Importancia de la química para el ser humano y el ambiente (página 2)

PRÁCTICA 2 ( REALIZA UNA
BALANZA)

( ANÁLISIS DE LA ENTREGA DE
REPORTE )

  Te invitamos a que construyas tu
balanza con una base de madera, un
trozo de alambrón, una tira delgada de madera, un clip y 2
tapas de frascos iguales.

       
Existen otros instrumentos que relacionan la medición del peso con la masa y que se
llaman dinamómetros.

El volumen y sus
unidades. Cuando la materia se
encuentra en estado
líquido o en estado gaseoso puede resultar más
conveniente efectuar su medición conociendo su
volumen.

        En ocasiones,
se confunde el concepto de masa
con el concepto de volumen.

        Tal vez en
alguna ocasión te han preguntado: ¿qué tiene
mayor masa, un kilogramo de algodón
o un kilogramo de cobre?

        Si te basas
en la apariencia podrías pensar que el algodón. Sin
embargo, estamos seguros de que
tú sabes que el volumen es una medida de espacio ocupado
por un cuerpo, esto se relaciona por lo mismo al tamaño de
ese cuerpo.

        Por lo tanto,
la respuesta es que tienen igual masa, pero el algodón
posee mayor volumen.

        Al considerar
la unidad de longitud que es el metro, si se desea conocer el
área o superficie que ocupa un material plano se
multiplica m x m, resultando m2 que es igual a
la unidad de superficie, pero si se quiere conocer su
dimensión en el espacio (tres dimensiones) se multiplica
m2 x m, resultando m3 que representa
la unidad de volumen.

        Ahora bien,
si tuvieras un cuerpo geométrico de forma rectangular y
quisieras saber su volumen, tendrías que multiplicar las
longitudes de largo, altura y ancho.   Largo x altura x
ancho = volumen

        Lo que da
como resultado la unidad de longitud elevada al cubo.

        En forma
arbitraria se estableció una unidad de medición que
es el litro y que la mayoría de nosotros empleamos en
nuestra vida diaria.

        En la tabla
siguiente encontrarás las unidades y equivalencias que se
emplea en la medición de volúmenes.

1m3=1,000 litros

 Recipientes volumétricos. Dentro de
los laboratorios de Física, Química o Biología puedes
observar que comúnmente se utilizan materiales de
vidrio para la
medición de volúmenes.

        Estos los
podemos encontrar de dos tipos:

a) El que sirve para contener un volumen determinado
(por ejemplo sólo 500 ml, 10 ml, etc.).

b) El que sirve para vaciar volúmenes conocidos
de líquidos (probetas, pipetas).

       
Ambos tipos pueden estar graduados o tener una marca que
señale el volumen único de su capacidad.

        El material
graduado permite contener diferentes volúmenes,
según la cantidad que de ellos se necesite utilizar para
los experimentos.

        Es importante
que sepas que el material volumétrico se calibró a
una temperatura de
20o C por lo que se deben emplear con sustancias que
posean esta temperatura.

Probetas. Son tubos cilíndricos con una
base o pie; y los puedes encontrar de diferentes capacidades (10
a 1000 ml) también los hay con base de vidrio integrado y
con base de plástico
removible.

        Todos ellos
los puedes usar para medir volúmenes, aunque
ocasionalmente se pueden emplear para determinar densidades
aproximadas o para mezclar volúmenes conocidos de
diferentes líquidos o soluciones.

Vasos de precipitados. Los vasos de precipitados
se pueden encontrar en diferentes capacidades (desde 10 ml, hasta
1000 ml) y formas (con labio de vertido o sin él, grandes
o pequeños) estos materiales tienen muy diversos usos que
van desde servir como recipientes para calentar líquidos,
realizar disoluciones o para efectuar diferentes tipos de
reacciones
químicas.

Matraz Erlenmeyer. Son recipientes cónicos
y de boca estrecha que los puedes encontrar de diferentes
capacidades y tamaños, con tapón o sin él
como se muestra en las
siguientes figuras:

        Los matraces
se pueden utilizar para calentar líquidos, para recibir
destilados y para efectuar titulaciones. En general sirven como
accesorios para numerosos experimentos.

Pipetas graduadas. Estos materiales son tubos
cilíndricos largos y ligeramente delgados, terminan en
punta por un extremo y por el otro en una porción que se
llama boquilla. Te podrás dar cuenta que tienen marcas indicando
el volumen que miden, por ejemplo 1, 5, 10 ml. Pueden conseguirse
con graduaciones en mililitros, décimas de mililitro y
centésimas de mililitro.

        En el
laboratorio de
Biología o Química de tú escuela las
podrás usar para transferir cantidades variables de
disoluciones (pudiendo ser ácidas o básicas) o
de de un recipiente a
otro.

