacciones
Químicas y los factores que afectan la velocidad de las mismas
Reacciones Químicas
·
Definición
·
Tipos
de Reacciones Químicas
Factores que afectan la velocidad de las reacciones químicas
·
Temperatura
a la cual se lleva a cabo la reacción
·
Concentración
de los reactivos
·
La
presencia de un catalizador
·
El
área superficial de los reactivos o catalizadores sólidos o líquidos
Conclusión
Referencias
INTRODUCCIÓN
La materia esta formada por partículas que están en movimiento, a
estas partículas se les llaman átomos, los cuales han sido estudiados y
estructurados mediante diversos modelos, entre estos modelos es importante
destacar el modelo de Rutheford y el de Bohr, gracias a estos es que se conoce
que los átomos son partículas extremadamente pequeñas que al combinarse con
otras forman moléculas
La materia a su vez tiene distintos estados como lo son el estado
liquido, sólido, gaseoso y plasma, además de poseer diferentes cambios
estados originados por procesos físicos y químicos.
Las partículas que forman la materia se mantienen unidas por un
fenómeno llamado Fuerza de Cohesión, que se da en los diferentes estados de
la materia.
Las reacciones químicas se llevan a cabo entre varias sustancias,
produciendo transformaciones químicas, es importante saber que estas se
desarrollan con una velocidad que depende de factores tanto físicos como
químicos.
El propósito de este trabajo es conocer de una manera mas detallada
acerca de la Fuerza de Cohesión, Reacciones químicas, átomos y Moléculas y
los Estados de la Materia, por tal razón decidimos estructurarlo de la
siguiente forma:
Un primer capitulo que habla sobre las partículas elementales, átomos
y sus distintos modelos y las moléculas y sus características.
Un segundo capitulo que habla sobre los estados de la materia y sus
cambios físicos y químicos y la Fuerza de Cohesión.
Un tercer capitulo acerca de las reacciones químicas, sus tipos y los
factores que afectan a su velocidad.
CAPITULO
I
PARTÍCULAS
ELEMENTALES- ÁTOMOS Y MOLÉCULAS
PARTÍCULAS
ELEMENTALES.
En un principio, unidades de materia consideradas fundamentales; en la
actualidad, las partículas subatómicas en general. La física de partículas
—el estudio de las partículas elementales y sus interacciones— también
se llama física de altas energías porque la energía necesaria para estudiar
distancias extremadamente pequeñas es muy elevada, como consecuencia del
principio de incertidumbre. Originalmente se aplicó el término “partícula
elemental” a estos constituyentes de la materia porque se creían
indivisibles. Hoy se sabe que muchas de estas partículas son sumamente
complejas, pero se las sigue llamando partículas elementales. Al
respecto UPEL (1989), expresa que según el griego Demócrito “la materia
hace mucho tiempo está compuesta de átomos y que cuyo propósito es buscar
alguna manera de imaginar cual es su constitución”, pp. 225, es decir, que
este célebre filósofo expone
que todas las cosas están compuestas de partículas diminutas invisibles e
indestructibles de materia que se mueven constantemente en el espacio.
Las partículas también pueden clasificarse según su espín,
o momento angular intrínseco, en bosones y fermiones. Las partículas elementales
ejercen fuerzas sobre las demás partículas y son continuamente creadas y
aniquiladas. En realidad, las fuerzas y los procesos de creación y aniquilación
son fenómenos relacionados, y se denominan colectivamente interacciones o
fuerzas fundamentales. Se conocen cuatro tipos de interacción (aunque se han
postulado más): La interacción nuclear fuerte es la más intensa, y es la
responsable de la vinculación de protones y neutrones para formar núcleos,
en relación a lo antes
mencionado UPEL ,(1989) habla de que “los protones y los neutrones se
encuentra formando parte del núcleo atómico y en cantidad suficiente para
hacer del átomo un sistema eléctricamente neutro” pp.226, de esta manera
se puede inferir de que para
hacer el átomo eléctricamente neutro deben haber tanto electrones como
protones. Le sigue en intensidad la interacción electromagnética, que une
los electrones a los núcleos en átomos y moléculas. La llamada interacción
débil, o fuerza nuclear débil, es mucho menos intensa. La interacción
gravitatoria es importante a gran escala, aunque es la más débil de las
interacciones entre partículas elementales.
La dinámica de las interacciones de las partículas
elementales se rige por ecuaciones de movimiento que son generalizaciones de
las tres leyes fundamentales de la dinámica de Newton. En las interacciones
entre partículas elementales siguen estando vigentes estas leyes de
conservación, pero se han descubierto leyes de conservación adicionales de
gran importancia en la estructura y las interacciones de los núcleos atómicos
y las partículas elementales. Después de 1925, con el éxito cada vez mayor
de la teoría cuántica en la descripción del átomo y los procesos atómicos,
los físicos descubrieron que las consideraciones de simetría implicaban números
cuánticos (que describen los estados atómicos) y reglas de selección (que
rigen las transiciones entre estados atómicos). Como los números cuánticos
y las reglas de selección son necesarios para describir los fenómenos atómicos
y subatómicos, las consideraciones de simetría resultan esenciales en la física
de las partículas elementales.
La clasificación de las partículas elementales se basa
en sus números cuánticos, por lo que está muy relacionada con las ideas
sobre simetría. Actualmente se acepta de forma generalizada la existencia de
seis tipos de quark. El físico británico James Clerk Maxwell dio forma matemática
a las ideas de Faraday, con lo que estableció la primera teoría de campo,
que incluye las ecuaciones de Maxwell para las interacciones electromagnéticas.
En 1916, Albert Einstein publicó su teoría de la interacción gravitatoria,
que se convirtió en la segunda teoría de campo. Hoy se cree que las otras
dos interacciones, nuclear fuerte y débil, también pueden ser descritas por
teorías de campo.
