Segundo trimestre. Tema 1: ESTRUCTURA DE LOS MATERIALES. Modelos atómicos.

 Tema 1: ESTRUCTURA DE LOS MATERIALES

Estructura de Lewis (electrones de Valencia) y Enlaces Químicos

Configuración Electrónica y Niveles de Energía.

Aprendizajes Esperados: •Identifica los componentes del modelo atómico de Bohr (protones, neutrones y electrones), así como la función de los electrones de valencia para comprender la estructura de los materiales.

Aprendizajes Esperados:  •Representa el enlace químico mediante los electrones de valencia a partir de la estructura de Lewis.

Aprendizaje Esperado. Indica la manera en la cual los electrones se estructuran y organizan en un átomo de acuerdo con los subniveles de energía s,p,d,f

  ¿Qué es el número atómico?

Es el número total de protones que componen el núcleo atómico de un elemento químico determinado.

Suele denotarse con la letra Z y colocarse como subíndice a la izquierda del símbolo químico del elemento en cuestión, justo debajo del número másico A (cantidad de nucleones en el núcleo, es decir, suma del número de protones y el número de neutrones). Por ejemplo: Na (elemento: sodio, número atómico: 11, y número másico: 23).

Todos los átomos están compuestos de partículas subatómicas: algunas forman parte de su núcleo (protones y neutrones) y otras giran a su alrededor (electrones). Los protones tienen carga positiva, los neutrones tienen carga neutra y los electrones tienen carga negativa (electrones).

Dado que los átomos en la naturaleza son eléctricamente neutros, la cantidad de partículas positivas y negativas es la misma, de modo que si un átomo tiene Z = 11, tendrá once protones y once electrones alrededor.

Además, el número atómico permite organizar los elementos conocidos en la Tabla Periódica, van del menor al mayor número de protones en el núcleo a medida que se avanza por las filas y columnas de la tabla. Por ejemplo, el hidrógeno (H) tiene apenas un protón (Z = 1), mientras que el oganesón (Og) posee ciento dieciocho (Z = 118). Así se puede diferenciar elementos livianos de elementos pesados.

 

El número másico es la suma de los protones y los neutrones. Se denota con la letra A (del alemán Atomgewicht) como superíndice a la izquierda del símbolo químico (por ejemplo: 23Na). El número másico o masa atómica suele ser aproximadamente el doble que el número atómico ya que los neutrones brindan estabilidad al núcleo atómico, y superan así la natural repulsión entre protones de carga positiva. A diferencia del número atómico, el número másico varía en cada isótopo.

El número másico puede calcularse según la fórmula: Número másico (A) = número atómico (Z) + número de neutrones (N).

No debe confundirse el número másico con la masa atómica. La masa atómica se mide en unidades u.m.a (unidad de masa atómica) o Da (dalton). Esta unidad se calcula a partir del átomo de carbono y cada u.m.a es una doceava parte de su masa. En la tabla periódica figura la masa atómica del isótopo más estable.

 

¿Qué es un átomo?

Se conoce como átomo a la unidad más pequeña que constituye la materia. Los átomos tienen las propiedades del elemento químico que componen y, a su vez, los elementos están organizados y clasificados según sus números atómicos, configuración electrónica y propiedades químicas en la Tabla Periódica de los elementos.

Un mismo elemento químico puede estar compuesto por distintos átomos de la misma clase, es decir, con mismo número atómico (número de protones que tiene cada átomo en el elemento), aunque sus masas atómicas sean distintas.

Por ejemplo, existen distintos átomos de un mismo elemento que difieren en su número de neutrones, y son llamados isótopos, un caso representativo son los isótopos del elemento carbono (12C, 13C, 14C). Entonces, cada átomo pertenece a un mismo elemento químico o no, dependiendo de su número de protones, por lo que los átomos con el mismo número de protones pertenecen a un mismo elemento químico.

¿Cómo se compone un átomo?

Los átomos están compuestos por un núcleo y uno o varios electrones (que tienen carga negativa) alrededor de él. El núcleo está compuesto por partículas llamadas protones y neutrones. Los protones tienen carga positiva y los neutrones son neutros. Al conjunto de protones y neutrones se les llama nucleones.

Los protones y electrones se atraen entre sí por la fuerza electromagnética (interacción que presentan las partículas cargadas con campos eléctricos y magnéticos), mientras que los protones y neutrones se atraen entre sí por la fuerza nuclear (fuerza que experimentan únicamente las partículas que componen el núcleo atómico).

Los átomos se componen de dos partes esenciales:

El núcleo. Alrededor del 99,94 % de la masa de un átomo está concentrada en el núcleo, donde están los protones y los neutrones (que en su conjunto son llamados “nucleones”), unidos por las fuerzas nucleares fuertes, lo cual impide que los protones se repelan entre sí, al poseer una misma carga eléctrica.

