Química (del griego χημεία khemeia que significa "alquimia") es la Ciencia Natural que estudia la materia, su estructura, propiedades y transformación de la a nivel atómico, molecular y macromolecular.
Los procesos naturales estudiados por la química involucran partículas fundamentales (electrones, protones y neutrones), partículas compuestas (núcleos atómicos, átomos y moléculas) o estructuras microscópicas como cristales y superficies.
Como ejemplos de reacciones químicas tenemos:
El resultado de la colisión de una partícula alfa con el núcleo de un átomo, un átomo o molécula.
La colisión de un neutrón libre con un núcleo atómico inestable. (
Fisión nuclear)
La formación de moléculas o iones a partir de la colisión de dos átomos.
La fragmentación, ionización o cambio de estructura de una molécula después de ser irradiada con luz.
La adsorción de un átomo o molécula sobre una superficie.
El flujo de electrones entre dos sólidos en contacto.
El cambio estructural en una proteica ante el estímulo apropiado.
Desde el punto de vista microscópico, las partículas involucradas en una reacción química pueden considerarse como un sistema cerrado intercambiando energía con sus entorno. En procesos exotérmicos, el sistema libera energía a su entorno, mientras que un proceso endotérmico solamente puede ocurrir cuando el entorno aporta energía al sistema que reacciona. En la gran mayoría de las reacciones químicas hay flujo de energía entre el sistema y su campo de influencia, por lo cual podemos extender la definición de reacción química e involucrar la energía cinética (calor) como un reactivo o producto.
Aunque hay una gran variedad de ramas de la química, las principales divisiones son:
Química General
Química Aplicada
Química Especial
Es común que entre las comunidades académicas de químicos la química analítica no sea considerada entre las subdisciplinas principales de la química y sea vista más como parte de la tecnología química. Otro aspecto notable en esta clasificación es que la química inorgánica sea definida como "química no orgánica". Es de interés también que la Química Física es diferente de la Física Química, la diferencia es clara en inglés "chemical physics" y "physical chemistry", en español debemos entender que el adjetivo va al final y la equivalencia sería:
Química física Physical Chemistry
Física química Chemical physics Usualmente los químicos son educados en términos de físico-química (Química Física), y los físicos trabajan problemas de la física química.
La gran importancia de los sistemas biológicos hace que en nuestros días gran parte del trabajo en química sea de naturaleza bioquímica. Entre los problemas más interesantes se tiene presente por ejemplo, el estudio del desdoblamiento de las proteínas y la relación entre secuencia, estructura y función de proteínas. çSi hay una partícula importante y representativa en la química, es el electrón. Uno de los mayores logros de la química es haber llegado al entendimiento de la relación entre reactividad química y distribución electrónica de átomos, moléculas o sólidos. Los químicos han tomado los principios de la mecánica cuántica y sus soluciones fundamentales para sistemas de pocos electrones y los han extendido a sistemas realistas. La idea de orbital atómico y molecular es una forma sistemática en la cual la formación de enlaces es entendible y es la sofisticación de los modelos iniciales de puntos de Lewis. La naturaleza cuántica del electrón hace que la formación de enlaces sea entendible físicamente y no se recurre a creencias como las que los químicos utilizaron antes de la aparición de la mecánica cuántica. Aun así, se obtuvo gran entendimiento a partir de la idea de puntos de Lewis y se desarrolló la química en buena medida con esta base. Hoy en día, desde el punto de vista físico, por ejemplo, parece milagroso el que dos electrones se atraigan y tiendan a estar juntos y a a la vez apantallen la repulsión entre los núcleos positivos. Desde este punto de vista, la química es una prueba gigantesca de la importancia de la naturaleza cuántica a nivel microscópico.
Importancia de la Química
El estudio de la Química, en la actualidad es de gran importancia, ya que es una de las ciencias que más ha contribuido en el desarrollo de la civilización.
En resumen, veremos los campos en que tiene importancia la Química:
En la Medicina: Es de gran importancia, ya que gracias a la química se crean curas, contra enfermedades; antes incurables; Ya que se debe saber exactamente qué cantidad del elemento químico se debe colocar; y qué efecto tendrá en ciertas personas.