Buretas. Las buretas son tubos de vidrio
cilíndrico de diámetro uniforme y graduadas en
unidades de volumen. Tienen una abertura y un reborde o labio en
el extremo superior y terminan en una punta delgada y larga del
tipo
abertura capilar te darás cuenta
que entre la punta y el cuerpo de la bureta hay una llave que
permite o no desalojar el líquido que contiene la
bureta.

        Este material
lo podrás usar cuando te soliciten volúmenes
diferentes de un mismo líquido y también para
efectuar titulaciones (que consiste en hacer reaccionar una
cantidad específica de una sustancia contenida) en un
matraz que a su vez contenga la sustancia dentro de la
bureta.

Densidad.

       
¿Te has preguntado si al comparar iguales
volúmenes de diversos materiales se tendrá la misma
cantidad de materia?

Te podrás dar cuenta que no es lo mismo comprar
un kilogramo de helado que un litro de helado. Ello se debe a que
existe otra propiedad
característica de cada material que se llama
densidad.

       
La densidad absoluta
o masa específica es la cantidad de materia contenida en
la unidad de volumen (1 cm3) y se puede calcular con
la siguiente fórmula:

   Por tanto si quisieras saber la
densidad de 1 cm3 de mercurio:

       
¿Qué tendrías que conocer? En efecto,
tendrías que determinar la masa que hay en ese
centímetro cúbico de mercurio y efectuar la
división al sustituir en la fórmula la
densidad.

        ¿Con
qué medirías el volumen?

        ¿Con
qué medirías la masa?

        Te invitamos
a que determines la densidad de diferentes líquidos en el
laboratorio de tu escuela y conocer los valores
que se han determinado para algunos materiales. Para ejemplo
citamos a continuación la densidad de varias
sustancias.

Densidad de algunas sustancias.

En base a lo aprendido en FÍSICA I
resuelve

1) Calcular la densidad en g/cm3
de:

a) granito, si una pieza rectangular de 0,05 m x 0,1 m x
23 cm, tiene una masa de 3,22 kg.

b) leche, si 2
litros tienen una masa de 2,06 kg.

c) cemento, si
una pieza rectangular de 2 cm x 2 cm x 9 cm, tiene una masa de
108 g.

d) nafta, si 9
litros tienen una masa de 6.120 g.

e) Marfil, si una pieza rectangular de 23 cm x 15 cm x
15,5 cm, tienen una masa de 10,22 kg.

2) Calcular la masa de:

a) 6,96 cm3 de cromato de amónio y
magnesio si la densidad es de 1,84 g/cm3.

b) 86 cm3 de fosfato de bismuto si la
densidad es de 6,32 g/cm3.

c) 253 mm3 de oro si la
densidad es de 19,3 g/cm3.

d) 1 m3 de nitrógeno si la densidad es
de 1,25 g/l.

e) 3,02 cm3 de bismuto si la densidad es de
9,8 g/cm3.

f) 610 cm3 de perclorato de bario si la
densidad es de 2,74 g/cm3.

g) 3,28 cm3 de antimonio si la densidad es de
6,7 g/cm3.

3) Calcular el volumen de:

a) 3,37 g de cloruro de calcio si la densidad es de 2,15
g/cm3.

b) 40,5 g de silicato de cromo si la densidad es de 5,5
g/cm3.

c) 2,13 kg de estaño si la densidad es de 7,28
g/cm3.

d) 12,5 g de hierro si la
densidad es de 7,87 g/cm3.

e) 706 g de sulfato de cerio si la densidad es de 3,17
g/cm3.

f) 32,9 g de magnesio si la densidad es de 1,74
g/cm3.

TIPOS
DE ENERGÍA

Energía

La magnitud denominada energía enlaza
todas las ramas de la química . En el ámbito de la
química, debe suministrarse energía para realizar
trabajo. La
energía se expresa en joules (J). Existen muchas
formas de energía: energía potencial
eléctrica y magnética, energía
cinética, energía acumulada en resortes estirados,
gases
comprimidos o enlaces moleculares, energía térmica
e incluso la propia masa.

Energía cinética

Cuando una fuerza aumenta
la velocidad de
un cuerpo también se realiza trabajo, como ocurre por
ejemplo en la aceleración de un avión por el empuje
de sus reactores. Cuando un cuerpo se desplaza con movimiento
variado o existe velocidad en una reacción química
se desarrolla energía cinética.

Ec =
½.m.v2; L = F.d: L = Ec; F.d =
½.m.v2

Ec: Energía
cinética.

El trabajo realizado por la fuerza resultante que
actúa sobre una partícula es igual a la
variación de la energía cinética de dicha
partícula.

D Ec = Ec2 –
Ec1; L = Ec2 – Ec1; F.d =
½.m.( v22 –
v21) D Ec: Variación de
la energía cinética.