Ahora se sabe que las propiedades de todas las
interacciones vienen dictadas por distintas formas de simetría de gauge. En
el aspecto teórico, las complejidades matemáticas de la teoría cuántica de
gauge son muy grandes. En el aspecto experimental, el estudio de la estructura
de partículas elementales de dimensiones cada vez más pequeñas exige
aceleradores y detectores de partículas cada vez mayores.
Existen varios tipos de partículas entre las cuales están:
·
FOTÓN.
Cantidad
mínima de energía de la luz u otra radiación electromagnética. Max Planck
y Albert Einstein obtuvieron el Premio Nobel de Física por su descubrimiento
de que la luz, muchas veces se comporta como una onda, a veces se comporta
como si estuviera compuesta por un haz de pequeñas partículas o cuantos de
energía. La energía E de un fotón se expresa mediante la ecuación E = h u,
donde h es una constante universal (la constante de Planck) y u es la
frecuencia (número de oscilaciones por segundo) de la luz.
·
NEUTRINO:
Partícula nuclear elemental eléctricamente neutra y de masa muy
inferior a la del electrón (posiblemente nula). Antes del descubrimiento del
neutrino, parecía que en la emisión de electrones de la desintegración beta
no se conservaban la energía, el momento y el espín totales del proceso.
Para explicar esa incoherencia, el físico austriaco Wolfgang Pauli dedujo las
propiedades del neutrino en 1931.
Al no tener carga y poseer una masa despreciable, el neutrino es
extremadamente difícil de detectar; las investigaciones confirmaron sus
peculiares propiedades a partir de la medida del retroceso que provoca en
otras partículas. Billones de neutrinos atraviesan la Tierra cada segundo, y
sólo una minúscula proporción de los mismos interacciona con alguna otra
partícula. Los físicos estadounidenses Frederick Reines y Clyde Lorrain
Cowan, hijo, obtuvieron pruebas concluyentes de su existencia en 1956.
·
ELECTRÓN:
Tipo de partícula elemental de carga negativa que forma parte de la
familia de los leptones y que, junto con los protones y los neutrones, forma
los átomos y las moléculas. Los electrones están presentes en todos los átomos
y cuando son arrancados del átomo se llaman electrones libres.
Los electrones intervienen en una gran variedad de fenómenos físicos
y químicos. Se dice que un objeto está cargado eléctricamente si sus átomos
tienen un exceso de electrones (posee carga negativa) o un déficit de los
mismos (posee carga positiva).
·
NEUTRON:
Partícula sin carga que constituye una de las partículas
fundamentales que componen la materia. La masa de un neutrón es de 1,675 ×
10-27 Kg., aproximadamente un 0,125% mayor que la del protón. La existencia
del neutrón fue profetizada en 1920 por el físico británico Ernest
Rutherford y por científicos australianos y estadounidenses, pero la
verificación experimental de su existencia resultó difícil debido a que la
carga eléctrica del neutrón es nula y la mayoría de los detectores de partículas
sólo registran las partículas cargadas.
·
PROTÓN:
Partícula nuclear con carga positiva igual en magnitud a la carga
negativa del electrón; junto con el neutrón, está presente en todos los núcleos
atómicos. Al protón y al neutrón se les denomina también nucleones. El núcleo
del átomo de hidrógeno está formado por un único protón. La masa de un
protón es de 1,6726 × 10-27 Kg., aproximadamente 1.836 veces la del electrón.
Por tanto, la masa de un átomo está concentrada casi exclusivamente en su núcleo.
El protón tiene un momento angular intrínseco, o espín, y por tanto un
momento magnético. Por otra parte, el protón cumple el principio de exclusión.
El número atómico de un elemento indica el número de protones de su núcleo,
y determina de qué elemento se trata. En física nuclear, el protón se
emplea como proyectil en grandes aceleradores para bombardear núcleos con el
fin de producir partículas fundamentales.
ÁTOMO
·
DEFINICIÓN:
Es la
unidad más pequeña posible de un elemento químico. En la filosofía de la
antigua Grecia, la palabra “átomo” se empleaba para referirse a la parte
de materia más pequeña que podía concebirse. Esa “partícula
fundamental”, por emplear el término moderno para ese concepto, se
consideraba indestructible. De hecho Brown, (1997), enuncia
que átomo significa en griego “no divisible”, o sea que como partícula mínima
del universo no puede seguir
siendo dividida por ser unidades mínimas, pp.47. A
lo largo de los siglos, el tamaño y la naturaleza del átomo sólo fueron
objeto de especulaciones, por lo que su conocimiento avanzó muy lentamente. En relación a lo antes mencionado Rodríguez, (2002) dice
que para obtener una mejor idea de lo que es un átomo como tal, es menester
estudiar de manera profunda las teorías de éstas, siendo la más importante
la de Daltón, pp. 183.
·
TEORÍA
DE DALTON:
El profesor y químico británico John Dalton estaba fascinado por el
“rompecabezas” de los elementos. A principios del siglo XIX estudió la
forma en que los diversos elementos se combinan entre sí para formar
compuestos químicos. Aunque muchos otros científicos, empezando por los
antiguos griegos, habían afirmado ya que las unidades más pequeñas de una
sustancia eran los átomos, se considera a Dalton una de las figuras más
significativas de la teoría atómica porque la convirtió en algo
cuantitativo. En secuencia de ideas Irazábal (1994) comenta que para él según
Dalton “los átomos de un elemento podían combinarse con los átomos de
otros elementos en proporciones simples para formar compuestos” pp.182,
cuando Irazábal dice esto, se refiere a que la unión de átomos forman moléculas
y estas a su vez al unirse forman compuestos. Mostró que los átomos se unían
entre sí en proporciones definidas. Las investigaciones demostraron que los
átomos suelen formar grupos llamados moléculas. Cada molécula de agua, por
ejemplo, está formada por un único átomo de oxígeno (O) y dos átomos de
hidrógeno (H) unidos por una fuerza eléctrica denominada enlace químico,
por lo que el agua se simboliza como HOH o H2O.
