ANTECEDENTES DE LA QUÍMICA La historia de la Química esta ligada al desarrollo del hombre y el estudio de la naturaleza ya que abarca desde toda la transformación de la materia y la teoría correspondiente. La ciencia como como química surge antes del siglo XVIII a partir partir de de los estudios de alquimia populares entre muchos científicos de la época se considera que los principios básicos de la química se recogen por primera ves en la obra del científico británico ROBERT BOYLE BOYLE pero la la química como como tal comienza comienza sus andares un siglo mas tarde con los trabajos de ANTOINE LAVOISER que en conjunto con CARL WILHELM SCHEELE descubrieron el oxigeno, lavoiser a su ves propuso la ley de conservación de masa y la refutación de la teoría del flogisto como la teoría de la combustión. El filosofo griego ARISTOTELES pensaba que las sustancias estaban formadas por cuatro elementos; tierra, agua, aire y fuego paralelamente discurría el atomismo que la materia estaba formada de átomos partículas indivisibles que se podían considerar la unidad mínima de materia. Entre los los siglos III a.c y el siglo XVI d.c d.c la química estaba estaba dominada dominada por los los alquimistas en esta ciencia se desarrollaron nuevos productos químicos y métodos para la separación de elementos químicos, es así que la química como tal comienza a desarrollarse entre los siglos XVI y XVII en esta época se estudia el comportamiento de los gases y poco a poco se desarrolla el concepto de elemento y la teoría flogisto para explicar los procesos de combustión. A partir del siglo XVIII la química adquiere definitivamente las características como ciencia experimental al igual que se desarrollan métodos de medición cuidadosos que permiten un mejor conocimiento de algunos fenómenos como el de la combustión
CONCEPTO QUÍMICA Se denomina química (del árabekme (kem, ), que significa "tierra") a la ciencia cienci a que estudia la composición, estructura y propiedades de la materia, como los cambios que ésta experimenta durante las reacciones químicas y su relación con la energía. Históricamente la química moderna es la evolución de la alquimia tras la Revolución química (1733). Las disciplinas de la química han sido agrupadas por la clase de materia bajo estudio o el tipo de estudio realizado. Entre éstas se tienen la química inorgánica, que estudia la materia inorgánica; la química orgánica, que trata con la materia orgánica; la bioquímica, el estudio de substancias en organismos biológicos; la físico-química, comprende los aspectos energéticos de sistemas químicos a escalas macroscópicas, moleculares y atómicas; la química analítica, que analiza muestras de materia tratando de entender su composición y estructura. Otras ramas de la química han emergido en tiempos recientes, por ejemplo, la neuroquímica que estudia los aspectos químicos del cerebro.
CL
F CACION DE LA QUIMICA
La ubi ui ad de la qu í i a en las c iencias naturales hace que sea cons iderada como una de las ciencias básicas. La qu ímica es de gran impor tanc ia en muchos campos de l conocimiento, como la c iencia de mater iales, la biología, la farmacia, la medicina, la geología, la ingenier ía y la astronomía, entre otros. Los procesos na turales estudiados por la química involucran par tículas fundamentales (electrones, protones y neu trones), par tículas compues tas (núcleos at micos, átomos y mol culas) o es tructuras microscóp icas como cr istales y superf icies. Desde el punto de vista microscóp ico, las par tículas involucradas en una reacc ión química pueden cons iderarse como un s ist ema cerrado que intercambia energía con su entorno. En procesos exo t rmicos, el sistema li bera energía a su entorno, mientras que un proceso endo t rmico solamente puede ocurr ir cuando el entorno apor ta energía al sistema que reacciona. En la gran mayor ía de las reacciones químicas hay f lu jo de energía entre el sistema y su campo de inf luenc ia, por lo cua l podemos ex tender la def inición de reacción química e involucrar la energía c inética (ca lor) como un reactivo o produc to. Aunque hay una gran var iedad de ramas de la química, las pr inci pa les divisiones son: y y y y y
Química Orgánica Química Inorgánica Fisicoquímica Química ana lítica Bioquímica
Es común que entre las comunidades académicas de qu ímicos la química ana lítica no sea cons iderada entre las subdisci plinas pr inci pa les de la qu ímica y sea vista más como par te de la tecnología química. Otro aspecto notable en esta clas if icación es que la química inorgánica sea def inida como "química no orgánica". Es de int eréstambién que la Química Física es diferente de la Física Química. La diferenc ia es clara en inglés: "chemical physics" y " physicalchemistry"; en español, ya que el ad jetivo va a l f inal, la equivalencia ser ía: y y
Química f ísica Física química
PhysicalChemistry Chemical physics
Usualmente los qu ímicos son educados en términos de f ísico-qu ímica (Química Física) y los f ísicos traba jan problemas de la f ísica química. La gran impor tancia de los s istemas biológicos hace que en nues tros días gran par te de l traba jo en química sea de na turaleza bioquímica. Entre los prob lemas más int eresantes se encuentran, por e jemplo, e l estudio de l desdob lamiento de las proteínas y la relación entre secuencia, estructura y func ión de proteínas. Si hay una par tícula impor tante 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 distr i bución 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 han hecho aproximaciones matemáticas para sistemas más complejos. 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 recurra a creencias como las que los químicos utilizaron antes de la aparición de la mecánica cuántica. Aún así, se obtuvo gran entendimiento a partir de la idea de puntos de Lewis.