Energía potencial

Cuando se levanta un objeto desde el suelo hasta la
superficie de una mesa, por ejemplo, se realiza trabajo al tener
que vencer la fuerza de la gravedad, dirigida hacia abajo; la
energía comunicada al cuerpo por este trabajo aumenta su
energía potencial. Si se realiza trabajo para elevar un
objeto a una altura superior, se almacena energía en forma
de energía potencial gravitatoria.

Cuando un cuerpo varía su altura desarrolla
energía potencial.

Ep = m.g.h Û L = F.d
Û L = Ep; P.d = m.g.h

Ep: Energía potencial.

El trabajo realizado por la fuerza peso es igual a la
variación de la energía potencial.

D Ep = Ep2
– Ep1; L = Ep2 –
Ep1; P.d = m.g.( h2 – h1); D
Ep: Variación de la energía
potencial.

En todas las transformaciones entre un tipo de
energía y otro se conserva la energía total, y se
conoce como teorema de la energía mecánica (D EM). Por ejemplo, si
se ejerce trabajo sobre una pelota de goma para levantarla, se
aumenta su energía potencial gravitatoria. Si se deja caer
la pelota, esta energía potencial gravitatoria se
convierte en energía cinética. Cuando la pelota
choca contra el suelo, se deforma y se produce fricción
entre las moléculas de su material. Esta fricción
se transforma en calor o
energía térmica.

Fuerzas conservativas

Para un cuerpo de masa m que se mueve del punto 1
al 2 y luego del punto 2 al 1.

Una fuerza es conservativa si el trabajo
efectuado por ella sobre una partícula que se mueve en
cualquier viaje de ida y vuelta es 0.

D EM = 0; D EM : Variación
de la energía mecánica.

Trabajo de fuerzas conservativas:

L = D EM; D EM = D Ec +
D Ep; L = D Ec + D Ep

Fuerzas no conservativas

Para un cuerpo de masa m que se mueve del punto 1
al 2 y luego del punto 2 al 1.

Una fuerza es no conservativa si el trabajo efectuado
por ella sobre una partícula que se mueve en cualquier
viaje de ida y vuelta es distinto de 0.

D EM ¹0; D EM =
HO

D EM: Variación de la energía
mecánica.

HO : Trabajo de la fuerza de
rozamiento.

Trabajo de fuerzas no conservativas:

L = D EM + HO; L = D Ec
+ D Ep + HO

Siendo: HO = Fr.d

Potencia

La potencia
desarrollada por una fuerza aplicada a un cuerpo es el trabajo
realizado por ésta durante el tiempo de
aplicación. La potencia se expresa en watt
(W).

P = L / t; P = F.d / t; v = d / t; P = F.v

También:

P = (D Ec + D Ep +
HO)/t

Si no hay fuerza de rozamiento; P = (D Ec + D
Ep)/t

Si no cambio su
altura; P = (D Ec)/t

P: potencia

Caballo de vapor: Unidad tradicional para expresar la
potencia mecánica, es decir, el trabajo mecánico
que puede realizar un motor por unidad
de tiempo; suele abreviarse por CV. En el Sistema
Internacional de unidades, la unidad de potencia es el vatio; 1
caballo de vapor equivale a 736 vatios. Su valor original
era, por definición, 75 kilográmetros por
segundo.

EJERCICIO Lee atentamente antes de resolver, esto
te permitirá aplicar la formula
correcta

Resolver:

1) Un proyectil que pesa 80 kg es lanzado
verticalmente hacia arriba con una velocidad de 95 m/s. Se desea
saber:

a) ¿Qué energía cinética
tendrá ?.

b) ¿Qué energía potencial
tendrá al alcanzar 25 mts de altura ?.

2) ¿Qué energía potencial
alcanzará un cuerpo que pesa 38 N a los 30 m de caída
libre ?.

3) ¿Qué energía
cinética alcanzará un cuerpo de masa 350 kg si
posee una velocidad de 40 m/s?.

4) ¿Con qué energía
tocará tierra un
cuerpo que pesa 2500 g si cae libremente desde 12 m de
altura?.

5) ¿Qué energía potencial
posee un cuerpo de masa 5 kg colocado a 2 m del
suelo?.

6) Sabiendo que cada piso de un edificio tiene
2,3 m y la planta baja 3 m, calcular la energía potencial
de una maceta que, colocada en el balcón de un quinto
piso, posee una masa de 8,5 kg.

7) Un cuerpo de 1250 kg cae desde 50 m,
¿con qué energía potencial llega a
tierra?.

8) Un proyectil de 5 kg de masa es lanzado
verticalmente hacia arriba con velocidad inicial de 60 m/s,
¿qué energía cinética posee? y
¿qué energía potencial al alcanzar la altura
de 45 mts?.

9) ) Un cuerpo de 150 g de masa se lanza hacia
arriba con velocidad inicial de 400 m/s, calcular: La
energía cinética inicial.