Los orbitales atómicos. Un orbital describe una región del espacio que rodea al núcleo atómico en la que la probabilidad de encontrar un electrón es muy alta. Estas regiones tienen diferentes formas que son obtenidas como resultado de resolver la ecuación estacionaria de Schrödinger. Erwin Schrödinger fue un científico austríaco que desarrolló en 1925 esta ecuación para calcular la evolución de una partícula subatómica, como por ejemplo los electrones. Así, los electrones forman una especie de “nube” alrededor del núcleo, que está representada por la forma de los orbitales atómicos. Por otra parte, cada orbital atómico corresponde a un cierto valor de energía para los electrones, por lo que están organizados según sus valores de energía. En la siguiente figura se muestran las formas de los primeros orbitales atómicos:

 ¿Qué son las partículas subatómicas?

Se entiende por partículas subatómicas a las estructuras de la materia que son más pequeñas que el átomo y que, por ende, forman parte de éste y determinan sus propiedades. Dichas partículas pueden ser de dos tipos: compuestas (divisibles) o elementales (indivisibles).

A lo largo de la historia, el ser humano ha estudiado la materia y ha propuesto diversas teorías y aproximaciones más o menos científicas a las partículas más pequeñas que existen, las que lo componen todo.

Los distintos modelos atómicos propuestos desde la antigüedad encontraron lo que parece ser su forma definitiva en la contemporaneidad, gracias al desarrollo de la teoría cuántica, la electroquímica y la física nuclear, entre otras disciplinas.

 Así, se sabe hoy que el átomo, la unidad más pequeña en que se encuentra la materia y que tiene las propiedades de un elemento químico, se compone en su mayor parte de vacío, con un núcleo de partículas en el que se concentra el mayor porcentaje de su masa, y otras partículas más (los electrones) girando a su alrededor.

Las partículas subatómicas se clasifican de acuerdo a diversos criterios. Por ejemplo, las partículas más conocidas y estables son tres: electrones, protones y neutrones, diferentes entre sí por su carga eléctrica (negativa, positiva y neutra respectivamente) y su masa, o por el hecho de que los electrones son partículas elementales (indivisibles) y las últimas dos son compuestas. Además, los electrones orbitan el núcleo, mientras los protones y neutrones lo componen.

 Por otro lado, los protones y neutrones, al ser partículas compuestas, pueden subdividirse en otras partículas llamadas quarks.

¿Qué es un electrón?

Un electrón es un tipo de partícula subatómica que presenta carga eléctrica negativa y que orbita activamente el núcleo atómico (compuesto por protones y neutrones), que presenta una carga eléctrica positiva.

 El tamaño de un electrón es 1836 veces menor que el de los protones (aportan el 0,06 % de la masa total de un átomo) y, al no tener subestructuras ni divisiones, se lo considera una partícula elemental de la materia.

Los electrones juegan un rol esencial en determinas fuerzas y fenómenos físicos de la naturaleza, como la electricidad, el magnetismo o la conductividad térmica, y en gran medida determinan las uniones atómicas, tanto iónicas (de pérdida o ganancia de electrones) o covalentes (de uso conjunto de electrones). Los electrones generan campos eléctricos que afectan a las partículas cargadas a su alrededor.

El origen de los electrones, conforme a la teoría más aceptada respecto del origen del universo, apunta a que se formaron durante los primeros milisegundos del Big Bang, cuyas temperaturas superaban los 1010 K, suficientes para formar pares de positrones (e+) – electrones (e-) que se aniquilaban entre sí por tener carga eléctrica contraria.

Por razones desconocidas, el número de electrones fue muy superior al de los protones, por lo que sobrevivieron y empezaron a ser atraídos por los primeros protones cuando el universo se enfrió lo suficiente, formando así los átomos más elementales de la naturaleza.

La cantidad de electrones en los átomos de la materia determina que ésta tenga una carga neutra (equilibrio entre protones y electrones), positiva (escasez de electrones) o negativa (exceso de electrones).

Al mismo tiempo, existen electrones “libres” que pueden desplazarse de un átomo a otro de la materia, generando flujos eléctricos o campos magnéticos, dependiendo de la temperatura a la que se encuentren. Existen materiales que se conocen como conductores, en los que los electrones pueden moverse libremente de átomo en átomo y así generar flujos de átomos en movimiento, lo que conoce como corriente eléctrica.

Los electrones pertenecen a un tipo de partículas elementales llamadas leptones. Existen también otros dos grupos de partículas elementales denominadas quarks y bosones. Para cada tipo de partícula existen tres familias o generaciones.

 Los electrones son los leptones con carga eléctrica de menor masa del conjunto, y pertenecen a la primera generación de partículas fundamentales (la segunda y tercera generación contiene a las partículas muon y tau).

 La masa de un electrón es siempre 9,019 x 10-31 kg y su carga eléctrica respectiva es de -1,602 x 10-19 coulomb, lo cual representa una carga idéntica a la del protón, pero de signo opuesto. Esa medida es conocida como la carga elemental de la naturaleza.

 ¿Quién descubrió el electrón?

El electrón fue descubierto a finales del siglo XIX, gracias a sucesivas investigaciones en el campo de la conductividad eléctrica en gases. Utilizando rayos catódicos se observaron fenómenos que llevaron a la conclusión de que estos rayos eran partículas cargadas negativamente, llamadas inicialmente corpúsculos y que tenían la milésima parte de la masa del ion de hidrógeno, el menos masivo de todos los átomos. Lo curioso es que, al variar la naturaleza del gas empleado, estas partículas conservaban todas sus características.