Todos los átomos de un determinado elemento tienen las mismas
propiedades químicas. Por tanto, desde un punto de vista químico, el átomo
es la entidad más pequeña que hay que considerar. Las propiedades químicas
de los elementos son muy distintas entre sí; sus átomos se combinan de
formas muy variadas para formar numerosísimos compuestos químicos
diferentes. Algunos elementos, como los gases nobles helio y neón, son
inertes, es decir, no reaccionan con otros elementos salvo en condiciones
especiales. Al contrario que el oxígeno, cuyas moléculas son diatómicas
(formadas por dos átomos), el helio y otros gases inertes son elementos
monoatómicos, con un único átomo por molécula.
En resumen Daltón propuso que la unidad fundamental de la materia es
el átomo el cual fue considerado como una esfera sólida. Tiempo después se
descubrió que los átomos tienen una estructura interna como se verá más
adelante.
·
LEY
DE AVOGADRO
El
estudio de los gases atrajo la atención del físico italiano Amedeo Avogadro,
que en 1811 formuló una importante ley que lleva su nombre. Esta ley afirma
que dos volúmenes iguales de gases diferentes contienen el mismo número de
moléculas si sus condiciones de temperatura y presión son las mismas. Si se
dan esas condiciones, dos botellas idénticas, una llena de oxígeno y otra de
helio, contendrán exactamente el mismo número de moléculas. Sin embargo, el
número de átomos de oxígeno será dos veces mayor puesto que el oxígeno es
diatómico. Con relación a todo
lo explicado (Encarta, 2005), explica que
el
número de Avogadro constituye el número de partículas en un mol, es decir,
la masa atómica relativa o la masa molecular aumentada proporcionalmente a
gramos. Es importante saber que
Un mol del isótopo carbono-12 tiene una masa exacta de 12 gramos. La cantidad
de materia en un mol de una sustancia es proporcional a su masa atómica o
molecular, de modo que un mol de una sustancia con una gran masa molecular es
relativamente grande. Un mol siempre contiene el mismo número de partículas,
es decir el número de Avogadro.
·
CARACTERÍSTICAS
DEL ÁTOMO
La curiosidad acerca del tamaño y masa del átomo atrajo a cientos de
científicos durante un largo periodo en el que la falta de instrumentos y técnicas
apropiadas impidió obtener respuestas satisfactorias. Posteriormente se diseñaron
numerosos experimentos ingeniosos para determinar el tamaño y masa de los
diferentes átomos. El átomo más ligero, el de hidrógeno, tiene un diámetro
de aproximadamente 10-10 m (0,0000000001 m) y una masa alrededor de 1,7 ×
10-27 Kg. (la fracción de un kilogramo representada por 17 precedido de 26
ceros y una coma decimal). Un átomo es tan pequeño que una sola gota de agua
contiene más de mil trillones de átomos.
De la ley de Avogadro se desprende que las masas de un volumen patrón
de diferentes gases (es decir, sus densidades) son proporcionales a la masa de
cada molécula individual de gas. Si se toma el carbono como patrón y se le
asigna al átomo de carbono un valor de 12,0000 unidades de masa atómica (u),
resulta que el hidrógeno tiene una masa atómica de 1,0079 u, el helio de
4,0026, el flúor de 18,9984 y el sodio de 22,9898. En ocasiones se habla de
“peso atómico” aunque lo correcto es “masa atómica”. La masa es una
propiedad del cuerpo, mientras que el peso es la fuerza ejercida sobre el
cuerpo a causa de la gravedad. De esta manera lo que buscaba esta ley era el
de dar respuestas a preguntas relacionadas con la cantidad de partículas de
aire que hay una cierta cantidad de volumen, de forma tal que se puede deducir
que esta ley suponía que bajo condiciones equivalentes de ciertos factores
como presión y temperatura, volúmenes
iguales de gas contienen el mismo
número de partículas, entonces el resultado que se debe producir es el
mismo.
La observación de que muchas masas atómicas se aproximan a números
enteros llevó al químico británico William Prout a sugerir, en 1816, que
todos los elementos podrían estar compuestos por átomos de hidrógeno. No
obstante Irazàbal (1994) habla, de que medidas
posteriores de las masas atómicas demostraron que el cloro, por ejemplo,
tiene una masa atómica de 35,453 (si se asigna al carbono el valor 12). El
descubrimiento de estas masas atómicas fraccionarias pareció invalidar la
hipótesis de Prout hasta un siglo después, cuando se descubrió que
generalmente los átomos de un elemento dado no tienen todas las mismas masas.
Los átomos de un mismo elemento con diferente masa se conocen como isótopos.
En el caso del cloro, existen dos isótopos en la naturaleza. Los átomos de
uno de ellos (cloro 35) tienen una masa atómica cercana a 35, mientras que
los del otro (cloro 37) tienen una masa atómica próxima a 37. Los
experimentos demuestran que el cloro es una mezcla de tres partes de cloro 35
por cada parte de cloro 37. Esta proporción explica la masa atómica
observada en el cloro.
Durante la primera mitad del siglo XX era corriente utilizar el oxígeno
natural como patrón para expresar las masas atómicas, asignándole una masa
atómica entera de 16. A principios de la década de 1960, las asociaciones
internacionales de química y física acordaron un nuevo patrón y asignaron
una masa atómica exactamente igual a 12 a un isótopo de carbono abundante,
el carbono 12. Este nuevo patrón es especialmente apropiado porque el carbono
12 se emplea con frecuencia como patrón de referencia para calcular masas atómicas
mediante el espectrómetro de masas. Además, la tabla de masas atómicas
basada en el carbono 12 se aproxima bastante a la tabla antigua basada en el
oxígeno natural.
