EGCT 2020 – CIENCIA,
TECNOLOGíA Y AMBIENTE
Introducción a
Química
Materia
Es todo aquello que tiene masa y ocupa
espacio.
Todo lo que compone la vida, así como lo no
vivo está hecho de materia.
La materia está hecha de sustancias puras
llamadas elementos y éstos a su vez están
hechos de partículas más pequeñas llamadas
átomos.
Elementos
Un elemento es una sustancia que no se puede
descomponer por reacciones químicas
ordinarias.
La cantidad de protones presentes en los
átomos de un elemento es lo que le imparte las
características distintivas a cada uno de éstos.
Se reconocen 113 elementos, de los cuales 92
son elementos naturales y los restantes son
creados artificialmente.
Elementos más abundantes
En los seres vivos existen cuatro
elementos principales:
Oxígeno-Carbono-Hidrógeno-Nitrógeno- que
constituyen más del 96% de su masa
corporal.
Otros elementos como Calcio, Fósforo,
Potasio y Magnesio también son
comunes.
Elementos fundamentales
Carbono: se encuentra en grandes proporciones
Útil como esqueleto de moléculas orgánicas
fundamentales
Hidrógeno y Oxígeno:
Importantes en el abasto de electrones, necesarios
para las reacciones metabólicas
Nitrógeno:
Importante para proteínas, ácidos nucleicos y
diversos constituyentes celulares
Elementos más abundantes
Corteza terrestre Cuerpo humano
Oxígeno 46.5 % Oxígeno 65 %
Silicón 27.7 % Carbono 18 %
Aluminio 8.1 % Hidrógeno 10 %
Hierro 5.0 % Nitrógeno 3%
Calcio 3.6 % Calcio 2%
Sodio 2.8 % Fósforo 1.1 %
Potasio 2.6 % Potasio 0.35 %
Magnesio 2.1 % Azufre 0.25 %
Otros 1.5 % Cloro 0.15 %
Teoría atómica
La teoría atómica moderna se basa principalmente en
los modelos de Dalton, Schrödinger y Bohr. Esta
teoría se desarrolló durante los siglos XIX y XX.
Establece que la materia está compuesta por
pequeñas partículas llamadas átomos.
El átomo se describe como:
Un núcleo con carga positiva y unas partículas con carga
negativa, rodeando el mismo y viajando de forma contínua por
unas regiones llamadas orbitales.
Átomo
El átomo es la unidad funcional más
pequeña en que se divide la materia
No pierde sus propiedades.
El término proviene del griego y significa
indivisible.
Debido a su tamaño, todavía se hacen
descubrimientos sobre su composición.
Modelo de un átomo
Átomo
Técnicas especiales de microscopía
electrónica de barrido con hasta cinco
millones de veces de amplificación han
permitido a los investigadores fotografiar
las posiciones de algunos átomos grandes
en las moléculas que los contienen.
Componentes del átomo
Los científicos han descubierto varias
partículas subatómicas pero para fines de
este curso consideraremos tres:
Protón
Neutrón
Electrón
El Protón
El protón es una partícula que posee carga
positiva (+). Masa: 1uma
Los protones están localizados en el núcleo
atómico.
Cada elemento tiene un número fijo de
protones que se denomina el número
atómico.
Lo que hace que un átomo de un elemento sea
diferente de un átomo de otro elemento, es el número
de protones que contiene.
El Neutrón
El neutrón es una partícula neutral (no posee
carga neta). Masa 1 uma
Los neutrones están localizados en el núcleo
atómico.
La cantidad de protones y neutrones en el
núcleo van a determinar la masa atómica, de
un elemento, pues los electrones casi no
aportan a la cantidad de la masa atómica total.
El Electrón
El electrón es una partícula que posee carga negativa (-).
Masa casi imperceptible
Los electrones se encuentran rodeando el núcleo formando
una región conocida como la nube de electrones.
Un átomo neutro (sin carga) posee igual cantidad de
electrones y de protones.
Los electrones juegan un papel de suma importancia en las
reacciones químicas de los elementos.
Compuestos
Un compuesto es una sustancia formada por la unión de
dos o más elementos en una razón fija. Es decir,
siempre se forma con los mismos átomos.
Muchos elementos se encuentran unidos a otros
elementos formando compuestos.
Por ejemplo el agua (H2O) y la sal de mesa (NaCl)
Las propiedades de los compuestos difieren de las
propiedades de los elementos que lo componen.
Moléculas
La unión más simple de los elementos que
forman un compuesto se le conoce como
molécula.
Consisten de dos o más átomos que están
químicamente unidos y que se comportan como
una unidad independiente.
Hay moléculas del mismo elemento( O₂, N₂) o
formadas por dos o más elementos distintos ( CO₂,
CH₄).
Nomenclatura
Los científicos asignan a cada elemento
un símbolo químico que por lo general
corresponde a la primera letra o a las dos
primeras letras de su nombre en español
o en latín.
La Tabla Periódica
La Tabla Periódica clasifica a los elementos conocidos a
base de sus propiedades, en familias y períodos.
En 1871, el químico ruso Dimitri Mendeleev agrupó los
elementos de acuerdo a la cantidad de protones y a la
manera en que reaccionaban.