A fines del siglo XIX, el irlandés George Francis Fitzgerald las bautizó “electrones”, nombre que desde el principio gozó de aceptación general. La pertenencia de estas partículas a la estructura del átomo se postuló alrededor de 1900, gracias a los experimentos de Rutherford, Moseley, Franck y Hertz, y al modelo atómico propuesto posteriormente por Niels Bohr.

 ¿Qué es un protón? El protón es un tipo de partícula subatómica, es decir, una de las partículas mínimas que constituyen al átomo. Pertenece a la familia de los fermiones y está dotado de carga eléctrica positiva.

 Toda la materia está hecha de átomos, y estos a su vez, están compuestos esencialmente por tres tipos de partículas dotados de carga eléctrica diferente: los electrones (carga negativa), los neutrones (carga neutra) y los protones (carga positiva).

 Durante mucho tiempo se pensó que el protón era un tipo fundamental de partícula, es decir, que no se lo podía dividir. Sin embargo, hoy existe sólida evidencia de que está compuesto de quarks.

 En todo caso, el protón es una partícula subatómica estable. A diferencia del electrón, que orbita alrededor del núcleo del átomo, los protones se encuentran contenidos en el núcleo atómico junto a los neutrones, aportando la mayor parte de la masa atómica.

 Los protones fueron descubiertos en 1918 por Ernest Rutherford (1871-1937), químico y físico británico. En medio de experimentos con gas de nitrógeno, Rutherford notó que sus instrumentos detectaban la presencia de núcleos de hidrógeno al disparar partículas alfa contra el gas.

 Además, el británico J. J. Thompson (1856-1940) ya había descubierto los electrones y su carga negativa, es decir que era necesario que hubiera en el átomo algún otro tipo de partícula con carga opuesta.

Los protones son partículas compuestas estables, mucho más masivos que un electrón (1836 veces) y dotados de una carga elemental positiva de 1 (1,6 x 10-19 C). Se encuentran compuestos por tres partículas elementales o quarks: dos “up” (arriba) y uno “down” (abajo). Su vida media es superior a 1035 años, momento a partir del cual son susceptibles de descomponerse.

 Los protones poseen, como otras partículas subatómicas, un espín propio, o sea, un momento angular intrínseco e invariable, que en este caso es de ½. Esta propiedad resulta particularmente útil para las resonancias magnéticas nucleares y otro tipo de aplicaciones tecnológicas modernas.

 ¿Qué es un neutrón?

Un neutrón es un tipo de partícula subatómica (partículas que componen los átomos de la materia) presente en el núcleo de algunos átomos y dotada de una carga eléctrica neutra. Todos los átomos del universo se componen de neutrones, protones (de carga eléctrica positiva) y electrones (de carga eléctrica negativa).

 Los neutrones se hallan en el núcleo de los átomos (excepto en el de hidrógeno), junto a los protones. Se mantienen allí unidos por fuerzas nucleares fuertes, mientras que los electrones, en el módelo atómico clásico, danzan alrededor en distintas órbitas. Por ese motivo se les conoce a protones y neutrones como nucleones.

Descubrimiento del neutrón

James Chadwick-neutron

James Chadwick comprobó experimentalmente la existencia del neutrón.

Antes del descubrimiento de los neutrones, existía una incógnita respecto a la masa y carga de los átomos, en especial cuando se evidenció que los electrones no podían estar en el núcleo atómico, pero que la masa nuclear no se correspondía exactamente con la masa total de los protones.

 Así, el físico alemán Ernest Rutherford, quien descubrió los protones, propuso en 1920 la necesidad de que existiera un neutrón, o sea, una partícula que aportara masa al átomo sin modificar su carga eléctrica.

 Años después, los neutrones fueron descubiertos en 1932, por el físico inglés James Chadwick, ganador en 1935 del Premio Nobel de Física. Gracias a distintas experiencias y estudios de la radiación obtenida al golpear parafina u otros compuestos ricos en hidrógeno, Chadwick demostró que las predicciones físicas no se correspondían con el fenómeno observado.

Es decir que la radiación obtenida provenía de partículas similares al protón, pero que no poseían una carga eléctrica. Esa fue la primera experiencia que condujo al hallazgo formal de los neutrones.

 Propiedades de los neutrones. Los neutrones poseen una masa similar a la del protón, pero ligeramente mayor (1,00137 veces) y, por lo tanto, mucho mayor a la del electrón (1838,5 veces). Como los protones, están compuestos por partículas fundamentales llamadas quarks. Los neutrones poseen dos quarks “down” (abajo) y uno “up” (arriba). La suma de las cargas de estos quarks es cero.

 Cuando se encuentran en el núcleo atómico, los neutrones son estables, pero cuando se hallan por fuera, en estado libre, poseen una vida media de 879,4 segundos, antes de descomponerse en un protón, un electrón y antineutrino electrónico. Esto es lo que ocurre a menudo en el interior de las plantas nucleares, donde hay una alta concentración de neutrones libres.

