Para los químicos, el bloque de construcción más elemental de la materia es el átomo. Aunque es cierto que el átomo puede dividirse en bloques de construcción aún más elementales, es en el nivel del átomo donde empiezan a aparecer las primeras propiedades «químicas» distintivas. Hay muchos tipos diferentes de átomos, como se puede ver en la tabla periódica de los elementos, cada uno con sus propias propiedades químicas distintivas. A partir de estos átomos se pueden ensamblar moléculas. Las moléculas son grupos de átomos unidos por fuerzas denominadas enlaces químicos.

Estados de la materia

La materia puede clasificarse en tres estados diferentes:

  • SÓLIDO – tiene un volumen definido, una forma definida y es rígido.
  • LÍQUIDO – tiene un volumen definido pero no una forma definida.
  • GAS – no tiene volumen definido, ni forma definida y puede ser fácilmente comprimido para ocupar un volumen menor.
Demo:

  1. Cl2(g), Br2(l), I2(s)
  2. Sumergir Br2(l) en nitrógeno líquido y hacer Br2(s)

Mezclas

Una sustancia que contiene sólo un tipo de átomo o un tipo de molécula es una sustancia pura. Sin embargo, la mayor parte de la materia que nos rodea está formada por mezclas de sustancias puras. El aire, la madera, las rocas y la tierra son ejemplos de tales mezclas. Las mezclas se pueden clasificar en homogéneas y heterogéneas.

Mezclas homogéneas

Las mezclas homogéneas se mezclan uniformemente a nivel atómico o molecular. Este tipo de mezclas también se denominan soluciones. A continuación se muestran algunos ejemplos de mezclas homogéneas.

El aire es una mezcla homogénea (solución gaseosa) de los gases N2, O2, H2O y CO2. En cambio, un recipiente de cada gas por sí mismo sería una sustancia pura. Sólo cuando se mezclan a nivel molecular son una mezcla homogénea (o solución gaseosa).

El latón es una mezcla homogénea (solución sólida) de cobre y zinc. De nuevo cada metal por sí mismo es una sustancia pura. Sólo cuando se mezclan a nivel atómico son una mezcla homogénea (o solución sólida).

La cerveza es una mezcla homogénea (solución líquida) de H2O, C2H5OH, y algunas otras sustancias. (No existe una molécula de cerveza. La molécula que da a la cerveza su propiedad embriagadora es el etanol.)

Demostración:

  1. Mezcla agua y etanol para hacer una solución homogénea – muestra también el concepto de volumen molar.

Mezclas heterogéneas

Las mezclas heterogéneas no se mezclan uniformemente a nivel atómico o molecular. Por ejemplo,

La sal y la pimienta, las galletas de chocolate o una barra de caramelo Twix™, …

son todos ejemplos de mezclas heterogéneas, en las que las sustancias no se mezclan a nivel molecular.

Demostración:

  1. Separe las limaduras de hierro y el azufre con un imán.
  2. Separar la soda de uva en soluciones naranja y azul mediante cromatografía.

Todas las mezclas, heterogéneas y homogéneas, pueden separarse en sustancias puras utilizando métodos físicos, como la destilación o la cromatografía.

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    Cambio físico

    Cualquier cambio de la materia que no cambie el tipo de átomos y moléculas dentro de la materia se llama cambio físico. La ebullición del agua es un ejemplo de cambio físico. Cuando el agua hierve está cambiando de un estado líquido a un estado gaseoso. Los químicos representarían este proceso de la siguiente manera:

    H2O(l) → H2O(g)

    Aquí (l) significa líquido y la (g) significa gas. Como se trata de un cambio físico, la molécula de H2O no cambia.

    Demo:

    1. CO2(s) → CO2(g)
    2. H2O2(l) → H2O2(g)

    Cambio químico

    Las moléculas, por su parte, pueden dividirse o combinarse para formar otros tipos de moléculas. El proceso en el que una molécula se transforma en otra diferente se denomina cambio químico.

    Demo:

    1. C2H5OH + 2 O2(g) → 2 CO2(g) + 3 H2O2(g)

    Para ayudarnos a entender el concepto de cambio químico vamos a examinar por qué las bombillas están hechas de la forma en que lo están. Una bombilla funciona haciendo pasar la corriente eléctrica a través de un hilo de tungsteno dentro de la bombilla. El hilo de tungsteno está sellado dentro de una bombilla de cristal, ya que si se hiciera esto en el aire, la bombilla se quemaría muy rápidamente. Esto se debe a que el alambre de tungsteno sufre una reacción química con el gas O2 del aire para formar óxido de tungsteno.

    2W+3O2→ 2WO3

    Para evitar que se produzca esta reacción, se elimina todo el oxígeno del aire sellado en el interior de la bombilla.

    Cambio químico

    Si el oxígeno se filtra en la bombilla, entonces el alambre de tungsteno reacciona para convertirse en óxido de tungsteno y el alambre oxidado ya no pasará fácilmente la corriente eléctrica. Si se intenta pasar corriente eléctrica a través del cable oxidado, éste se calentará rápidamente y se romperá. Es decir, la bombilla se quema.

    Demostración:

    1. Bombilla con agujero perforado en la bombilla.

    Tarea de Química, La Ciencia Central, 10ª Ed.

    1.1, 1.2, 1.9, 1.19, 1.21