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Relación de la química con otras ciencias

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Relación de la química con otras ciencias

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La química se considera la ciencia central porque se relaciona y colabora con muchas otras disciplinas como la física, biología, medicina, matemáticas, astronomía, agricultura e ingeniería. Esta conexión permite comprender fenómenos complejos del mundo natural y desarrollar soluciones tecnológicas y científicas que benefician a la sociedad.

Por ejemplo:

Con la física*, la química explica la estructura de la materia y cómo interactúan los átomos para formar nuevas sustancias.

Con la biología*, permite entender los procesos químicos dentro de los seres vivos, como la digestión, la respiración celular o la fotosíntesis.

Con las matemáticas*, ayuda a crear ecuaciones y cálculos para estudiar el comportamiento de la materia.

En la medicina*, contribuye al desarrollo de medicamentos, vacunas y métodos para detectar enfermedades.

En la agricultura*, es clave para elaborar fertilizantes y pesticidas que aumentan la producción de alimentos.

En la ingeniería*, se usa para crear materiales como cemento, vidrio y acero, esenciales para la construcción y la tecnología.

### Química en la vida cotidiana

La química está presente en todo lo que hacemos, desde acciones simples hasta procesos complejos. Algunos ejemplos son:

Cuando usamos cloro* para desinfectar superficies o potabilizar el agua.

Al tomar medicamentos* para tratar enfermedades.

En el uso de conservadores* que alargan la vida útil de los alimentos.

Al aplicar pinturas, jabones, cosméticos y productos de limpieza*.

En la fotosíntesis* que realizan las plantas, proceso esencial para la vida.

En la obtención de energía* a partir de los alimentos mediante reacciones químicas dentro de nuestras células.

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Las teorías y modelos atómicos de Dalton, Thomson, Rutherford, Bohr, Schrödinger, De Broglie y Heisenberg.

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Las teorías y modelos atómicos de Dalton, Thomson, Rutherford, Bohr, Schrödinger, De Broglie y Heisenberg.

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Orígenes del concepto atómico

* Leucipo y Demócrito (siglo V a. C.): propusieron que la materia está formada por partículas indivisibles llamadas átomos.

* Aristóteles: rechazó la teoría atómica y afirmó que todo estaba compuesto por aire, fuego, tierra y agua.

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#### 🔸 Modelo atómico de Dalton

* Los átomos son partículas pequeñas, indestructibles, sólidas, con masa y forma esférica.

* Postulados clave:

* Los átomos de un mismo elemento son iguales.

* No se crean ni destruyen, solo se reordenan.

* Los compuestos están formados por combinaciones de átomos en proporciones definidas.

* Aportaciones:

* Ley de la conservación de la materia (Lavoisier).

* Ley de proporciones definidas (Proust).

* Ley de proporciones múltiples (Dalton).

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#### 🔸 Modelo atómico de Thomson

* Descubrió el electrón mediante rayos catódicos.

* Propuso que los electrones están incrustados en una masa positiva (modelo del “pastel de pasas”).

* El átomo es neutro porque las cargas positivas y negativas se equilibran.

* Inventó el primer espectrómetro de masas.

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#### 🔸 Modelo atómico de Rutherford

* Usó partículas alfa para bombardear una lámina de oro.

* Descubrió que:

El átomo tiene un núcleo central* con carga positiva.

* La mayor parte del átomo es espacio vacío.

* Identificó el protón.

* Propuso que los electrones giran alrededor del núcleo.

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#### 🔸 Modelo atómico de Bohr

* Estudió la energía de los electrones en el átomo de hidrógeno.

* Postulados:

Los electrones giran en órbitas o niveles de energía* definidos.

* Pueden absorber energía y saltar a niveles superiores.

* Emiten fotones al regresar a su nivel basal.

Introdujo el número cuántico principal (n)* para representar niveles de energía.

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#### 🔸 Teoría ondulatoria y cuántica

* Huygens: la luz se comporta como onda.

* Newton: propuso la teoría corpuscular (partículas luminosas).

* Dualidad onda-partícula: actualmente se acepta que la luz y los electrones se comportan como ambos.

* Planck: los átomos emiten energía en *cuantos* (origen de la física cuántica).

* Para entender esto se usan conceptos de ondas: longitud, frecuencia y amplitud.

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Subpartículas radiactivas*

Las subpartículas radiactivas son aquellas que se emiten durante los procesos de desintegración nuclear, es decir, cuando los núcleos atómicos inestables se transforman para volverse más estables. Este fenómeno se conoce como *radiactividad*, y fue descubierto por Henri Becquerel en 1896.

Los principales tipos de subpartículas radiactivas son:

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#### 🔹 Partículas alfa (α)

Están compuestas por 2 protones y 2 neutrones* (equivalente al núcleo de un átomo de helio).

Tienen carga positiva*.

* Bajo poder de penetración: se detienen con una hoja de papel o la piel.

* Son emitidas por núcleos muy pesados como el uranio o el radio.

#### 🔹 Partículas beta (β)

Son electrones (β⁻)* o positrones (β⁺) emitidos desde el núcleo.

Tienen carga negativa (β⁻)* o positiva (β⁺).

* Mayor penetración que las partículas alfa, pero pueden detenerse con una lámina de aluminio.

Se producen cuando un neutrón se convierte en protón* (β⁻) o un protón en neutrón (β⁺).