 Una breve historia de los átomos. La evolución química del Universo.

Los filósofos griegos discutieron mucho sobre la naturaleza de la materia y concluyeron que el mundo era más sencillo de lo que parecía.

En el siglo V a.C., Leucipo pensaba que sólo había un tipo de materia. Sostenía, además, que, si dividíamos la materia en partes cada vez más pequeñas, acabaríamos encontrando una porción que no se podría seguir dividiendo. Un discípulo suyo, Demócrito, bautizó a estas partes indivisibles de materia con el nombre de átomos, término que en griego significa “que no se puede dividir”.

Empédocles estableció que la materia estaba formada por 4 elementos: tierra, agua, aire y fuego.

Aristóteles negó la existencia de los átomos de Demócrito y reconoció la teoría de los 4 elementos, que, gracias al prestigio que tenía, se mantuvo vigente en el pensamiento de la humanidad durante 2000 años. Hoy sabemos que aquellos 4 elementos iniciales no forman parte de los 106 elementos químicos actuales.

Una vez aceptada la teoría atómica de la materia, los fenómenos de electrización y electrólisis pusieron de manifiesto, por un lado, la naturaleza eléctrica de la materia y, por otro, que el átomo era divisible, es decir, que estaba formado por partículas más pequeñas que el propio átomo.

Después de la suposición del Demócrito, ahí quedo la cosa hasta que Dalton, en 1803 lanzó su teoría atómica de la materia y la demostró con múltiples experimentos.

En ella decía que todos los elementos que se conocen están constituidos por átomos y que estos eran lo más pequeño en que se podía dividir la materia, es decir eran indivisibles.

Fue el primero en crear una «Teoría Atómica» llamada Teoría Atómica de Dalton.

Dalton utilizó su teoría para explicar y demostrar la existencia del átomo, más o menos igual que Demócrito, pero con un montón de experimentos que se habían hecho sobre los gases, y para calcular los pesos atómicos de los elementos.

La teoría atómica de Dalton era útil para muchos cálculos y ayudaba a explicar una gran cantidad de datos.

El error de su teoría era que decía que el átomo era indivisible, cosa que hoy en día se ha demostrado que es falso.

Faltaba por descubrir el electrón, el protón, el neutrón y el núcleo del átomo.

En 1906 J.J. Thomson, supuso que Dalton estaba equivocado, porque el átomo estaba compuesto de electrones, partículas más pequeñas que el átomo.

Los experimentos de Thomson mostraron que las partículas negativas son todas iguales y más pequeñas que los átomos.

Thomson llegó a la conclusión de que las partículas negativas no podían ser las unidades fundamentales de la materia, ya que eran todas iguales.

En lugar de ello, planteó que deberían ser parte de los átomos.

Las partículas negativas fueron más tarde llamadas electrones. Thomson fue el descubridor del electrón Millikan, lo confirmó veinte años después.

En 1911 Rutherford, lanzó la primera teoría sobre la estructura del átomo, en ella decía que los electrones giraban alrededor del núcleo como si fuera un sistema solar en miniatura.

Fue el descubridor del núcleo del átomo.

Esta teoría se mantuvo hasta 1913, fecha en la cual Bohr, lanzó una nueva teoría atómica, en ella decía que los electrones giran alrededor del núcleo en órbitas y las demás partículas se concentraban en el núcleo del átomo.

Esta teoría fue y es de las más importantes, llamada Teoría Atómica de Bohr.

Más tarde, En 1919, de nuevo Rutherford, descubrió que el núcleo de los átomos estaba compuesto por protones, y que estos tenían carga positiva.

La teoría atómica de Bohr no era la definitiva, pero si la base de las teorías actuales sobre el átomo.

Y en 1932 Chadwick, descubrió el neutrón, una de las partículas fundamentales de la materia que se encuentra en el núcleo del átomo.

 

 

 

 

 

 

 

 

Tema 6: PROPIEDADES DE LOS MATERIALES Y SU CLASIFICACIÓN QUÍMICA. (Clasificación de los Materiales mezclas y sustancias puras: compuestos y elementos).

 Tema 6: PROPIEDADES DE LOS MATERIALES Y SU CLASIFICACIÓN QUIMICA. (Clasificación de los Materiales mezclas y sustancias puras: compuestos y elementos).

Aprendizajes Esperados: Establece los criterios para clasificar materiales cotidianos en mezclas, compuestos y elementos su composición y su pureza.  Representa y diferencia mezclas, compuestos y elementos con base en el modelo corpuscular.

Sustancias Puras

Las sustancias puras están formadas por átomos o moléculas todas iguales, tienen propiedades específicas que las caracterizan y no pueden separarse en otras sustancias por procedimientos físicos. Las sustancias puras se clasifican en elementos y compuestos.

Una sustancia pura conserva siempre las mismas propiedades físicas y químicas, por lo que responde siempre de idéntica manera a un estímulo o reacción determinados. Es decir, a una misma presión y temperatura, las propiedades físicas como el punto de ebullición, el punto de fusión y la densidad de una sustancia pura no varían. Por otra parte, las sustancias puras no se pueden separar en sus elementos constitutivos empleando métodos físicos de separación, solo podrán ser descompuestas o transformadas en otras sustancias por medio de reacciones químicas.