ELACIÓN DE LA QUÍMICA CON OT R AS CIENCIAS. R
La Química como una ciencia que estudia la materia tiene amplia relación con otras ciencias apoyándolas o recibiendo apoyo de ellas. En la Medicina a diario se descubren nuevas sustancias que son probadas para prevenir o curar una enfermedad, siguiendo algunas rutas de síntesis elaboradas con ayuda de las siguientes ramas de la Química: Orgánica , Analítica, Inorgánica, etc. Para la Física ha resultado importante el conocimiento de la estructura interna de los elementos o de las propiedades de los materiales. En la Arqueología mediante la prueba con Carbono 14 un elemento radiactivo, se determinan las fechas de existencia de civilizaciones pasadas. En la Astronomía la Química ha ayudado a conocer la composición de cometas, planetas o estrellas mediante técnicas de análisis. En la Biología, la Química ha proporcionada herramientas para determinar la composición de las proteínas, aminoácidos o del ADN, así como la descripción de los procesos de metabolismo mediante el cual las sustancias se transforman en los organismos. Un ejemplo de ello sería la transformación que sufre la energía solar que es capturada por las plantas durante la fotosíntesis. En las Mate máticas ha proporcionado las herramientas para establecer la relación o combinación de los elementos en un compuesto así mismo para realizar cálculos en las reacciones químicas. Al paso del tiempo el estudio de esta ciencia se hizo cada vez más completo y por los mismo fue necesario subdividirla a continuación vamos a mencionar cuáles son las ramas que posee esta ciencia pura. R amas
de la Química.
Química Analítica. Ciencia que trata del estudio de la composición, identificación y medida de las cantidades de las diferentes sustancias presentes en un material.
R adioquímica.
Rama de la Química que estudia las propiedades radiactivas de los element os.
Electroquímica. Ciencia que aborda los cambios químicos relacionados con el uso o producción de la corriente eléctrica.
Química Orgánica. Ciencia que trata del estudio de los compuestos del carbono.
Química Inorgánica. Ciencia cuyo estudio versa sobre los compuestos formados por la mayoría de los elementos químicos conocidos. Fisicoquímica.
Ciencia que estudia los mecanismos por los que transcurre una reacción, así como las velocidades de los mismos.
CONCEPTO DE LA MATER IA MATER IA Materia es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio, tiene una energía medible y está sujeto a cambios en el tiempo y a interacciones con aparatos de medida. En física y filosofía, materia es el término para referirse a los constituyentes de la realidad material objetiva, entendiendo por objetiva que pueda ser percibida de la misma forma por diversos sujetos. Se considera que es lo que forma la parte sensible de los objetos perceptibles o detectables por medios físicos. Es decir es todo aquello que ocupa un sitio en el espacio, se puede tocar, se puede sentir, se puede medir, etc. También se usa el término para designar al tema que compone una obra literaria, científica, política, etc. Esta distinción da lugar a la oposición "materia-forma", considerando que una misma materia, como contenido o tema, puede ser tratado, expuesto, considerado, etc. de diversas formas: de estilo, de expresión, de enfoque o punto de vista. Se usa también para hablar de una asignatura o disciplina en la enseñanza.
CLASIFICACIÓN DE LA MATER IA La materia puede clasificarse en dos cat egorías principales: y
Sustancias puras, cada una de las cuales tiene una composición fija y un único
y
conjunto de propiedades. Mezclas, compuestas de dos o más sustancias puras.
Las sustancias puras pueden ser elementos o compuestos, mientras que las mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas:
ESTADO DE AGR EGACIÓN DE LA MATER IA Estados de agregación, todos con propiedades y características diferentes, y aunque los más conocidos y observables cotidianamente son cuatro, las llamadas fases sólida, líquida, gaseosa y plasmática, también existen otros estados observables bajo condiciones extremas de presión y temperatura.