En la Agricultura: Es de importancia ya que con ayuda de la Química se pueden crear: insecticidas, abonos químicos; y otros diferentes compuestos aplicables.
En la Industria: Es de gran importancia ya que pueden ser producidos materiales como el acero, hierro, petróleo, y sus derivados.
División de la Química :La Química se divide en:
General: Estudia las propiedades comunes de todos los cuerpos y las leyes que rigen los fenómenos químicos.
Aplicada: Estudia las propiedades de cada una de las sustancias en particular. Esta a su vez se divide en:
Inorgánica
Orgánica
Especial: Comprende diversos estudios, las principales son:
Química Técnica
Bioquímica
Electroquímica
La química, es una ciencia empírica. 230010ab/e.cYa que estudia las cosas, por medio del método científico. O sea, por medio de la observación, la cuantificación y por sobre todo, la experimentación. En su sentido más amplio, la química, estudia las diversas sustancias que existen en nuestro planeta. Asimismo, las reacciones, que las transforman, en otras sustancias. Como por ejemplo, el paso del agua líquida, a la sólida. O del agua gaseosa, a la líquida. Por otra parte, la química, estudia la estructura de las sustancias, a su nivel molecular. Y por último, pero no menos importante, sus propiedades.ba010010/flax2
Las aportaciones de célebres autores
Hace aproximadamente cuatrocientos cincuenta y cinco años atrás, solo se conocían doce elementos. Al ir descubriendo más, los científicos se dieron cuenta de que todos guardan un orden preciso. Cuando los colocaron en una tabla ordenados en filas y columnas, vieron que los elementos de una misma columna tenían propiedades similares. Pero también aparecían espacios vacíos en la tabla para los elementos aún desconocidos. Estos espacios huecos llevaron al científico ruso
Dmitrij Mendeleev a pronosticar la existencia del
germanio, de número atómico 32, así como también su color, peso, densidad y punto de fusión. Su “predicción sobre otros elementos como - el
galio y el
escandio - también resultó muy atinada”, señala la obra Chemistry, libro de texto de química editado en 1995. ba010023/m .s
¿Surgieron los elementos químicos por casualidad?
Según
The Encyclopedia of Stars & Atoms (La enciclopedia de estrellas y átomos), “todo objeto del
universo, incluso el astro más lejano, está compuesto de átomos”. Por su tamaño, tales partículas son invisibles, pero agrupadas forman elementos químicos conocidos. Algunos de estos son sólidos y, por lo tanto, visibles; mientras que otros son gases que ni siquiera vemos.HG89V32/d.f/arm-atom
Los elementos 1 al 92
Aunque el átomo de
hidrógeno es el más simple, proporciona energía a estrellas como nuestro
Sol y es esencial para la
vida. Cuenta con un
protón en el núcleo, a cuyo alrededor gira un
electrón. Otros elementos químicos, como el
carbono, el
oxígeno, el
oro y el
mercurio, están hechos de átomos que constan de un núcleo integrado por varios protones y neutrones y rodeado por una nube de electrones. 23V98GH/g.s
Posteriormente, los científicos adelantaron la existencia de más elementos desconocidos y algunas de sus propiedades. Se logró descubrir todos los que faltaban, hasta no quedar espacios vacíos en la tabla. La ordenación de los elementos se basa en el número de protones del
núcleo atómico. Comienza con el hidrógeno (número 1) y continúa hasta el último elemento que habitualmente se encuentra en estado natural en la
Tierra, el uranio (número 92). ¿Simple coincidencia? FR21HG/s.inpand/quimic
Piense, además, en la gran variedad de elementos químicos. El oro y el mercurio poseen colores brillantes singulares. El primero es sólido, mientras que el segundo es líquido. Aun así, se siguen el uno al otro con los números 79 y 80. Un átomo de oro tiene 79 electrones, 79 protones y 118 neutrones. Un átomo de
mercurio cuenta con solo un electrón y un protón más y aproximadamente el mismo número de neutrones.z24h9x23c.p