Por otro lado, una sustancia pura siempre carecerá de añadidos suplementarios o de cualquier tipo de contaminante que altere su estructura fundamental. Igualmente, se debe aclarar que la pureza absoluta no existe, todas las sustancias tienen al menos una muy pequeña cantidad de alguna impureza, a pesar de que el avance tecnológico ha permitido purificar en un alto grado a las sustancias.

Ejemplos de sustancias puras.

El helio puro. Se utiliza contenido en estado gaseoso en el relleno de los globos de fiesta, o entre los elementos producidos en las reacciones nucleares del hidrógeno. Es un gas noble, es decir, un gas con bajísima reactividad y que, por lo tanto, no suele combinarse con otras sustancias para formar nuevas estructuras químicas.

El agua pura. A menudo referida como agua destilada, se la obtiene mediante procesos de purificación y destilación en laboratorios químicos, donde se le eliminan impurezas como sales minerales, microorganismos, entre otras, de esta forma quedan solo las moléculas de agua (H2O).

El oro puro. El oro puro, de 24 kilates, es un bloque elemental único, constituido por átomos de oro (Au) única y exclusivamente.

Los diamantes. Aunque no lo parezca, los diamantes (una de las materias más duras conocidas) están compuestos por átomos de carbono (C) únicamente, dispuestos de una manera tan particular que sus enlaces resultan casi irrompibles.

El azufre. Este elemento de la tabla periódica se halla en muchas sustancias simples o compuestas, ya que es un elemento muy reactivo. Con una pureza del 99,9%, se usa como materia prima en muchos procesos industriales.

El ozono. Es un compuesto de rara aparición en nuestro ambiente cotidiano, pero abundante a las presiones y temperaturas de la alta atmósfera. Consiste en una molécula semejante a la del oxígeno (O2), pero de tres átomos de dicho elemento (O3) y se emplea a menudo para purificar aguas.

El benceno (C6H6). Es un hidrocarburo aromático, es decir, que está compuesto por átomos de carbono e hidrógeno, y tiene enlaces simples y dobles alternados entre los átomos de carbono. Es incoloro, con un olor dulce, inflamable y tóxico, pero obtenible en estado de bastante pureza, conservando sus propiedades y reacciones.

El cloruro de sodio (NaCl). La sal común que tenemos en casa es una sustancia compuesta que se puede obtener bastante pura. Se integra por dos elementos: cloro y sodio. En cambio, cuando la añadimos a la sopa, formará parte de una mezcla bastante compleja.

El dióxido de carbono (CO2). Es el gas que expulsamos luego de la respiración y que las plantas requieren para el proceso de fotosíntesis. Compuesto por carbono y oxígeno, suele estar disuelto (mezclado) en la atmósfera junto a otros gases, pero cuando es tomado por las plantas o se obtiene en laboratorio, se halla con un alto grado de pureza.

El grafito. Es otra de las apariciones puras del carbono, semejante al diamante químicamente, aunque no tanto en lo físico. Está compuesto por átomos de carbono únicamente, en una alineación molecular mucho más débil y maleable que la de los diamantes.

Elemento

Los elementos también pueden llamarse sustancias puras simples y están formados por una sola clase de átomos, es decir, átomos con el mismo número de protones en su núcleo y por lo tanto con las mismas propiedades químicas. Los elementos no pueden descomponerse en otras sustancias puras más sencillas por ningún procedimiento. Son sustancias puras simples todos los elementos químicos de la tabla periódica. A las sustancias formadas por moléculas compuestas por átomos iguales también se les considera elementos, por ejemplo el oxígeno gaseoso, oxígeno molecular o dioxígeno.

Compuesto

Los compuestos son sustancias formadas por la unión de dos o más elementos de la tabla periódica en proporciones fijas.

Una característica de los compuestos es que poseen una fórmula química que describe los diferentes elementos que forman al compuesto y su cantidad. Los métodos físicos no pueden separar un compuesto, éstos solo pueden ser separados en sustancias más simples por métodos químicos, es decir, mediante reacciones.

Por ejemplo, el agua es una sustancia pura, pero si la sometemos a electrólisis la podemos separar en los elementos que la forman, el oxígeno y el hidrógeno

Mezcla

Una mezcla resulta de la combinación de dos o más sustancias donde la identidad básica de cada una no se altera, es decir, no pierden sus propiedades y características por el hecho de mezclarse, porque al hacerlo no ocurre ninguna reacción química.

Por ejemplo, si se mezcla limadura de hierro con azufre, cada sustancia conserva sus propiedades. La composición de las mezclas es variable, las sustancias que componen a una mezcla pueden presentarse en mayor o menor cantidad. Otra característica de las mezclas es que pueden separarse por métodos físicos.
En la mezcla de hierro y azufre puede utilizarse la propiedad de magnetismo que presenta el hierro para ser separado del azufre.