10) Un carrito de 10 kg de masa se mueve con una
velocidad de 3 m/s, calcular: La energía cinética
.

11) Una persona sube una
montaña hasta 2000 m de altura, ¿cuál
será su energía potencial si pesa 750 N?

12) Un cuerpo de 50 N de peso se halla en el
punto más alto de un plano inclinado de 20 m de largo y 8
m de alto. Determinar: La energía potencial en esa
posición.

COMBINACIÓN MEZCLAS
Conceptos fundamentales

La separación de un sistema material en los
componentes que lo forman puede llevarse a cabo por métodos
físicos o por métodos químicos. Los primeros
incluyen una serie de operaciones tales
como filtración, destilación o centrifugación, en las
cuales no se produce ninguna alteración en la naturaleza de
las sustancias, de modo que un simple reagrupamiento de los
componentes obtenidos tras la separación dará
lugar, nuevamente, al sistema primitivo. Los segundos, sin
embargo, llevan consigo cambios químicos; la materia base
sufre transformaciones que afectan a su naturaleza, por lo que
una vez que se establece la separación, la simple
reunión de los componentes no reproduce la sustancia
original.

Las nociones científicas de combinación,
mezcla y disolución tienen en común el hecho de
que, en todos los casos, intervienen dos o más
componentes, a pesar de lo cual presentan diferencias notables.
Una combinación química es una sustancia
compuesta formada por dos o más elementos cuyos
átomos se unen entre sí mediante fuerzas de
enlace.

Sus entidades elementales, ya sean moléculas, ya
sean pares iónicos, son iguales entre sí, y
sólo mediante procedimientos
químicos que rompan tales uniones es posible separar los
elementos componentes de una combinación.

Las mezclas son sistemas
materiales que pueden fraccionarse o separarse en sus distintos
componentes por métodos físicos. Cuando los
buscadores de
oro lavan sobre el cedazo las arenas auríferas, procuran,
mediante un procedimiento
físico, separar el barro y los granos de arena de las
pepitas del precioso metal. En las salinas, por efecto de la
intensa evaporación, el agua del
mar se separa en dos componentes: agua
propiamente dicha, que en forma de vapor se incorpora al aire, y un
conjunto de sales minerales que se
acumulan en el fondo hasta que se completa la
desecación.

En cierto tipo de mezclas la materia se distribuye
uniformemente por todo el volumen constituyendo un sistema
homogéneo. Cuando una sustancia sólida se mezcla
con un líquido de tal forma que no puede distinguirse de
él, se dice que la sustancia ha sido disuelta por el
líquido. A la mezcla homogénea así formada
se la denomina disolución. En este caso la
sustancia sólida recibe el nombre de soluto y el
líquido se denomina disolvente. La noción de
disolución puede generalizarse e incluir la de gases en
gases, gases en líquidos, líquidos en
líquidos o sólidos en sólidos. En general,
el soluto es la sustancia que se encuentra en menor
proporción en la disolución y el disolvente la que
se encuentra en mayor proporción. Cuando dos sustancias
líquidas pueden dar lugar a mezclas homogéneas o
disoluciones, se dice que son miscibles.

Una parte homogénea de un sistema se denomina
fase. La colonia constituye una disolución en agua
y alcohol de
ciertas esencias, sin embargo, no es posible determinar
dónde está la parte de alcohol, dónde la de
agua y dónde la de esencia. Por tal motivo las
disoluciones, al igual que las sustancias puras en un estado de
agregación determinado, se consideran formadas por una
única fase.

En la naturaleza existen sustancias en diferentes
estados físicos, que pueden intercambiar de uno al otro al
variar la temperatura, dichos fenómenos se conocen como
cambios de estado o transformaciones de fase estos
son:

Por calentamiento, un sólido pasa al estado
liquido, el proceso se
llama fusión.
Como es endotérmico, a la cantidad de calor requerido para
fundir un gramo de sustancia se le llama calor latente de
fusión. La temperatura a la cual un sólido funde se
conoce como punto de fusión y tiene un valor particular
para cada sustancia. El proceso inverso de la fusión se
denomina solidificación. El cambio es exotérmico,
lo que significa que pierde calor. La temperatura a la cual un
liquido se solidifica se le llama punto de solidificación
o de congelación, y permanece constante durante el cambio,
tiene un valor especifico para cada sustancia.

Cuando se calienta lo suficiente un liquido, este hierve
y se convierte en vapor. El proceso se llama evaporación,
y la temperatura a la cual hierve, se le llama punto de
ebullición, el proceso inverso de la evaporación se
llama condensación, lo que significa que por enfriamiento,
el vapor se convierte en liquido. La temperatura durante el
cambio permanece constante y recibe el nombre de punto de
condensación.