·
RADIACTIVIDAD
Una serie de descubrimientos importantes realizados hacia finales del
siglo XIX dejó claro que el átomo no era una partícula sólida de materia e
indivisible. En 1895, el científico alemán Wilhelm Conrad Roentgen anunció
el descubrimiento de los rayos X, que pueden atravesar láminas finas de
plomo. En 1897, el físico inglés Joseph J. Thomson descubrió el electrón,
una partícula con una masa muy inferior a la de cualquier átomo. Y, en 1896,
el físico francés Antoine Henri Becquerel comprobó que determinadas
sustancias, como las sales de uranio, generaban rayos penetrantes de origen
misterioso. El matrimonio de científicos franceses formado por Marie y Pierre
Curie aportó una contribución adicional a la comprensión de esas sustancias
“radiactivas”. Como resultado de las investigaciones del físico británico
Ernest Rutherford y sus coetáneos, se demostró que el uranio y algunos otros
elementos pesados, como el torio o el radio, emiten tres clases diferentes de
radiación, inicialmente denominadas rayos alfa (a), beta (β) y gamma
(g). Las dos primeras, que según se averiguó están formadas por partículas
eléctricamente cargadas, se denominan actualmente partículas alfa y beta. Más
tarde se comprobó que las partículas alfa son núcleos de helio y las partículas
beta son electrones. Estaba claro que el átomo se componía de partes más
pequeñas. Los rayos gamma fueron finalmente identificados como ondas
electromagnéticas, similares a los rayos X pero con menor longitud de onda
MODELOS
ATÓMICOS
·
ÁTOMO
DE RUTHERFORD.
El físico británico Ernest Rutherford bombardeo con partículas alfa
(con carga positiva) una lámina muy fina de oro y observaron que, aunque la
mayor parte de las partículas la atravesaban sin desviarse, unas pocas sufrían
una desviación bastante acusada e incluso algunas rebotaban al llegar a la lámina.
Para explicar estos resultados, Rutherford propuso el modelo nuclear del átomo,
según el cual la carga positiva de un átomo y la mayoría de su masa está
concentrada en una pequeña región central llamada núcleo. En este modelo,
los electrones, con carga negativa, giraban en órbitas alrededor del núcleo.
Sin embargo, Irazàbal, (1994) opina que este modelo tuvo una falla básica
que consiste en que al estar cargado el núcleo positivamente y los electrones
negativamente, la radiación emitida por estos últimos al girar determina la
pérdida de energía, pp. 182, entonces
por explicación previa en este proceso ocurre o trae como consecuencia que
finalmente los electrones se precipitaran sobre el núcleo, destruyéndose
el átomo.
El descubrimiento de la naturaleza de las emisiones radiactivas permitió
a los físicos profundizar en el átomo, que según se vio consistía
principalmente en espacio vacío. En el centro de ese espacio se encuentra el
núcleo, que sólo mide, aproximadamente, una diezmilésima parte del diámetro
del átomo. Rutherford dedujo que la masa del átomo está concentrada en su núcleo.
También postuló que los electrones, de los que ya se sabía que formaban
parte del átomo, se movían en órbitas alrededor del núcleo. El núcleo
tiene una carga eléctrica positiva; los electrones tienen carga negativa. La
suma de las cargas de los electrones es igual en magnitud a la carga del núcleo,
por lo que el estado eléctrico normal del átomo es neutro.
·
ATOMO
DE BOHR:
En
1913 Niels Bohr encontró el común denominador entre la luz y el átomo: el
fotón en algunos aspectos este modelo admite la presencia de un núcleo
positivo que contienen parte de la masa
del átomo, en el cual se encuentran presentes los neutrones y protones.
Esta teoría se basa en que el electrón se mueve alrededor del núcleo
en distintos niveles de energía,
que se llaman estado estacionario y se les asignó un número entero positivo.
El número mas cercano al núcleo se le determinó con el número 1 y así
sucesivamente, el electrón no ganará ni perderá energía si se mantiene en
la orbita. En relación a lo
antes expuesto (Rodríguez, 2002), expone que mientras más lejos sea el nivel
del átomo, mayor es la energía que este adquiere, pp. 190.
En fin esta parte se centra es en la atención en los átomos
para describir un modelo matemático capaz de reproducir sus propiedades más
importantes. De acuerdo a este modelo Bohr habla de que el átomo se asemeja a
un sistema planetario en miniatura con un núcleo central muy masivo que tiene
una carga positiva y un electrón girando a su alrededor.
·
EVOLUCIÓN
DEL MODELO ATÓMICO:
A medida que los científicos fueron conociendo la estructura del átomo
a través de experimentos, modificaron su modelo atómico para ajustarse a los
datos experimentales. El físico británico Joseph John Thomson observó que
los átomos contienen cargas negativas y positivas, mientras que su
compatriota Ernest Rutherford descubrió que la carga positiva del átomo está
concentrada en un núcleo. El físico danés Niels Bohr propuso la hipótesis
de que los electrones sólo describen órbitas en torno al núcleo a
determinadas distancias, y su colega austriaco Erwin Schrödinger descubrió
que, de hecho, los electrones de un átomo se comportan más como ondas que
como partículas.
MOLÉCULA
·
DEFINICIÓN:
Según
(Brown, 1998), la molécula “es
un conjunto de dos o más átomos estrechamente unidos” pp.34, esto quiere
decir que todas las moléculas están formadas por partículas que forman el
átomo y que éste en unión con otro átomo forman dicha molécula.
Una
molécula está formada por un grupo de átomos unidos mediante enlaces químicos
covalentes. Las moléculas de un compuesto contienen el mismo número de átomos
distintos, unidos de la misma manera. El agua, por ejemplo, consta de dos átomos
de hidrógeno unidos a un átomo de oxígeno. Algunos elementos también
constan de moléculas cuyos átomos sólo pertenecen a ese elemento. El gas oxígeno,
por ejemplo, posee moléculas formadas por dos átomos de oxígeno. Muchos
gases, líquidos y metaloides están formados por moléculas. Según la
enciclopedia (Quillet, 1998), menciona de que
cada enlace
de molécula tiene una longitud distinta y se extiende en una dirección
pp.215. Esto hace que las moléculas
adquieran una forma tridimensional que puede determinar la química de un
compuesto. El metano es una molécula simple con forma de tetraedro. Cuando
reacciona con el oxígeno, el compuesto resultante es siempre el mismo. Las
moléculas complejas no simétricas, sin embargo, pueden reaccionar de forma
distinta y poseer propiedades diferentes.