Mezcla homogénea

Las mezclas homogéneas se llaman también disoluciones. Tienen una apariencia totalmente uniforme por lo que sus componentes no pueden distinguirse a simple vista. Se dice que este tipo de mezclas tiene una sola fase. En química se denomina fase a una porción de materia con composición y propiedades uniformes. Por ejemplo, el agua de mar está formada por agua y muchas sales solubles, donde se observa una sola fase.

Mezcla heterogénea

Las mezclas heterogéneas presentan una composición no uniforme, sus componentes pueden distinguirse a simple vista, en otras palabras, se observan diferentes sustancias en la mezcla. Los componentes de este tipo de mezcla existen como regiones distintas que se llaman fases. Una mezcla heterogénea se compone de dos o más fases. Si observas la piedra de granito, puedes ver zonas de distinto color que indican que la roca está formada de cristales de distintas sustancias.

Una molécula es la unión de dos o más átomos (del mismo o distintos elementos químicos) mediante enlaces químicos, que forman un conjunto estable. Por ejemplo: la molécula de agua es H2O.

Las moléculas constituyen la más pequeña división de una sustancia química sin que pierda sus propiedades físico-químicas o se desnaturalice (es decir, se dé un cambio estructural, no atómico, de biomoléculas como proteínas o ácidos nucleicos, que conduce a la pérdida de sus funciones biológicas). Por lo general, las moléculas son eléctricamente neutras (excepto los iones moleculares, que son moléculas de carga positiva o negativa).

TEMA 5: Primera revolución de la química • Aportaciones de Lavoisier: la Ley de conservación de la masa.

 TEMA 5: Primera revolución de la química • Aportaciones de Lavoisier: la Ley de conservación de la masa.

Aprendizaje esperado: Argumenta la importancia del trabajo de Lavoisier al mejorar los mecanismos de investigación (medición de masa en un sistema cerrado) para la comprensión de los fenómenos naturales. • Identifica el carácter tentativo del conocimiento científico y las limitaciones producidas por el contexto cultural en el cual se desarrolla.

La revolución química: 1789-1790

La revolución química, ​ también conocida como la primera revolución química, es la reformulación de la química basada en la ley de conservación de la materia y la teoría de combustión del oxígeno.

¿Cuál fue la primera revolucion de la quimica?

La revolución química se produjo a finales del siglo XVIII. También es llamada, primera revolución química significo una reformulación de la química. La revolución química se centró en el trabajo del químico francés Antoine Lavoisier, también llamado “padre de la química moderna”. .

La Primera Revolución de la química es el período de transición entre la «alquimia mística» hacia la química moderna.

En esta etapa la química tuvo un auge bastante sustancial en su desarrollo pues explicaba fenómenos que se consideraban místicos en la antigüedad. Su principal impulsor fue Antoine Lavoisier.

Algunos científicos marcan como inicio de la Primera Revolución química, una publicación de un artículo del científico Isaac Newton, en donde designa una serie de valores relativos a los elementos químicos. En los primeros tiempos de la historia de la química, los experimentos químicos realizados se hacían en un espacio abierto, esto significa que no había control sobre la entrada o salida de materiales ya sea del experimento o ajenos a él. Por este motivo no se tenían resultados apropiados.

Antes del inicio de esta revolución la química apenas iniciaba como ciencia. Se basaba en principios filosóficos que simplemente no podían defenderse por falta de bases científicas para hacerlo.

La química estaba rodeada de un aire místico. La teoría original había sido propuesta por Aristóteles, quién definió cuatro elementos básicos en el planeta: el aire, el fuego, el agua y la tierra.

Hubo otro concepto químico que salió a la luz pública a comienzos del siglo 18, llamado flogisto. El flogisto fue una teoría desarrollada por un químico alemán llamado Georg Ernest Stahl, «todo componente capaz de producir una reacción explosiva contiene fuego en su interior», ese elemento hipotético era conocido como flogisto.

Lavoisier y la primera revolución de la química

Lavoisier identificó propiedades de los gases y se dio cuenta que, antes y después de la combustión, el peso del recipiente cerrado era el mismo. Con este resultado propuso que la masa de las sustancias dentro de un sistema cerrado se mantendrá constante sin importar cuántos cambios físicos o químicos se realicen, esto se conoce como la Ley de la conservación de la masa. También tuvo una labor fundamental en el desarrollo del sistema internacional de medidas.

En 1650 Otto von Guericke inventó la bomba de vacío, Lavoisier la empleó para determinar con precisión la masa de las sustancias iniciales y finales de un cambio químico, de esta manera identificó la participación de los gases en las combustiones.

Antes del experimento de Lavoisier se creía que los gases no tenían masa porque se elevaban al cielo, con la experimentación en un sistema cerrado la masa total de los componentes se conserva.

Lavoisier experimentó con el fósforo y sulfuro las reacciones químicas que generaba la combustión de estos elementos, que no podían ser explicadas por el flogisto, por lo que el científico francés dudaba de la veracidad de la teoría.

Los experimentos de Lavoisier lo llevaron a entender que el aire, juega un papel importante en el proceso de combustión de los elementos.

Al tomarse en cuenta el aire como un elemento clave del proceso químico, se dio un salto enorme en el mundo de la química para desarrollar la teoría moderna de la combustión.