La cantidad requerida para que un sólido pase al
estado gaseoso es significativamente mayor que la necesaria para
vaporizarlo además que se requiere el concurso de otro
factor, la presión,
que coadyuve a acortar la distancia y reducir la energía
cinética de las partículas gaseosas. A este proceso
se le llama gasificación. El proceso inverso de la
gasificación es la licuefacción. La temperatura a
la cual tiene lugar el cambio se llama punto de
licuefacción.

Algunos sólidos tienen la propiedad de cambiar de
forma directa al estado gaseoso, sin pasar por el estado
liquido, el proceso se llama sublimación y es
endotérmico. Cabe destacar que este cambio de estado es
poco frecuente, y suele ocurrir sin la intervención de
gran cantidad de energía. La temperatura de
sublimación constituye una constante física de gran
valor, el fenómeno inverso de la sublimación es la
deposición. El cambio es en extremo muy difícil de
lograr y requiere del manejo de técnicas,
en las cuales se conjuguen el enfriamiento brusco a presiones
elevadas, para conseguir que el gas se convierta
en sólido sin pasar por el estado liquido.

Mezclas homogéneas y
heterogéneas

En la naturaleza existe gran cantidad de materia en
forma de mezclas. Una mezcla es la combinación
física o unión aparente de dos o mas sustancias o
componentes, que conservan sus propiedades físicas y
químicas y cuya proporción no es fija; los
componentes de las mezclas no pierden sus propiedades.

Mezcla homogénea: son las que a simple vista
tienen un aspecto uniforme en todas sus partes, aunque sus
componentes sean sustancias diferentes. Se les llama
también disoluciones.

Mezcla heterogénea: son las que tienen un aspecto
que no es uniforme y como en todas las mezclas las proporciones
de sus componentes son variables, un ejemplo son las aleaciones.

Átomos y moléculas.

       
Al igual que los antiguos filósofos griegos, como Leucipo
y
Demócrito de Abdera podemos
cuestionar si al ir separando o dividiendo la materia se llega a
los componentes fundamentales de la misma.

        Estos
pensadores propusieron que la materia estaba formada por
pequeñas partículas indivisibles a las que llamaron
átomos, del griego a: sin y
tomoi que significa división.

        Fue hasta
principios del
siglo XIX cuando el científico inglés
John Dalton retoma la idea de la existencia del átomo, a
partir de esta época se han establecido
modelos para representar a los
átomos.

       
Apoyándose en la ley de
conservación de la materia y en la
ley de proporciones definidas
Dalton propuso un modelo
atómico que coincide con estas leyes. La
teoría
de Dalton se puede resumir en los siguientes
enunciados:

a) Toda la materia está constituida por
pequeñas partículas, denominadas átomos,
que no pueden ser divididas.

b) Todos los átomos de diferentes elementos
tienen distintas propiedades.

c) Todos los átomos de un mismo elemento son
iguales y tienen las mismas propiedades.

d) Los átomos de un elemento no pueden ser
transformados en otra clase de
átomos.

e) Los componentes se forman cuando los átomos
de un elemento se combinan.

       
       Otro investigador
llamado
Avogadro sugirió que
están organizados los átomos en los gases (no
necesariamente en forma individual) de una manera distinta, por
ejemplo en unidades de 2 átomos. De ahí
surgió el concepto de molécula que es aquella
partícula que está conformada por la unión
química de 2 o más átomos, de un mismo o de
diferentes elementos.

        De esta misma
manera se estableció la ley de Avogadro que
dice:

"Volúmenes iguales de gases diferentes en las
mismas condiciones de presión y temperatura contienen el
mismo número de moléculas."

      El siguiente
enunciado nos muestra la relación entre átomos y
moléculas:

Las moléculas se componen de
átomos unidos químicamente.

        Las
moléculas son las unidades fundamentales
de los compuestos, mientras que los
átomos son las unidades fundamentales de
los elementos por ejemplo: las sustancias llamadas de agua tiene
como base el compuesto formado por 2 átomos de hidrógeno y uno de oxígeno
(H2O) la unidad fundamental es la molécula de
H2O (agua).

Peso atómico, de los elementos.

       
En general ya habíamos mencionado a la masa como
cantidad de materia y el peso como la fuerza con que un cuerpo es
atraído por la gravedad terrestre. No obstante en libros
antiguos y el común de las personas maneja los
términos masa atómica igual al peso
atómico.

       
¿Cómo determinar la masa de un átomo o de
una molécula?

        Si ambas
partículas son tan pequeñas para ser medidas con
una balanza.

        Un
investigador llamado Stanislao Cannizzaro.

       
Aprovechando la
hipótesis de Avogadro
("Volúmenes iguales de gases diferentes en las mismas
condiciones de presión y temperatura contienen el mismo
número de moléculas.") y después de una
serie de experimentos concluyó que la masa de la
molécula diatómica de hidrógeno (H2) era 2
por lo que decidió que le podría servir de base
(como patrón) para determinar las masas atómicas
relativas de los elementos conocidos en su
época.