¿Es pura casualidad que un ligero cambio en la composición atómica produzca tal variedad de elementos?n1h2k3fr/neb.fr
La intensidad justa de las fuerzas físicas
Al examinar el efecto que tendría una disminución en la intensidad de la fuerza electromagnética. Según expone el doctor
David Block en su libro
Star Watch (La observación de estrellas), “los electrones se separarían de los átomos”. ¿Qué significaría eso? “Tendríamos un
universo en el que no se darían reacciones químicas”, añade. Debemos estar muy agradecidos de que haya leyes establecidas que posibiliten dichas reacciones. Por ejemplo, dos átomos de hidrógeno se combinan con uno de
oxígeno para formar una
molécula de ese líquido tan valioso: el
agua. ba010010/fx2
La fuerza electromagnética es unas cien veces más débil que la interacción nuclear fuerte que mantiene unidos los núcleos atómicos. ¿Qué sucedería si cambiara esta proporción? “Si la intensidad relativa de la interacción nuclear y la electromagnética fuera ligeramente diferente, no existirían los átomos de
carbono”, explican los científicos
John Barrow y
Frank Tipler. Sin carbono, cuyos átomos representan el 20% del peso de todos los organismos vivos, no habría vida.benceno89/flnt
Es también crucial la intensidad del
electromagnetismo en relación con la
gravedad. “La más mínima variación en la intensidad relativa de las interacciones gravitatoria y electromagnética —explica la revista
New Scientist—, convertiría a estrellas como el
Sol en
gigantes azules [demasiado calientes para la vida] o en
enanas rojas [sin suficiente temperatura para sustentar seres vivos].”h9m8s7/flrxyah.es
Otra fuerza, la
interacción nuclear débil, regula la velocidad de las reacciones nucleares del Sol. “Es precisamente lo bastante débil para que el
hidrógeno en el Sol se consuma a un ritmo lento y constante”, explica el físico
Freeman Dyson. Pudieran ofrecerse muchos otros ejemplos para demostrar que la vida depende de las leyes y condiciones perfectamente equilibradas del cosmos. El catedrático
Paul Davies, escritor de artículos científicos, asemejó estas leyes y condiciones universales a un panel de mandos, y dijo: “Da la impresión de que los diferentes controles tuvieran que estar ajustados, con enorme precisión, para que la vida pudiera florecer en el
universo”.ba010020/hms,23h
Mucho antes de que sir
Isaac Newton descubriera la fuerza de la gravedad, la
Biblia ya se refería a estas leyes fijas. A
Job se le planteó esta pregunta: “¿Dictas tú las leyes de los
cielos o estableces su influjo sobre la
tierra?” (Job 38:33,
Franquesa-Solé). Otras preguntas que ponen de relieve las limitaciones del hombre fueron: “¿Dónde te hallabas tú cuando yo fundé la tierra?” y “¿Quién fijó sus medidas, si acaso lo sabes?” (
Job 38:4, 5).cygnusnt/cyg.nt
Subdisciplinas de la química
Algunas de las múltiples subdisciplinas de la química son:
Química orgánica — Síntesis y estudio de los compuestos que se basan en cadenas de carbono.
Campo de trabajo: el átomo
El
átomo es la menor fracción de materia de interés directo para la química, está constituido por diferentes partículas que poseen diferentes tipos de cargas, los
electrones con carga negativa, los
protones con carga positiva y los
neutrones que como su nombre indica son neutros (sin carga); todos ellos aportan
masa para contribuir al peso del
átomo.
Partículas
Los
átomos son las partes más pequeñas de un
elemento (como el
carbono, el
hierro o el
oxígeno). Todos los átomos de un mismo elemento tienen la misma estructura electrónica (responsable esta de la gran mayoría de las características químicas), pudiendo diferir en la cantidad de neutrones (
isótopos). Las
moléculas son las partes más pequeñas de una
sustancia (como el
azúcar), y se componen de átomos enlazados entre sí. Si tienen
carga eléctrica, tanto átomos como moléculas se llaman
iones:
cationes si son positivos,
aniones si son negativos.