·
MASA
MOLECULAR
La masa de una molécula puede determinarse a través de experimentos o
el cálculo simple. La masa molecular de los átomos elementales, como el
carbono 12, es la misma que su masa atómica, ya conocida. Si partimos de una
molécula de estructura atómica conocida, podemos calcular su masa molecular.
Así, el agua (H2O), que tiene dos átomos de hidrógeno (la masa atómica del
átomo de hidrógeno es igual a uno) y un átomo de oxígeno (la masa atómica
de un átomo de oxígeno es igual a 16), tiene una masa molecular igual a 18.
Algunas moléculas más complejas pueden llegar a tener una masa molecular de
cientos de millones. En la determinación experimental de la masa molecular de
una sustancia, se calcula la masa real en gramos por mol.
·
TEORÍA
MOLECULAR:
Una
ampliación de la teoría molecular de Avogadro es la teoría cinética,
desarrollada por varios químicos, como el británico James Clerk Maxwell, el
holandés Johannes Diderik van der Waals y el austriaco Ludwig Boltzmann. Según
esta teoría, las moléculas se encuentran en constante movimiento que aumenta
con la temperatura. Cuando la molécula está compuesta por más de un átomo
se produce un fenómeno de vibración dentro de la misma y una rotación
semejante a la de la Luna alrededor de la Tierra. Para percibir estos fenómenos
de rotación y vibración internos se emplean diversos métodos como la
espectroscopia o la medición del calor específico. En 1989, los físicos
determinaron por primera vez el proceso completo de la reacción molecular más
simple (interviniendo átomos de hidrógeno) en términos de la teoría cuántica.
CAPITULO
II
ESTADOS
FÍSICOS DE LA MATERIA Y SUS CAMBIOS FÍSICOS Y QUÍMICOS
Todo lo que está a nuestro alrededor, que podemos tocar y palpar está
formado por materia y las diversas formas que esta obtiene se les denomina
materiales, en secuencia de ideas (Mazparrote, 1994) defina a la materia como
“todo aquello que ocupa un lugar e impresiona nuestros sentidos” pp.16, la
materia se caracteriza por tener: masa, volumen, peso y además experimenta la
inercia.
La masa es definida por (Encarta, 2005) como “propiedad intrínseca
de un cuerpo, que mide su inercia, es decir, la resistencia del cuerpo a
cambiar su movimiento. La masa no es lo mismo que el peso, que mide la atracción
que ejerce la Tierra sobre una masa determinada”, es decir que la masa es la
propiedad fija que posee todo cuerpo y el peso es la fuerza que
la atrae.
El volumen es el valor numérico del espacio que ocupa un cuerpo. Para
determinar el volumen de un cuerpo se procede de la siguiente manera (en caso
de que el cuerpo no sea demasiado grande): se sumerge el cuerpo corresponde al
del agua desplazada fuera del recipiente. Para medir a su vez el volumen de
agua desplazada se dispone de aparatos graduados tale como cilindros
que tienen una escala en la cual se leen centímetros cúbicos.
Si se quiere medir el volumen de cuerpos muy grandes, el
procedimiento es diferente. Para estimar por ejemplo el volumen de una montaña,
se mide su altura aproximada y su base, seguido se utilizan formulas de
geometría para calcular el volumen de esos cuerpos.
La inercia es definida como la propiedad
de la materia que hace que ésta se resista a cualquier cambio en su
movimiento, ya sea de dirección o de velocidad, esto se refiere a que es en
fin la resistencia que tiene la materia a un cambio en su estado de reposo o
movimiento.
ESTADOS
DE LA MATERIA.
En
la naturaleza la materia se puede encontrar en tres estados: sólido, líquido
y gaseoso. Actualmente el plasma es aceptado como el cuarto estado en que se
presenta la materia, cada uno de ellos tiene sus propias características:
Los líquidos no presentan formas definidas, adoptan la forma del
recipiente donde estén. Se caracterizan porque pueden fluir fácilmente, los
más importantes son: el agua, la sangre, el alcohol entre otros. Según
Sapiens, (1997), en el estado líquido
las moléculas pueden moverse libremente
unos respectos a otros, lo que permite que la materia cede a las
fuerzas tendentes a cambiar su forma. En estado líquido, la materia cede a
las fuerzas tendentes a cambiar su forma porque sus moléculas pueden moverse
libremente unas respecto de otras. Los líquidos, sin embargo, presentan una
atracción molecular suficiente para resistirse a las fuerzas que tienden a
cambiar su volumen.
ORGANIZACIÓN
DE LAS PARTÍCULAS DE LOS LÍQUIDOS.
Al aceptar que el líquido es un estado intermedio entre el gas y el sólido,
es de suponer que el grado de organización que se le asigna a las partículas
que lo constituyen también ha de guardar cierta distancia entre las
organizaciones de uno y de otro estado. De esta forma se puede decir que un líquido
no tiene la organización que existe por ejemplo en los cristales pero tampoco
en él se da el caos que caracteriza al estado gaseoso. Cuando se esta en
presencia de un líquido, las regularidades de dispersión no son tan
evidentes como en el sólido, pero si se dan de manera bastante precisa como
para hablar de cierto grado de organización. La UPEL, (1989), expresa que
“en los líquidos se da un orden cercano”, es decir, que la regularidad
solo debe ser observada a unas distancias muy pequeñas que son comparables al
diámetro de las partículas que la constituyen.
En un líquido, al igual que en un sólido, cada partícula esta
rodeada por un número no muy grande de, congéneres.
·
EL
ESTADO SÓLIDO:
Los sólidos se caracterizan por tener forma y volumen constante, también
por la resistencia a cualquier cambio de forma, esto se debe a la fuerte
atracción de las moléculas que lo constituyen, los más comunes son: mesa,
libros, roca, ladrillo, etc. Un sólido
puede ser pensado, al igual que líquidos y gases, con el modelo de partículas.