       
Cannizzaro calculó la masa
atómica del oxígeno pesando primeramente varios
compuestos gaseosos que contuvieran oxígeno y
comparó sus densidades con la que había determinado
para el hidrógeno. Siempre trabajando a las mismas
condiciones de temperatura y presión para asegurar que
tenía el mismo número de
partículas.

        Como base en
estos experimentos, se seleccionó al oxígeno como
sustancia de referencia, asignándole arbitrariamente el
valor de 16 unidades de masa atómica
(uma).

        Considerando
que los átomos o moléculas son tan pequeños,
te podrás imaginar que no es posible medirlos ni pensarlos
en forma individual sino que es necesario manejar cantidades
enormes de ellos. Debido a lo anterior los científicos
decidieron establecer una unidad fundamental que se refiere a la
cantidad de sustancias que contengan un número determinado
de partículas.

        Esta unidad
es el Mol y se define como cantidad de sustancias que contienen
6.02 x 1023 partículas en honor a Avogadro
  a este número se le conoce como número de
Avogadro.

        Es importante
que te quede claro que el término Mol se refiere a una
cantidad de partículas bien definidas; por ejemplo cuando
alguien pida un ciento se da por entendido de que se trata de 100
unidades de hojas, de pelotas, de plumas, etc.,

        De igual
manera al pedir una docena de flores sabemos que entregaran 12
unidades.

        Si se quiere
tener un Mol de átomos de oro tendríamos que contar
átomos. Aparte
de que no es posible tomar los átomos para irlos contando,
será una tarea titánica puesto que si todas las
personas del mundo se pusieran a contar tardarían
años en terminar.

       
Afortunadamente los químicos han establecido una
relación entre el Mol y la cantidad de materia o masa. La
Unión Internacional de Química Pura Aplicada
indicó que un Mol es la cantidad de sustancias que
contienen un número de unidades elementales iguales a un
número de átomos que hay en 12g de carbono 12. En
otras palabras si colocamos en una balanza 12 gramos de carbono
12 se tendrán:

átomos
de carbono 12.

        Con estas
consideraciones se define la masa molar que es la masa de un Mol
de partículas. Estos datos los puedes
encontrar en la
tabla periódica. Por ejemplo para
el elemento oxígeno su masa molar es de 16g por lo tanto
esa es la masa de átomos de oxígeno.

        En concreto si
deseas saber la masa de cualquier elemento sólo consulta
los datos que aparecen en la tabla
periódica.

TABLA
PERIÓDICA

       
Seguramente en la escuela te solicitaron o has visto en los
laboratorios, cuadros que se llaman tabla periódica de los
elementos químicos, que no es otra cosa más que el
agrupamiento que se ha hecho de los elementos químicos de
acuerdo a las similitudes que presenta en sus
propiedades.

        Se dice que
los elementos son periódicos cuando se repiten a
intervalos regulares. En la tabla periódica se encuentra
que cuando los elementos, se ordenan según su masa
atómica, aparece una regularidad en sus
propiedades.

        Un
científico ruso de apellido
Mendeleyev después de muchas
investigaciones dio origen a la ley
periódica de los elementos: "Las propiedades de los
elementos dependen de un modo periódico
de sus masas atómicas"

        En la
época de Mendeleyev sólo se
conocían 63 elementos.

        Hasta el
año de 1998 se han descubierto 117 elementos y la tabla
periódica ha sufrido muchas modificaciones. Actualmente en
la tabla periódica larga podrás encontrar que los
elementos están en filas o en columnas. A las filas
(horizontales) se les llama períodos e indican el nivel
de energía (concepto que explicaremos en temas
posteriores) de la capa de electrones externa se designan por un
número arábigo.

        Las columnas
(verticales) representan los grupos o familias y son
elementos que tienen el mismo número de electrones en la
capa externa. Estas se designan con números romanos y se
subdividen en grupo A
y grupo B.

  En las siguientes figuras te mostramos
una distribución de la tabla periódica
larga.

El modelo atómico.

       
Recordarás que Dalton retomó el
concepto de átomo y que el modelo que él propuso
fue aceptado. Otros científicos continuaron con el estudio
de la composición de la materia y con numerosos e
ingeniosos experimentos, se detectó que había otras
partículas que conformaban al átomo. Así
Joseph John Thomson trabajó con tubos de descargas
y fue el primero en identificar una partícula muy
pequeña con carga negativa, a la que se llamó
electrón (e-).

       
Posteriormente,
Ernest Rutherford descubrió
otra partícula de gran masa y carga positiva a la que se
le llama protón (p+). Estas
partículas se encuentran en el centro del átomo. El
centro fue denominado núcleo.