En 1777, Lavoissier propuso la teoría de la combustión. Su teoría hizo que el mismo desarrollará el concepto de oxígeno el cual sustituyó por el de «aire respirable» qué se usaba anteriormente. El oxígeno descubierto y la nueva teoría de combustión en vigencia, la Revolución química se encontró en su pleno apogeo.

A partir del descubrimiento del oxígeno y la importancia que éste tuvo en los procesos de combustión, Lavoissier sentó las bases para la química como ciencia moderna.

Gracias a este nuevo proceso de combustión, se determinó que el agua es un compuesto de dos elementos: Oxígeno y «aire inflamable», lo que hoy en día se conoce como hidrógeno.

Lavoissier desarrolló un libro donde explica todas sus teorías, considerado uno de los primeros textos de la química moderna, con este libro pasó a ser considerado como el principal exponente de «la Revolución química».

La Primera Revolución de la química culminó con la introducción de la tabla periódica de los elementos a finales del siglo XIX a manos del químico ruso Dimitri Mendeleyev.

Personajes importantes en la Primera Revolución de la química

Antoine Lavoisier

• Se le conoce como el padre de la química moderna sus experimentos pusieron en marcha «la revolución-química».
• Dio nombre al oxígeno, gracias a sus descubrimientos, se puede sistematizar la nomenclatura de los elementos químicos.
• Estableció la ley de la conservación de masa un elemento clave en la química moderna «la masa no se crea ni se destruye sólo se transforma».
• Su estudio acerca de la combustión le permitió descubrir la importancia que tiene el aire en las reacciones químicas.

Joseph Priestley

• Fue un clérigo y científico inglés, aporte que hizo a la química es su investigación sobre los componentes gaseosos del planeta y fue un defensor del concepto químico llamado flogisto.
• En el año de 1772, publicó 6 libros donde explicó los resultados de sus experimentos.
• Priestley utilizó la teoría del flogisto para explicar la existencia de los tres tipos de gases conocidos hasta la época: el aire, el hidrógeno y el dióxido de carbono.
• Su descubrimiento revolucionó al mundo de la química y dio a Lavoisier una herramienta clave para el nombramiento del oxígeno.

Henry Cavendish

• Fue un químico británico, considerado como uno de los teóricos y experimentales más importantes en la historia de Inglaterra.
• Desarrolló con gran precisión una gran cantidad de teorías referentes a la composición del aire en la atmósfera y definió las propiedades de diversos gases presentes en el ambiente.
• Además, aportó conocimientos al entendimiento de la síntesis del agua y logró identificar por primera vez al hidrógeno como un gas.

La combustión y el ataque al flogisto

En sus experimentos con fósforo y azufre, sustancias que se quemaban fácilmente, Lavoisier surgió que, al combinarse con el aire, aumentaban de peso. Con cal de plomo podía capturar una gran cantidad de aire, que se liberaba cuando se calentaba dicha cal. Para Lavoisier, que a estas alturas ya era escéptico, el flogisto no podía explicar estos resultados.

Aunque Lavoisier se dio cuenta de que la combustión involucró al aire, la composición exacta del aire no se conocía por aquel entonces. En agosto de 1774, el eminente filósofo natural inglés Joseph Priestley se reunió con Lavoisier en París. Describió cómo, recientemente, había calentado cal de mercurio (un polvo rojo) y recogido un gas que hacía arder una vela de manera potente. Priestley creía que su "aire puro" mejoraba la respiración y hacía que las velas ardiesen por más tiempo porque estaba libre de flogisto. Por esta razón, llamó al gas que obtuvo de la destrucción de la cal de mercurio “aire desflogisticado”.

Intrigado, Lavoisier repitió en París el experimento de Priestley con mercurio y otros metales. Finalmente llegué a la conclusión de que el aire común no era una sustancia simple. En cambio, argumentó, debía de haber dos componentes: uno que se combinaba con el metal y apoyaba la respiración, y otro que no apoyaba ni la combustión ni la respiración. En 1777, Lavoisier estaba listo para proponer una nueva teoría de la combustión que excluía el flogisto. La combustión, dijo, era la reacción de un metal o una sustancia orgánica con esa parte del aire común que se denominó "eminentemente respirable". Dos años después, anunció a la Real Academia de Ciencias de París que había descubierto que la mayoría de los ácidos contenían este aire respirable. Lavoisier lo llamó oxígeno, combinando las dos palabras griegas para decir generador de ácido.

Lavoisier comenzó su ataque a gran escala contra el flogisto en 1783, afirmando que "el flogisto de Stahl es imaginario". Llamó al flogisto "un verdadero Proteo, que cambia de forma a cada instante", Lavoisier afirmó que era hora de "reconducir la química a una forma más estricta de pensar" y "distinguir lo que es hecho y observación de lo que es sistema e hipótesis". Como punto de partida, ofreció su teoría de la combustión, en la que el oxígeno juega un papel central.