El número atómico que se le asigna a cada elemento
corresponde a la cantidad de protones presentes en el
núcleo.
La masa atómica corresponde al total de protones y
neutrones presentes en el núcleo.
La Tabla Periódica
Los elementos de una misma familia
tienen propiedades químicas similares y
se agrupan verticalmente.
Los elementos en un mismo periodo
comparten masas atómicas similares y se
agrupan horizontalmente.
Algunas familias de elementos
Metales alcalinos (I)
Alcalinotérreos (II)
Halógenos (VII)
Gases nobles (VIII)
Metales de transición
Número atómico y Número de masa atómica
La forma apropiada para establecer el
número atómico y el número de masa
atómica de un elemento X es:
–Donde A = Número de masa atómica
• Lo mismo que la suma de los protones y de los
neutrones.
–Donde Z = Número atómico
• Es decir, igual al número de protones.
Número atómico y Número de masa atómica
Cuántos neutrones tiene un átomo de:
Calcio (Ca):
Hierro (Fe):
Bromo (Br):
Helio (He)
Cuántos neutrones posee:
78
36 Se
Isótopos
Hay elementos cuyos átomos no siempre
poseen la misma cantidad de neutrones, esto
ocurre sin que varíen las propiedades del
elemento las cuales están definidas por la
cantidad de protones presentes en el núcleo.
A estas diferentes formas de un elemento las
conocemos como isótopos.
Los isótopos tienen gran utilidad para distintas
áreas de la ciencia.
Relojes radiométricos para determinar la edad de fósiles
Medicina – en tratamientos contra el cáncer y otros estudios.
Estudios ecológicos
Metabolismo de sustancias corporales
Utilidad de Isótopos
Utilidad de Isótopos
Niveles de energía
Los electrones que orbitan el núcleo se encuentran a
unas distancias específicas del núcleo conocidas como
niveles de energía.
En cada nivel de energía cabe cierta cantidad de
electrones.
La energía del electrón está determinada por el orbital en que se
encuentra
Un elemento logra la estabilidad cuando su último nivel
de energía está lleno.
Sino es reactivo
Niveles de energía
Los electrones que se encuentran más
lejos del núcleo son los que tienen mayor
energía
Electrones de valencia
Son los que un átomo puede perder,
ganar o compartir (enlaces)
Diagrama niveles de energía
Formación de compuestos
Los elementos comparten, donan o
reciben electrones en su último nivel de
energía para lograr su estabilidad.
Tales enlaces se clasifican en dos
categorías: iónicos y covalentes.
Enlace iónico
Cuando un átomo ha ganado o perdido
uno o más electrones y adquiere carga
positiva o negativa se conoce como ión.
Iones con cargas opuestas forman
compuestos por medio de un enlace
químico conocido como enlace iónico o
electrovalente.
Ejemplo, sal de mesa Na+ Cl-
Enlace covalente
El enlace en que se comparten los
electrones se conoce como un enlace
covalente.
El carbono forma enlaces covalentes
fácilmente, lo que le confiere una gran
capacidad para formar moléculas largas y
complejas.
AGUA
Fundamental para la vida
Características:
Molécula polar
Solvente Universal
Lubricante
Medio de Transporte
Regula la temperatura
Existe en los tres estados de la Materia:
Sólida, líquida y gaseosa
Ácidos y Bases
Ácido: sustancia que libera grupos H+
(iones H+) en el agua y que aumenta su
concentración en comparacón al agua
pura
Base: sustancia que libera grupos OH-
(iones OH-) en el agua y que aumenta su
concentración en comparacón al agua
pura
Características
Ácidos:
Tienen un sabor agrio característico
Corrosivos
Se vuelven menos ácidos cuando se
mezclan con las bases (producen sales)
Neutralización
Bases:
Sabor amargo característico
Resbaladizas
Se vuelven menos básicas cuando se mezclan con
ácidos (producen sales)
Escala de pH
pH: quiere decir Potencial de Hidrógeno =
-log10 de iones de H
La escala va de 0 – 14
7 es Neutro (no reactivo)
Menos de 7 es ácido
Más de 7 es alcalino (básico)
Escala de pH
pH de sustancias comunes:
Sustancias Ácidas
Sustancias pH
Ácido de batería 1.0
Jugos gástricos 1.0 - 2.0
Limón 2.4
Toronja 3.2
Vinagre 3.0
Coca Cola 3.0
Tomate, guineo, uvas 4.0 - 4.6
Cerveza 4.0
Café negro 5.0
Leche 6.5
pH de sustancias comunes:
Sustancias Alcalinas
Sustancia pH
Agua de mar 7.8-8.3
Clara de huevo 8.0
Soda de hornear 9.0
(“baking soda)
Detergentes (fosfatados) 9.0 – 10.0
Cloro 9.5 – 10.0
Amoníaco 11.5
NaOH 14.0
pH de otras sustancias comunes
Orina 4.8 – 7.5
Saliva 6.4 – 6.9
Agua pura 7.0 (Neutra)
Sangre 7.35 – 7.45
Lágrimas 7.4