        Con esta
información el físico

Niels Bohr elaboró un modelo
atómico que se puede resumir en los siguientes
puntos:

a) El átomo está formado por
protones,
neutrones y electrones.

b) Los electrones se mueven alrededor del
núcleo en órbitas circulares bien definidas a las
cuales se llama niveles de energía.

c) Cada órbita puede contener un número
máximo de electrones.

d) Cada órbita o nivel posee diferente
energía.

e) Los electrones pueden cambiar de órbita si se
les modifica la energía.

       
Existe una fuerza de atracción entre los
átomos a la que se denomina unión o enlace
químico y éste es de naturaleza
eléctrica, siendo los electrones los que participan
directamente, como los electrones más cercanos al
núcleo son atraídos con mayor fuerza; los
participantes directos son los electrones ubicados en el nivel
más extremo, a los que se llama electrones de
valencia.

       
Algunos átomos aceptan electrones fácilmente
como los de la familia de
los halógenos. Otros ceden fácilmente sus
electrones.

        En el momento
en que se "satisface" la tendencia a perder o ganar electrones,
se dice que se estabiliza por medio de un enlace
químico.

Partículas subatómicas.

Número atómico.

       
En la actualidad la tabla periódica no se encuentra
ordenada de acuerdo a la masa atómica, sino al
número atómico de los elementos; así te das
cuenta que en el 1er. período empieza con
hidrógeno, helio, litio, berilio, boro. Esto se debe a que
con el descubrimiento de las partículas
subatómicas, se encuentra que lo que hace diferente a los
átomos de un elemento y otro es la cantidad de protones,
la definición de número atómico es: el
número que indica la cantidad de protones que tiene en su
núcleo el átomo de un elemento
determinado.

Pesos atómicos de los
elementos.

       
Los átomos son partículas
extraordinariamente pequeñas y por eso no es posible
percibirlos a simple vista y mucho menos contarlos, aunque en la
actualidad se ha podido observar, con aparatos muy potentes, que
los objetos están formados por un gran número de
átomos, por ello se diseñó una unidad para
medir la cantidad de materia conocida como mol, que es la
cantidad de un elemento en gramos que contiene el número
de
Avogadro (6.02 x 1023)
el cual es un número muy grande de átomos.
El mol sólo se emplea para contar cosas tan
pequeñas como los átomos o las moléculas, ya
que es una cifra tan extensa como:

602,000,000,000,000,000,000,000

Si fuera posible medir los océanos del mundo con
una cuchara de té, el volumen sería el
número de cucharaditas, lo que correspondería al
número de Avogadro.

        Cuando se
pesa un mol de átomos, la masa que se obtiene es igual que
la masa atómica, expresada en gramos y se le conoce
como masa molar. La unidad de la masa atómica es la
uma, porque se refiere a un solo átomo y la
cantidad de la masa molar es el gramo/mol. El valor
numérico de la masa atómica y de la masa molar es
igual ya que en el caso del nitrógeno (N) su masa promedio
o uma es de 14.00 y su masa molar o gramo/mol es
14.00.

        Asimismo, la
masa de una molécula es la suma de las masas de los
elementos que la componen. De tal forma que la masa molar
molecular es la masa de un mol de moléculas y corresponde
a la masa de un número de Avogadro de
moléculas expresada en gramos. Para poder calcular
la masa molar molecular de cualquier compuesto, es
necesario conocer qué elementos constituyen dicho
compuesto, cuántos son y la masa de cada uno de
ellos. Esta información se obtiene de la fórmula
química del compuesto. Si se tiene un mol de
CO2 entonces hay 6.02 x 1023
moléculas. El número de átomos de ese mol de
moléculas es igual a:

3 x 6.02 x 1023 que es igual a 18.06 x
1023

       
Porque la fórmula del dióxido de carbono
indica que hay un átomo de carbono (C) y dos de
oxígeno (O2). El número total de
átomos que hay en un mol de moléculas siempre
será mayor que el número de moléculas, por
ejemplo, en un mol de moléculas de hidrógeno
(H2) hay 6.02 x 1023
moléculas, pero hay 2 x 6.02 x 1023
átomos de hidrógeno, porque la molécula se
compone de dos átomos.

        Desde el
siglo XIX el número de elementos conocidos se ha ido
incrementando, al mismo tiempo que fueron determinándose
con mayor precisión las propiedades de los elementos, los
científicos se vieron en la necesidad de agruparlos
sistemáticamente buscando propiedades comunes. En un
principio se clasificaron los elementos en dos grandes grupos:
metales y no metales, pero había ciertos
casos en los que se presentaban elementos con
características intermedias, como en el caso de los
metales poco pesados que conducen mal la electricidad
aunque se comportan como elementos metálicos cuando se
combinan.

