Fundamentos de Química: Conceptos Esenciales y Leyes Clave

Reacción Química

Para que haya una reacción química, tiene que variar la naturaleza de la materia estudiada. Es decir, las sustancias que entran (reactivos) y las que salen (productos) de la reacción son distintas. Un ejemplo es la digestión de los alimentos.

Conceptos Fundamentales

Elemento

Sustancia pura que no se puede descomponer en otras más sencillas por procedimientos químicos habituales (como el suministro de energía calorífica o térmica).

Compuesto

Sustancia que consta de varios elementos unidos químicamente. Estas sustancias se pueden transformar en otras más sencillas (sus elementos constituyentes u otros compuestos) cuando se les suministra energía.

Electrolitos

Las sales, al igual que los ácidos y las bases, al disolverse en agua, forman disoluciones que conducen la electricidad.

Isótopos

Átomos de un mismo elemento que se diferencian por su masa atómica (difieren en el número de neutrones).

Iones

Átomos o grupos de átomos que han ganado o perdido electrones, adquiriendo así una carga eléctrica neta.

• Anión: Átomo o grupo de átomos que ha ganado electrones (carga negativa).
• Catión: Átomo o grupo de átomos que ha perdido electrones (carga positiva).

Leyes y Teorías Clave

Principio de Avogadro

Avogadro postuló que volúmenes iguales de gases distintos, medidos en las mismas condiciones de presión y temperatura, contienen el mismo número de partículas (moléculas). Señaló que las partículas fundamentales de muchos gases elementales no eran átomos individuales, sino moléculas (por ejemplo, H₂, O₂, N₂), excepto en los gases nobles.

Teoría Atómica de Dalton

• Los elementos están formados por partículas indivisibles e inmutables llamadas átomos.
• La materia es discontinua; no se puede dividir indefinidamente.
• Los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí en masa y propiedades.
• Cuando dos o más elementos se unen para formar un compuesto, sus átomos se combinan en una proporción numérica sencilla y fija, formando entidades (moléculas o unidades fórmula) iguales entre sí.

Ley de Conservación de la Masa (Lavoisier)

En toda reacción química, la masa total se conserva. Es decir, la suma de las masas de los reactivos es igual a la suma de las masas de los productos de la reacción.

Tipos de Reacciones y Procesos

Reacciones Redox (Oxidación-Reducción)

Son reacciones donde ocurre una transferencia de electrones.

• Oxidación: Proceso en el que una sustancia pierde electrones (su número de oxidación aumenta). Históricamente, se asociaba con la combinación con oxígeno.
• Reducción: Proceso en el que una sustancia gana electrones (su número de oxidación disminuye). Históricamente, se asociaba con la pérdida de oxígeno.
• Agente oxidante: Sustancia que causa la oxidación de otra (y ella misma se reduce).
• Agente reductor: Sustancia que causa la reducción de otra (y ella misma se oxida).

Solubilidad

La solubilidad es la máxima cantidad de soluto (generalmente expresada en gramos) que se puede disolver en una cantidad dada de disolvente a una temperatura específica.

Factores que afectan la solubilidad:

• Naturaleza del soluto y del disolvente: Polar disuelve polar, apolar disuelve apolar (ej., agua, amoniaco son polares).
• Temperatura: Generalmente, la solubilidad de sólidos aumenta con la temperatura, mientras que la de los gases disminuye.
• Presión: Afecta significativamente la solubilidad de los gases en líquidos (a mayor presión, mayor solubilidad).

Proceso de Disolución

Una disolución es una mezcla homogénea de dos o más sustancias.

• Componentes: Disolvente (componente en mayor proporción) y Soluto (componente en menor proporción).
• Disoluciones acuosas: Aquellas donde el disolvente es el agua.
• Características del proceso:
  • Se cumple la conservación de la masa (masa total = masa soluto + masa disolvente).
  • Puede haber una variación del volumen total respecto a la suma de los volúmenes iniciales.
  • Puede haber absorción o desprendimiento de energía (proceso endotérmico o exotérmico).
  • El estado físico de la disolución depende de los componentes y sus proporciones (sólido, líquido o gas).
  • Cada disolución tiene una densidad característica que depende de su composición.

Fórmulas Químicas Comunes

• H₂O: Agua
• CO₂: Dióxido de carbono
• NH₃: Amoniaco
• CH₄: Metano
• NaCl: Cloruro de sodio (Sal común)
• CaCO₃: Carbonato cálcico
• H₂SO₄: Ácido sulfúrico
• HCl: Ácido clorhídrico
• C₆H₁₂O₆: Glucosa