Son casi obvias las modificaciones que se deben realizar. Al respecto UPEL,
(1989), dice que “la característica esencial que distingue
aun sólido de un gas o de un líquido, es que el primero posee forma
propia y el otro no” pp.239, de esta manera podemos denotar claramente
que es justamente esta característica la que debemos tomar en cuenta a
la hora de realizar modificaciones, sin duda las partículas que conforman un
sòlido no pueden poseer
gran movilidad, porque si así fuera el sólido no podría tener una forma
definida. Continuando, en su
defecto si las partículas poseen cierta movilidad es necesario que los
movimientos se realicen alrededor de ciertas posiciones de equilibrio. Los
objetos sólidos se presentan de formas muy irregulares, de esta manera surge
una contradicción con lo mencionado anteriormente. Un sólido es, en general,
un conglomerado de microcristales.
Los gases tienen forma y
volumen variable. La molécula estan dispersas y se mueven libremente.
Mazparrote, (1994) establece que los gases son capaces de expandirse,
comprimirse y difundirse, pp. 18. La
expansibilidad, es la tendencia que tienen los gases a ocupar todo el espacio,
continuando con la comprensibilidad es la capacidad que tienen
de ocupar todo el espacio, también está la difusibilidad que es la
capacidad que poseen los gases a mezclarse con otros.
Es un medio conductor de electricidad este se origina cuando se somete
un gas a altas temperaturas, produciendo la separación de los átomos. El
plasma también es denominada por Sapiens, (1997) como un conjunto de partículas
eléctricamente cargadas, con cantidades casi iguales de iones (positivos y
negativos) entonces el plasma se
puede observar por ejemplo en la
atmósfera al ver un rayo, ya que este es un plasma de nitrógeno y oxígeno
con enorme liberación de energía. El Plasma
es llamado el cuarto estado de la materia, que generalmente es
gaseoso, en el que algunos o todos los átomos o moléculas están
disociados en forma de iones. Los plasmas están constituidos por una mezcla
de partículas neutras, iones positivos (átomos o moléculas que han perdido
uno o más electrones) y electrones negativos. Un plasma es conductor de la
electricidad, pero cuando su volumen supera la llamada longitud de Debye
presenta un comportamiento eléctricamente neutro. A escala microscópica, que
corresponde a dimensiones inferiores a la longitud de Debye, las partículas
de un plasma no presentan un comportamiento colectivo, sino que reaccionan
individualmente a perturbaciones como por ejemplo un campo eléctrico.
CAMBIOS
FÍSICOS Y QUÍMICOS DE LA MATERIA.
Según
expresa la UPEL, (1989) “la naturaleza es esencialmente dinámica”, pp.
254, es decir, que los materia está sometida a continuos cambios que se
diferencian por el tiempo de duración. Cuando en un material ocurre una
transformación, ésta explica un cambio en su estructura y para que esto
suceda, es necesario que la intensidad de, al menos algunas de las
interacciones que existen entre sus partículas, varíen. Esto por lo tanto,
va a motivar un consumo o producción de energía.
A continuación se va a proceder a clasificar, los cambios para
facilitar su estudio, esta clasificación es de 4 tipos. Cada caso que se
estudia se caracteriza a cada tipo de cambio, tanto a nivel de lo que se puede
observar a simple vista, como lo que se puede imaginar que ocurre a nivel
microscópico con la ayuda del modelo de partículas.
CAMBIOS
DE ESTADO FÍSICO:
Es el cambio de una sustancia del estado sólido al líquido,
normalmente por aplicación de calor. El proceso de fusión es el mismo que el
de fundición, pero el primer término se aplica generalmente a sustancias
como los metales, que se licuan a altas temperaturas, y a sólidos
cristalinos. Cuando una sustancia se encuentra a su temperatura de fusión, el
calor que se suministra es absorbido por la sustancia durante su transformación,
y no produce variación de su temperatura. Este calor adicional se conoce como
calor de fusión. El término fusión se aplica también al proceso de
calentar una mezcla de sólidos para obtener una disolución líquida simple,
como en el caso de las aleaciones. En secuencia de ideas UPEL, (1989) habla de
“que al pasar del estado sòlido
al líquido, es necesario romper la organización que caracteriza a las partículas
del primero” pp.257, esto significa que la temperatura influye en la
separación de las moléculas en el estado sólido que es lo que permite que
se transforme a estado líquido.
Conversión gradual de un líquido en gas sin que haya ebullición. Las
moléculas de cualquier líquido se encuentran en constante movimiento. La
velocidad media (promedio) de las moléculas sólo depende de la temperatura,
pero puede haber moléculas individuales que se muevan a una velocidad mucho
mayor o mucho menor que la media. Siguiendo con el tema opina al respecto
UPEL, (1989) “que para que la evaporación ocurra es necesario romper los
enlaces químicos que existen entre las partículas en el estado líquido”,
pp.257, es decir, que aquellas moléculas que son más energéticas pasan de
la superficie del líquido al aire, solo afecta a una pequeña parte del líquido
que este por debajo del punto de ebullición.
Es una reacción que implica la unión de átomos dentro de una misma
molécula o en moléculas diferentes. El proceso conduce a la eliminación de
una molécula simple, por ejemplo de agua o alcohol, para formar un compuesto
nuevo más complejo, frecuentemente de mayor peso molecular que cualquiera de
los compuestos originales. De esta forma
UPEL, (1989) opina que “el balance entre la atracción y repulsión
de cargas y la agitación térmica, mantiene a las partículas a la distancia
necesaria para que se forme el estado líquido”, pp.257, siguiendo
con lo expuesto se puede denotar que las moléculas o átomos al perder energía
se empiezan a enfriar y a perder su movilidad, provocando que se forme el líquido.