        En el
año de 1829, el químico Dobereiner
clasificó los elementos en triadas, formada cada
una por tres elementos de similares propiedades. El elemento
central tenía una masa atómica aproximadamente
igual a la media aritmética de las masas atómicas
de los tres elementos que la formaban, una de las triadas era la
integrada por el cloro, bromo y yodo. Posteriormente en 1864,
J. Newlands propuso la teoría conocida por ley
de las octavas de Newlands, la cual consistía
en ordenar todos los elementos en forma creciente de sus masas
atómicas, de manera que después de cada siete
elementos apareciera un octavo con propiedades similares al
primero.

       
Fue sólo 5 años después, que el
químico ruso
Mendeleyev y el alemán L.
Meyer, establecieron de manera independiente otra
clasificación de los elementos químicos
basándose en que las propiedades físicas y
químicas de los mismos, estaban en función de
su masa atómica. La tabla de Mendeleyev ha
sufrido bastantes variaciones pero fundamentalmente permanece
como él la elaboró.

El sistema periódico.

       
Está constituido siguiendo el criterio de que los
elementos, ordenados por filas de manera creciente respecto a su
número atómico, pero de tal manera que los
elementos de propiedades similares corresponden en las
columnas.

        Las columnas
encabezadas en la tabla por números romanos, representan
grupos y contienen así, los elementos de propiedades y
estructura
electrónica similar. De esta forma existen
siete grupos o columnas, en donde cada
período o fila horizontal representa a los elementos
que poseen determinado número cuántico o nivel de
energía. Los elementos situados a la izquierda y en el
centro de la tabla, que son los más numerosos, son los
metales. Los elementos que se encuentran en la parte
derecha de la tabla, exceptuando los gases nobles como el
neón o el radón, son los no metales.x

Organización actual de los
elementos.

       
Por su parte, los metales se caracterizan por su
mayor o menor facilidad en ceder electrones y tienden a adquirir
la configuración electrónica del gas noble
inmediatamente anterior a ellos. Entre los metales, los
alcalinos, que corresponden a la columna I, son el grupo
más activo de los metales, ya que tienen un solo
electrón en la última capa y lo pueden ceder muy
fácilmente, lo que les da la cualidad de
electropositivos.

        De forma
horizontal, el metal que presenta mayor actividad dentro de un
mismo período es el que tiene menor número de
electrones libres en la última órbita, es decir una
menor valencia.

        En el caso de
los no metales, estos se caracterizan por tender a captar
electrones, es decir, son electronegativos, tendiendo a completar
su órbita exterior hasta adquirir la configuración
electrónica del gas noble que está situado en el
mismo período o la misma línea. De esta forma los
grupos que pertenecen a los metales son:

a) El grupo de los carboides, los cuales tienen
una valencia máxima de 4 y se encuentran situados en la
columna IV, de ellos los dos primeros, el carbono y el silicio,
son no metales y los metales el germanio, estaño y el
plomo.

b) El grupo de los nitrogenoides, los cuales se
encuentran situados en la columna V y cuya valencia
máxima es cinco.

c) El grupo de los anfígenos, que
están situados en la columna VI y cuya valencia
máxima es 6, excepto el oxígeno, que actúa
con valencia –2
(menos dos).

d) El grupo de los halógenos, se halla
en la columna VII y su valencia máxima positiva es 7,
excepto el fluor, que es monovalente o la valencia negativa de
todos ellos es uno, lo que les da la cualidad de ser muy
activos.

       
Los gases nobles o inertes, no tienen
carácter metálico ni no
metálico y no forman compuestos en condiciones normales,
constituyendo así un grupo aparte, por poseer la
última órbita electrónica completa con ocho
electrones donde su reactividad química es
prácticamente nula. Con excepción del helio, que
tiene 2 electrones en su único nivel de
energía.

       
Los elementos de transición, se
encuentran situados en los grupos II y III,
caracterizándose por tener incompleta alguna órbita
interior, teniendo propiedades y valencias variables.

       
Las tierras raras, son los elementos
colocados en la parte inferior de la tabla periódica que
también reciben el nombre de elementos de
transición interna. Éstos se dividen en dos
series llamadas lantánidos y
actínidos, conformada cada una de ellas, por
catorce elementos.

        La
información que es posible obtener de la tabla
periódica, nos muestra que los elementos están
colocados, de izquierda a derecha, de acuerdo con el aumento del
número atómico. El número atómico de
un elemento es el número de electrones que contienen los
átomos del elemento. La casilla de un elemento, en la
tabla , contiene el número atómico, el
símbolo y el peso atómico. La
posición del elemento revela el grupo en que se
encuentra y por consiguiente, si pertenece al bloque "s",
al bloque "p", al bloque "d", al bloque "f"
o si es un elemento representativo, de
transición o de transición interna.
La posición indica también si es metal, no
metal o metaloide. El número romano de los
grupos "A" señala el número de electrones
que tienen en el nivel externo los átomos de los elementos
del grupo.