Transformaciones de la Materia y Estructura Atómica: Una Exploración Química

Estados de Agregación

La materia se presenta en tres estados principales de agregación:

  • Sólidos: Forma definida y constante, volumen fijo y densidad elevada.
  • Líquidos: Adaptan su forma al recipiente, son incompresibles, presentan fluidez y elevada capacidad de difusión, además de tensión superficial.
  • Gases: No tienen forma propia, adoptan la forma del recipiente, se comprimen y expanden con facilidad, no tienen volumen fijo y poseen capacidad de difusión.

Cambios de Estado

  • Sublimación Progresiva: Cambio directo del estado sólido al gaseoso.
  • Fusión: Paso de una sustancia del estado sólido al líquido por la acción del calor. La temperatura de fusión es característica de cada sustancia.
  • Evaporación: Paso de una sustancia del estado líquido al gaseoso. Ocurre a temperatura ambiente, sin necesidad de aplicar calor. En estas condiciones, solo las partículas de la superficie del líquido pasan al estado gaseoso.

Leyes Fundamentales de la Química

  • Ley de Lavoisier (Conservación de la Masa, 1789): En un sistema aislado, la masa se mantiene constante. La masa total de los reactivos es igual a la masa total de los productos.
  • Ley de Proust (Proporciones Definidas, 1801): Cuando dos o más sustancias simples se combinan para formar un compuesto, lo hacen siempre en la misma proporción de masas.
  • Ley de Dalton (Proporciones Múltiples, 1803): Cuando dos sustancias simples se combinan y pueden formar más de un compuesto, los pesos de una de ellas que se combinan con un peso fijo de la otra guardan una relación de números sencillos.
  • Ley de Gay-Lussac (Volúmenes de Combinación, 1809): En una reacción química con gases, los volúmenes de las sustancias gaseosas que intervienen guardan una relación de números sencillos.

Modelo Corpuscular de Dalton

  • La materia es discontinua, formada por átomos indivisibles.
  • Los átomos son inmutables.
  • Los compuestos están formados por moléculas idénticas entre sí, constituidas por un número entero de átomos en la misma razón.
  • La proporción en que se combinan los átomos para formar moléculas es una razón numérica sencilla.
  • En las reacciones químicas, los átomos no se crean ni se destruyen, solo cambia su distribución.

Cálculos Químicos

Hallar Moles: 1 mol se calcula con el peso molecular (PM). Para otro peso, se divide por el PM.

Moléculas: 1 mol = 6.023 x 1023 moléculas. Multiplicar este valor por los moles calculados.

Átomos: Moles = átomos de la sustancia / número de átomos en la fórmula molecular.

Leyes de los Gases

  • Ley de Boyle: Relación entre la presión y el volumen de un gas a temperatura constante.
  • Ley de Charles: Relación entre la temperatura y el volumen de un gas a presión constante.
  • Ley General de los Gases: PV = nRT

Modelo Atómico de Thomson

Introduce la idea de la divisibilidad del átomo en partículas fundamentales: electrones (carga negativa), protones (carga positiva) y neutrones (sin carga). Thomson visualizaba el átomo como una esfera con carga positiva donde se distribuyen los electrones como pequeños granitos.

Insuficiencias:

  • El átomo no es macizo ni compacto, sino prácticamente hueco, con un núcleo muy pequeño.

Modelo Atómico de Rutherford (1911)

Modelo planetario: núcleo central (protones y neutrones) y corteza (electrones girando en órbitas circulares).

Insuficiencias:

  • Contradice las leyes del electromagnetismo, que predicen que un electrón en movimiento debería emitir energía y caer al núcleo.
  • No explica los espectros atómicos.

Números Cuánticos

Indican la posición y energía de un electrón: n (nivel), l (forma del orbital), m (orientación magnética) y s (orientación espacial).

Modelo Atómico de Bohr

  • Primer Postulado: El electrón gira en órbitas circulares sin emitir energía.
  • Segundo Postulado: Solo son posibles las órbitas donde el momento angular del electrón es múltiplo entero de h/(2π).
  • Tercer Postulado: La energía liberada al caer el electrón a una órbita de menor energía se emite como un fotón.

Insuficiencias:

  • Explica el espectro del hidrógeno, pero falla con átomos polielectrónicos y el enlace químico.
  • Mezcla mecánica clásica y cuántica.
  • No explica la interacción entre átomos para formar agregados.