La vida de Antoine-Laurent Lavoisier (1743-1794)

"Lavoisier era un parisino de los pies a la cabeza y un hijo de la Ilustración", escribió el biógrafo Henry Guerlac. Hijo de Jean-Antoine y Émilie Punctis Lavoisier, ingresó en el Colegio de las Cuatro Naciones con 11 años. Allí recibió una sólida formación en artes y clásicas, y entró en contacto con la mejor ciencia de París. Lavoisier cedió a la influencia de su padre, abandonó su bachillerato en artes y aprendió derecho, obteniendo el título de abogado en 1763. Pero su interés por la ciencia prevaleció, avivado por el geólogo Jean-Étienne Guettard, a quien conoció en el Colegio. Después de graduarse, comenzó una larga colaboración con Guettard en un estudio geológico de Francia.

Lavoisier mostró una preferencia temprana por las mediciones cuantitativas y pronto comenzó a aplicar su interés por la química al análisis de muestras geológicas, especialmente el yeso. Debido a su talento para los análisis cuidadosos y su prodigiosa producción, fue elegido miembro de la Academia de Ciencias a la edad de 25 años. Al mismo tiempo, Lavoisier adquirió parte de la fortuna que había heredado de su madre para comprar una participación en la Ferme Générale, un grupo privado que recaudaba varios impuestos para el gobierno. Esta fatídica decisión más tarde le costaría la vida en el punto álgido de vida.

Se llevó a cabo con Marie Anne Pierrette Paulze el 16 de diciembre de 1771; él tenía 28 años y ella 14. "El matrimonio fue feliz", según el biógrafo de Lavoisier, Douglas McKie. "La señora Lavoisier poseía una gran inteligencia; se interesó mucho por el trabajo científico de su marido y rápidamente comenzó a participar en sus trabajos. Más tarde, lo ayudó en el laboratorio y dibujó bocetos de sus experimentos. Realizó muchas de las anotaciones en sus cuadernos de laboratorio. Aprendió inglés y tradujo varias memorias científicas al francés".

Lavoisier se involucró aún más en la vida pública en 1775, cuando fue nombrado uno de los cuatro comisionados de la Comisión de la Pólvora, encargado de reformar y mejorar la producción de pólvora. Lavoisier se mudó a su residencia y laboratorio al arsenal de París. Durante casi 20 años, atrajo a muchos visitantes distinguidos. Dedicaba varias horas todos los días y un día completo a la semana a experimentos en su laboratorio. Según su esposa: "Fue para él un periodo de felicidad; algunos amigos que compartieron sus puntos de vista y algunos jóvenes orgullosos de ser admitidos a colaborar en sus experimentos, se reunían por la mañana en el laboratorio. Allí almorzaban; allí debatían.. Fue allí donde se podía escuchar a este hombre con su mente precisa, su clara inteligencia, su gran genio,

Irónicamente, Lavoisier, el revolucionario químico ardiente, quedó atrapado en la red de intrigas de una revolución política. El Traité se publicó en 1789, el mismo año del asalto a la Bastilla, la infame prisión parisina. Un año después, Lavoisier se quejó de que "el estado de los asuntos públicos en Francia... ha retrasado temporalmente el progreso de la ciencia y ha distraído a los científicos del trabajo que es más preciado para ellos".

Lavoisier, sin embargo, no pudo escapar de la ira de Jean-Paul Marat, el inflexible revolucionario que comenzó a denostarlo públicamente en enero de 1791. Durante el Reinado del Terror, se emitieron órdenes de arresto para todos los miembros de la Ferme Générale, incluido Lavoisier. En la mañana del 8 de mayo de 1794, fue juzgado y condenado por el Tribunal Revolucionario como principal en la "conspiración contra el pueblo de Francia". Fue enviado a la guillotina esa tarde. Al día siguiente, su amigo, el matemático francés Joseph-Louis Lagrange, comentó que "llevó sólo un instante a cortar esa cabeza, y llevó al menos cien años producir otra igual".

Conceptos básicos a considerar

Combustión: Es cuando una sustancia se quema o arde, se produce un fenómeno llamado combustión. La combustión es un proceso de transformación de la materia que se inicia con un aporte de energía y qué, en presencia de oxígeno da lugar a la formación de nuevas sustancias y a la liberación de energía en forma de calor y luz
Fenómeno químico: Este consiste en un proceso termodinámico en el cual dos o más sustancias se transforman, cambiando su estructura molecular y sus enlaces en otras sustancias llamadas productos. Ejemplos de fenómenos químicos: Formación del petróleo, oxidación de un clavo, digestión de los alimentos, el vino que se convierte en vinagre, la leche convertida en cuajó y dilución de un medicamento en agua.
Química: Es la ciencia que estudia la naturaleza de la masa atómica composición y transformación.
Masa: Cantidad mensurable de materia que forma un cuerpo, cuyo valor depende de la resistencia que dicho cuerpo opone a modificar su estado de reposo o de movimiento y de la fuerza de atracción que se produce entre ese y otros cuerpos
Masa atómica: Es la masa de un átomo, más crecientemente expresada entre unidades de masa atómica unificada. La masa atómica puede ser considerada como la masa total de protones y neutrones en un solo átomo.
Materia: Es todo lo que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio. Si la materia tiene masa y ocupa un lugar en el espacio significa que es cuantificable es decir que se puede medir.