Estado sólido A bajas temperaturas, los materiales se presentan como cuerpos de forma compacta y precisa; y sus átomos a menudo se entrelazan formando estructuras cristalinas definidas, lo que les confiere la capacidad de soportar fuerzas sin deformación aparente. Los sólidos son calificados generalmente como duros y resistentes, y en ellos las fuerzas de atracción son mayores que las de repulsión. La presencia de pequeños espacios intermoleculares caracteriza a los sólidos dando paso a la intervención de las fuerzas de enlace que ubican a las celdillas en una forma geométrica. Las sustancias en estado sólido presentan las siguientes características : y y y y y y y
Cohesión
elevada. Forma definida. Incompresibilidad (no pueden comprimirse). Resistencia a la fragmentación. Fluidez muy baja o nula. Algunos de ellos se subliman (yodo). Volumen constante (hierro).
Estado líquido Si se incrementa la temperatura el sólido va "descomponiéndose" hasta desaparecer la estructura cristalina, alcanzando el estado líquido. Característica principal : la capacidad
de fluir y adaptarse a la forma del recipiente que lo contiene. En este caso, aún existe cierta unión entre los átomos del cuerpo, aunque mucho menos intensa que en los sólidos. El estado líquido presenta las siguientes características: y
Cohesión
y
Movimiento
y y y y y y
menor. energía cinética. No poseen forma definida. Toma la forma de la superficie o el recipiente que lo contiene. En el frío se comprime. Posee fluidez a través de pequeños orificios. Puede presentar difusión. Volumen constante.
Estado gaseoso Incrementando aún más la temperatura se alcanza el estado gaseoso. Las moléculas del gas se encuentran prácticamente libres, de modo que son capaces de distribuirse por todo el espacio en el cual son contenidos. El estado gaseoso presenta las siguientes características y
Cohesión
y
Sin
y y y y y y
casi nula. forma definida. Su volumen es variable dependiendo del recipiente que lo contenga. Pueden comprimirse fácilmente. E jercen presión sobre las paredes del recipiente contenedor. Las moléculas que lo componen se mueven con libertad. E jercen movimiento ultra dinámico. Tienden a dispersarse fácilmente
Estado plasmatico El plasma es un gas ionizado, es decir que los átomos que lo componen se han separado de algunos de sus electrones. De esta forma el plasma es un estado parecido al gas pero compuesto por aniones y cationes (iones con carga negativa y positiva, respectivamente), separados entre sí y libres, por eso es un excelente conductor. Un ejemplo muy claro es el Sol. En la baja Atmósfera terrestre, cualquier átomo que pierde un electrón (cuando es alcanzado por una partícula cósmica rápida) se dice que está ionizado. Pero a altas temperaturas es muy diferente. Cuanto más caliente está el gas, más rápido se mueven sus moléculas y átomos,(ley de los gases ideales) y a muy altas temperaturas las colisiones entre estos átomos, moviéndose muy rápido, son suficientemente violentas para liberar los electrones. En la atmósfera solar, una gran parte de los átomos están permanentemente «ionizados» por estas colisiones y el gas se comporta como un plasma.
A diferencia de los gases fríos (por ejemplo, el aire a temperatura ambiente), los plasmas conducen la electricidad y son fuertemente influidos por los campos magnéticos. La lámpara fluorescente, contiene plasma (su componente principal es vapor de mercurio) que calienta y agita la electricidad, mediante la línea de fuerza a la que está conectada la lámpara. La línea, positivo eléctricamente un extremo y negativo, causa que los iones positivos se aceleren hacia el extremo negativo, y que los electrones negativos vayan hacia el extremo positivo. Las partículas aceleradas ganan energía, colisionan con los átomos, expulsan electrones adicionales y mantienen el plasma, aunque se recombinen partículas. Las colisiones también hacen que los átomos emitan luz y esta forma de luz es más eficiente que las lámparas tradicionales. Los letreros de neón y las luces urbanas funcionan por un principio similar y también se usaron en electrónicas.