El estado físico de una sustancia
depende tanto de la temperatura como de la presión a la cual se encuentra
sometida. El cambio del estado sólido al líquido y de éste al gaseoso se
logra aumentando la temperatura y/o disminuyendo la presión externa. Por el
contrario, para pasar del estado gaseoso al líquido y de este al sólido, es
necesario disminuir la temperatura y/o aumentar la presión.
Es la temperatura a la que la presión de vapor de un líquido se
iguala a la presión atmosférica existente sobre dicho líquido. A
temperaturas inferiores al punto de ebullición, la evaporación tiene lugar
únicamente en la superficie del líquido. El punto de ebullición de un líquido
puede disminuir al descender la presión ejercida sobre dicho líquido. El
punto de ebullición es la temperatura a la cual se encuentra en equilibrio la
fase liquida y gaseosa de una sustancia a la presión de 760 mmHg.
Es la temperatura en la cual están en equilibrio el estado sólido y
liquido de una sustancia a la presión de 760mmHg; entonces si calentamos un sólido,
la temperatura de este ha de aumentar. Se hace necesario señalar que, cuando
se funde o se evapora una sustancia molecular como el agua, el dióxido de
carbono o el metano, lo que se rompen son los enlaces intermoleculares, y no
los enlaces internos entre los átomos de cada molécula.
FUERZA
DE COHESION
Es la atracción entre moléculas que mantiene unidas las partículas
de una sustancia. La cohesión es distinta de la adhesión; la cohesión es la
fuerza de atracción entre partículas adyacentes dentro de un mismo cuerpo,
mientras que la adhesión es la interacción entre las superficies de
distintos cuerpos. En este orden de ideas la UPEL, (1989) expresa que la
fuerza de cohesión es la potencia neta que se da hacia el interior de las moléculas
permitiendo su unión constante, pp. 251. De esto se puede inferir que la
cohesión es la fuerza que se da en las moléculas para mantener la
estructura.
En los líquidos, la cohesión se refleja en la tensión superficial,
causada por una fuerza no equilibrada hacia el interior del líquido que actúa
sobre las moléculas superficiales, y también en la transformación de un líquido
en sólido cuando se comprimen las moléculas lo suficiente. En los sólidos,
la cohesión depende de cómo estén distribuidos los átomos, las moléculas
y los iones, lo que a su vez depende del estado de equilibrio (o
desequilibrio) de las partículas atómicas. Muchos compuestos orgánicos, por
ejemplo, forman cristales moleculares, en los que los átomos están
fuertemente unidos dentro de las moléculas, pero éstas se encuentran poco
unidas entre sí. En los gases la fuerza de cohesión puede observarse en su
licuefacción, que tiene lugar al comprimir una serie de moléculas y
producirse fuerzas de atracción suficientemente altas para proporcionar una
estructura líquida.
CAPITULO
III
REACCIONES
QUÍMICAS Y LOS FACTORES QUE AFECTAN LA VELOCIDAD DE LAS MISMAS
·
DEFINICION:
Según Petrucci, (1999) las reacciones químicas son “un proceso en
el que un conjunto de sustancias llamadas reactivos se transforman en un
conjunto nuevo de sustancias llamados productos” pp. 96, en pocas palabras
una reacción es un proceso en el cual ocurre una transformación química
aunque en algunos casos no sucede nada cuando se mezclan las sustancias, estas
mantienen su composición original y sus propiedades. Para
eso, los enlaces entre átomos y moléculas deben romperse y volver a formarse
de otra manera. Como las uniones son fuertes, se necesita energía para
romperlas, generalmente en forma de calor. Las nuevas sustancias (productos)
tienen unas propiedades distintas de las primeras (reactivos). Las reacciones
químicas no ocurren sólo en los laboratorios, sino a nuestro alrededor, por
ejemplo, cuando un hierro se oxida o cuando cocinamos.
De la misma forma que utilizamos símbolos para los elementos y
formulas para los compuestos tenemos una forma simbólica o abreviada de
representar una reacción química, la ecuación química.
Los productos obtenidos a partir de ciertos tipos de reactivos dependen
de las condiciones bajo las que se da la reacción química. No obstante, tras
un estudio cuidadoso se comprueba que, aunque los productos pueden variar según
cambien las condiciones, determinadas cantidades permanecen constantes en
cualquier reacción química. Estas cantidades constantes, las magnitudes
conservadas, incluyen el número de cada tipo de átomo presente, la carga eléctrica
y la masa total.
Existe algún tipo de evidencia que puede poner de manifiesto una
reacción las cuales son:
a)
Un cambio de color.
b)
La formación de un sólido.
c)
El desprendimiento del gas.
d)
El desprendimiento o absorción del calor.
Las reacciones químicas se representan en una forma concisa mediante
ecuaciones químicas las cuales están formadas por las sustancias
reaccionantes y las sustancias resultantes. Según Requeijo (1995) expresa que
“los reaccionantes son las sustancias iniciales antes de ocurrir los cambios
y los resultantes son las sustancias que se originan después de ocurrir el
cambio”. En fin las ecuaciones químicas están formadas por los
reaccionantes y los resultantes los cuales dan origen a una reacción con
propiedades características distintas a las sustancias originales.
TIPOS
DE REACCIONES:
De
acuerdo al grado de calor se clasifican en:
Reacción química que desprende energía. Por ejemplo, la reacción de
neutralización de ácido clorhídrico con hidróxido de sodio desprende
calor, y a medida que se forman los productos, cloruro de sodio (sal) y agua,
la disolución se calienta.
Las reacciones exotérmicas se han utilizado durante miles de años,
por ejemplo, en la quema de combustibles. Cuando se quema carbón tienen lugar
varias reacciones, pero el resultado global es que los átomos de carbono del
carbón se combinan con el oxígeno del aire para formar dióxido de carbono
gas, mientras que los átomos de hidrógeno reaccionan con el oxígeno para
producir vapor de agua. La redistribución de los enlaces químicos desprende
gran cantidad de energía en forma de calor, luz y sonido. Aunque para la
ruptura de los enlaces entre el carbono y el hidrógeno se requiere energía
calorífica, ésta es mucho menor que la que se desprende cuando estos dos
elementos se combinan con el oxígeno. Esto hace que la reacción global sea
exotérmica. Las reacciones son entonces las que producen un aumento de la
temperatura en un sistema aislado o hace que un sistema no aislado ceda calor
a los alrededores, todo esto lleva a que diga
Petrucci (1999), que
“una reacción exotérmica es de magnitud negativa”, pp.209.