El
mol se usa como contador de unidades, como la docena (12) o el millar (1000), y equivale a . Se dice que 12 gramos de carbono, o un gramo de hidrógeno, o 56 gramos de hierro, contienen aproximadamente un mol de átomos (la masa molar de un elemento está basada en la masa de un mol de dicho elemento). Se dice entonces, que el mol es una unidad de cambio. El mol tiene relación directa con el número de Avogadro. El número de Avogadro, fue estimado para el átomo de carbono por el Químico y Físico italiano
Carlo Amedeo Avogadro Conde de Quarequa e di Cerreto. Este valor, expuesto anteriormente, equivale al número de partículas presentes en 1 mol de dicha sustancia. Veamos:
1 mol de glucosa equivale a moléculas de glucosa
1 mol de Uranio equivale a átomos de Uranio
Dentro de los átomos, podemos encontrar un
núcleo atómico y uno o más
electrones. Los electrones son muy importantes para las propiedades y las reacciones químicas. Dentro del núcleo se encuentran los neutrones y los protones. Los electrones se encuentran alrededor del núcleo. También se dice que es la unidad básica de la materia con características propias. Está formado por un núcleo donde se encuentran protones.
De los átomos a las moléculas
Los
enlaces son las uniones entre átomos para formar moléculas. Siempre que existe una molécula es porque ésta es más estable que los átomos que la forman por separado. A la
diferencia de
energía entre estos dos estados se le denomina
energía de enlace.
Generalmente, los átomos se combinan en proporciones fijas para dar moléculas. Por ejemplo, dos átomos de
hidrógeno se combinan con uno de oxígeno para dar una molécula de agua. Esta proporción fija se conoce como
estequiometría.
Orbitales
De los orbitales a las sustancias
Los orbitales son funciones matemáticas para describir procesos físicos: un orbital solo existe en el sentido matemático, como pueden existir una
suma, una
parábola o una
raíz cuadrada. Los átomos y las moléculas son también idealizaciones y simplificaciones: un átomo sólo existe en vacío, una molécula sólo existe en
vacío, y, en sentido estricto, una molécula sólo se descompone en átomos si se rompen todos sus enlaces.
En el "mundo real" sólo existen los
materiales y las
sustancias. Si se confunden los objetos reales con los modelos teóricos que se usan para describirlos, es fácil caer en
falacias lógicas.
Disoluciones
En
agua, y en otros
disolventes (como la
acetona o el
alcohol), es posible
disolver sustancias, de forma que quedan disgregadas en las moléculas o iones que las componen (las disoluciones son
transparentes). Cuando se supera cierto límite, llamado
solubilidad, la sustancia ya no se disuelve, y queda, bien como
precipitado en el fondo del recipiente, bien como
suspensión, flotando en pequeñas partículas (las suspensiones son opacas o traslúcidas).
Medida de la concentración
La concentración de una disolución se puede expresar de diferentes formas, en función de la unidad empleada para determinar las cantidades de soluto y disolvente. Las más usuales son:
Acidez
El pH se calcula mediante la siguiente ecuación:
donde es la actividad de
iones hidrógeno en la solución, la que en soluciones diluidas es numéricamente igual a la molaridad de
iones Hidrógeno que cede el ácido a la solución.
una solución neutral (
agua ultra pura) tiene un pH de 7, lo que implica una concentración de iones hidrógeno de 10-7 M
una solución ácida (por ejemplo, de
ácido sulfúrico)tiene un pH < title="Hidróxido de potasio" href="http://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3xido_de_potasio">hidróxido de potasio) tiene un pH > 7, o sea que la concentración de iones hidrógeno es menor que 10-7 M
Formulación y nomenclatura
La
IUPAC, un organismo internacional, mantiene unas reglas para la
formulación y
nomenclatura química. De esta forma, es posible referirse a los compuestos químicos de forma sistemática y sin equívocos.