QUÍMICA GENER AL QUÍ MICA GENERAL ES LA CIENCIA QUE ESTUDIA LA COMPOSICION DE LAMATERIA., LAS PROPIEDADES DE ESTAS Y LAS REACCIONES DE LOS ELEMENTOS CUANDO SE JUNTAN O SE SEPARAN, CUALES SON LAS REACCIONES Y TAMBIEN SI CAMBIAN INFLUENCIADOS POR EL CALOR, EL FRIO, LA HUMEDAD,LA LUZ , LA ELECTRICI DAD ETC..ADEMAS DIFERENCIA LOS MATERIALES ORGANICOS DE LOS INERTES . LA QUIMICAINDUSTRIAL AYUDA A USAR NUEVAS MATERIAS PRIMAS Y A MEJORAR LOS METODOS DE FABRICACION LA
QUÍMICA ANALÍTICA La química analítica (del griego ) es la rama de la química que tiene como finalidad el estudio de la composición química de un material o muestra, mediante diferentes métodos. Se divide en química analítica cuantitativa y química analítica cualitativa
CUALITATIVA Y CUANTITATIVA El
propósito de la química analítica es controlar la pureza de un cuerpo conocido o descubrir la composición de uno nuevo para determinar su fórmula. Consta de dos etapas: El
análisis cualitativo: o estudio de los elementos que constituyen la sustancia dada. E jemplos; El carbono se busca ya sea por calcinación del cuerpo orgánico en recipiente cerrado, lo que deja un residuo negro, o por reducción del óxido CuO, lo que produce anhídrido carbónico. Al mismo tiempo, esta reducción libera vapor de agua, que se recoge por condensación y demuestra la presencia de hidrógeno. Los demás elementos se identifican mediante métodos precisos y muy variados. El
análisis cuantitativo: que determina la proporción respectiva de los elementos conocidos de la sustancia. Se practican los siguientes pasos:
partir de una determinada cantidad de la sustancia, el análisis cuantitativo puede realizarse con base en los mismo métodos utilizados en el análisis cualitativo, pero recogiendo y pesando siempre los compuestos formados. Los resultados del análisis cuantitativo permiten establecer la fórmula empírica de la sustancia, a partir de la cual, y una vez determinado experimentalmente su peso molecular, es posible conocer su fórmula molecular. En el caso del carbono planteado anteriormente, la materia que se quiere analizar se pesa y luego se introduce en un tubo de cristal, después de haberla mezclado con óxido cúprico. Se calienta y se recogen los productos de la combustión en una serie de tubos en U; los unos contienen piedra pómez sulfúrica, destina a absorber los vapores de agua; los otros contienen potasa, destina a recoger el gas carbónico. El aumento de peso en los tubos da la cantidad de hidrógeno y de carbono que contiene el cuerpo. El nitrógeno se desprende y se recoge en una cuba de agua. En algunos casos, el nitrógeno se dosifica en estado de gas amoníaco, por medio de la cal rodada. El oxígeno se dosifica por diferencia. A
Sin
embargo, con el conocimiento de la fórmula molecular no está resuelto el problema, ya que los compuestos orgánicos presentan isomería, fenómeno por el cual una misma fórmula molecular puede corresponder a dos o más compuestos distintos. Para deducir cuál de estas sustancias e la investigada se precisa recurrir al análisis funcional, que tiene por objeto determinar las posiciones que ocupan los átomos en la molécula para establecer la fórmula estructural.
Química Orgánica: Estudia las sustancias de la materia viviente. Justus von Liebig (1803-1873) fue uno de los principales artífices del desarrollo de la química orgánica del siglo XIX. También estudió con Liebig el español Ramón Torres Muñoz de Luna (1822-1890) que tradujo al castellano alguna obras del químico alemán. Una de las contribuciones de Liebig en el campo de la química orgánica fue el desarrolló de métodos de análisis más precisos y seguros. El grabado inferior, procedente del Tratado elemental de química general y descriptiva de Santiago Bonilla publicado a finales de siglo, muestra un aparato basado en el método de Liebig para determinar carbono e hidrógeno en sustancias orgánicas. El procedimiento está basado en la propiedad del óxido cúprico de oxidar las sustancias orgánicas que con él se calientan para transformarlas en dióxido de carbono y agua. Otra contribución fundamental en el desarrollo de la química orgánica de este período fue la introducción por parte de Berzelius del concepto de "isomerismo" y los estudios cristalográficos de Louis Pasteur (1822-1895) sobre los isómeros ópticos del ácido tartárico (ácido 2,3-dihidroxibutanodioico). El "tártaro" (un tartrato ácido de potasio) era bien conocido por los vinicultores como un sólido que se separaba del vino durante la fermentación. A principios del siglo XIX, se encontró un tipo especial de este ácido que tenía un comportamiento algo diferente del ácido tartárico conocido hasta la fecha, que Gay-Lussac denominó "ácido racémico", del latín racemus (uva). Posteriores análisis mostraron que el ácido tartárico giraba el plano de polarización de la luz polarizada hacia la derecha (actividad óptica dextrógira), mientras que el ácido racémico era ópticamente inactivo. En 1848, Louis Pasteur separó los dos tipos de cristales que formaban el ácido racémico y comprobó que eran imágenes especulares uno de otro.
Química Inorgánica: Estudia las sustancias constituyentes de la materia sin vida.
El tratado de química del sueco Jöns Jacob Berzelius (1779-1848) fue una de las obras de referencia más importantes para los químicos de la primera mitad del siglo XIX. Además de sus importantes contribuciones al desarrollo de la química inorgánica, Berzelius es recordado por haber introducido las modernas fórmulas químicas. Se expone el primer volumen de la traducción castellana de los Doctores D. Rafael Sáez y Palacios y D. Carlos Ferrari y Scardini que apareció en Madrid en 15 volúmenes entre 1845 y 1852.