Reacción química que absorbe energía. Casi todas las reacciones químicas
implican la ruptura y formación de los enlaces que unen los átomos.
Normalmente, la ruptura de enlaces requiere un aporte de energía, mientras
que la formación de enlaces nuevos desprende energía. Si la energía
desprendida en la formación de enlaces es menor que la requerida para la
ruptura, entonces se necesita un aporte energético, en general en forma de
calor, para obtener los productos. Podemos inferir que es la reacción en la
que produce una disminución de la temperatura del sistema aislado o hace que
un sistema no aislado gane calor a costa de los alrededores. Algunas
reacciones endotérmicas necesitan más energía de la que puede obtenerse por
absorción de calor de los alrededores a temperatura ambiente. Por ejemplo,
para transformar el carbonato de calcio en óxido de calcio y dióxido de
carbono es necesario calentar. Cuando en una reacción endotérmica una
sustancia absorbe calor, su entalpía aumenta (la entalpía es una medida de
la energía intercambiada entre una sustancia y su entorno).
FACTORES
QUE AFECTAN LA RAPIDEZ DE LA
REACIÓN.
Según
la UPEL (1989), La rapidez de una reacción se define “como la cantidad de
sustancias reaccionantes que desaparecen en una unidad de tiempo
determinada”. Esto quiere decir que las sustancias van desapareciendo
progresivamente a medida que se lleva a cabo la reacción, hasta que esta es
culminada y los reactivos desaparecen por completo. El área de la química
que estudia la rapidez con la que ocurre las reacciones se llama cinética química,
según Brown, (1998) dice que la rapidez de las reacciones químicas están
afectadas por varios factores los cuales se mencionan a continuación:
La gran mayoría de las
reacciones químicas se hacen más veloces cuando la temperatura aumenta. Esto
quiere decir, que si al aumentar o disminuir la temperatura afecta de de una
forma directa a la velocidad de la reacción. De esta forma
obtenemos que la rapidez de las reacciones químicas aumente conforme se eleva
la temperatura. Todo esto explica que refrigeremos los alimentos perecederos
como la leche.
En la velocidad de una reacción química es proporcional a las
concentraciones molares de las sustancias reaccionantes. Casi todas las
reacciones químicas entonces avanzan con más rapidez si se aumenta la
concentración de uno o más de
los reactivos.
Estos según Brown, (1998), “son sustancias químicas que aceleran o
retardan la velocidad de una
reacción” pp.491, esto se
refiere a que los catalizadores pueden ser negativos, que son aquellos que
retardan la velocidad de la reacción pero también pueden ser positivos que
aumentan la velocidad de la reacción.
Las reacciones en las que participan sólidos suelen avanzar más rápidamente
conforme se aumenta el área superficial del sólido. Por ejemplo, una
medicina en forma de tableta se disuelve en el estómago y entra al torrente
sanguíneo mas lentamente que la misma en forma de polvo fino.
CONCLUSIONES
Los átomos son partículas muy pequeñas que poseen un núcleo el cual
cubre gran parte del mismo y esta formado por protones cargados positivamente,
a su ves esta formado por electrones de carga negativa.
Existen 4 modelos de átomos: el modelo de Dalton mostró que los átomos
se unían entre si en proporciones definidas, Bohr admite la presencia de un núcleo
con carga positiva y alrededor de el están los electrones con carga negativa
que se mueven alrededor de niveles de energía diferentes, Rutherford señala
la presencia de un núcleo atómico, el cual esta a nivel central y contiene
gran parte de la masa atómica y las cargas positivas, el resto del átomo
esta constituido por los electrones formando una corona alrededor del núcleo.
La materia es todo lo que se encuentra en un lugar del espacio e
impresiona nuestros sentidos. En la naturaleza la materia se encuentra en
cuatro estados: el sólido, que se caracteriza por poseer forma y volumen
constante ya que sus moléculas están estrechamente unidas, el liquido, este
no posee forma propia pero su volumen es constante, en este estado las moléculas
están mas distantes que en la de los solidos, el gaseoso, este estado
presente forma y volumen variado con respecto a la dispersión de sus moléculas,
y el plasma, este se consigue al someter un gas a altas temperaturas.
Los estados de cambio o fase dependen básicamente de la temperatura,
un cuerpo sólido al suministrarle calor sus moléculas comienzan a
desplazarse, por lo cual ocurre el punto de fusión, transformándolo en
liquido. Un cuerpo líquido al ser sometido a temperaturas de calor constante
ocurre el punto de ebullición y se convierte en estado gaseoso. Además
existen cuerpos que pasan del estado sólido al gaseoso sin pasar por el líquido.
Las reacciones químicas son procesos en los cuales actúan dos
sustancias para dar origen a una nueva con propiedades distintas, estas también
pueden ser llamadas cambios químicos. Es importante saber que estos ocurren
tanto en la vida diaria como en laboratorios.
Las características esenciales en las cuales se puede evidenciar que
hubo una reacción son: cambio de color, efervescencia, formación de un
precipitado y variación de la temperatura.
REFERENCIAS
BROWN
THEODORE y otros. (1998).Química. México: Editorial Pearson.
MAZPARROTE
SERAFÍN. (1994). Estudio de la
Naturaleza. Venezuela: Editorial Biosfera.
PETRUCCI
RALPH. (1999). Química General. España:
Editorial Prentice Hall.
REQUEIJO
DANIEL. (1995). La Química a tu
Alcance. Venezuela: Editorial Biosfera.
RODRÍGUEZ
MARIA (2002) Química 9no.
Venezuela: Editorial Salesiana
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