#### 🔹 Rayos gamma (γ)

No son partículas, sino ondas electromagnéticas de alta energía*.

* Sin masa ni carga.

* Altísimo poder de penetración: atraviesan el cuerpo humano y requieren plomo o concreto para detenerse.

* Se emiten junto con partículas alfa o beta, cuando el núcleo pierde exceso de energía.

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### 💡 ¿Por qué son importantes?

Estas subpartículas son fundamentales en áreas como la medicina nuclear, la *generación de energía, la **arqueología* (datación con carbono-14), y el tratamiento del cáncer (radioterapia).

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Lo referente a la energía nuclear, usos y aplicaciones, así como ventajas y desventajas.

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Lo referente a la energía nuclear, usos y aplicaciones, así como ventajas y desventajas.

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Energía nuclear: usos, aplicaciones, ventajas y desventajas*

#### 🔬 ¿Qué es la energía nuclear?

La energía nuclear se libera desde el núcleo (parte central del átomo, formada por protones y neutrones). Puede producirse de dos formas:

* Fisión nuclear: el núcleo del átomo se divide en varias partes. Es el método usado actualmente para generar electricidad.

* Fusión nuclear: los núcleos se fusionan. Aún está en etapa de investigación y desarrollo.

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#### ⚙️ Características de la energía nuclear

* Alta densidad energética: libera gran cantidad de energía con poco combustible.

* Baja emisión de gases de efecto invernadero.

* Producción continua: permite generar electricidad sin interrupciones.

* Gestión de residuos radiactivos: requiere manejo especializado.

* Sustentabilidad: puede ser una fuente de energía sostenible.

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#### 🛠️ Usos y aplicaciones

* Generación eléctrica: principal uso actual.

* Industria: control de calidad, medición y automatización.

* Minería: sondas nucleares para analizar suelos.

* Medicina: diagnóstico y tratamiento de enfermedades como el cáncer mediante radiación ionizante.

* Agricultura: esterilización de insectos y control de plagas.

* Desalinización: producción de agua potable en regiones con escasez, a partir de agua de mar.

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#### ✅ Ventajas

1. Alta densidad energética: produce mucha energía con poco combustible.

2. Baja emisión de gases contaminantes.

3. Estabilidad y fiabilidad en el suministro de electricidad.

4. Costos operativos bajos una vez que la planta está en funcionamiento.

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#### ❌ Desventajas

1. Riesgo de accidentes nucleares con consecuencias graves para la salud y el medio ambiente.

2. Generación de residuos nucleares que requieren manejo y almacenamiento especial por su peligrosidad.

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1. Organización general de la tabla periódica

La tabla periódica moderna organiza los 118 elementos químicos conocidos en 7 periodos (filas horizontales) y 18 grupos o familias (columnas verticales).

Los elementos en un mismo grupo tienen propiedades similares debido a su número de electrones de valencia.

Se divide en bloques s, p, d y f, dependiendo del orbital donde se ubican los electrones de valencia.

La tabla moderna se basa en las recomendaciones de la IUPAC, que define nombres, símbolos y organización.

2. Grupos o familias

Cada grupo tiene una designación y características particulares:

Grupo 1: Metales alcalinos

Grupo 2: Metales alcalinotérreos

Grupos 3 al 12: Elementos de transición

Grupo 13: Familia del boro

Grupo 14: Familia del carbono

Grupo 15: Familia del nitrógeno

Grupo 16: Anfígenos o familia del oxígeno

Grupo 17: Halógenos

Grupo 18: Gases nobles

También se dividen según Mendeleiev en:

Grupos A: Elementos representativos (bloques s y p)

Grupos B: Elementos de transición (bloques d y f)

3. Periodos

Son las 7 filas horizontales.

Cada periodo indica el nivel de energía más alto que ocupan los electrones del elemento.

Inician con un metal alcalino y terminan con un gas noble.

4. Configuración electrónica

Describe cómo se distribuyen los electrones en los niveles y subniveles energéticos: s, p, d y f.

El diagrama de Moeller ayuda a recordar el orden de llenado de orbitales.

Cada subnivel tiene capacidad máxima de:

s: 2 electrones

p: 6 electrones

d: 10 electrones

f: 14 electrones

5. Clasificación por tipo de elemento

Metales: Brillantes, dúctiles, maleables, buenos conductores, suelen perder electrones (forman cationes). Están a la izquierda de la tabla.

No metales: Quebradizos, malos conductores, puntos de fusión bajos, suelen ganar electrones (forman aniones). Se ubican a la derecha.

Metaloides: Propiedades intermedias, muchos son semiconductores. Se encuentran en la "escalera" entre metales y no metales.

6. Propiedades físicas y químicas

Metales: Alta conductividad, puntos de fusión altos, forman óxidos básicos y haluros iónicos.

No metales: Malos conductores, puntos de fusión bajos, forman óxidos ácidos y haluros covalentes.

Metaloides: Sólidos, frágiles, semiconductores.

7. Ejemplos de metaloides y usos

Boro (B): Fuegos artificiales, ácido bórico.

Silicio (Si): Chips de computadoras, siliconas.

Germanio (Ge): Detectores, lámparas fluorescentes.

Arsénico (As): LED, insecticidas.### Enlaces químicos

Los enlaces químicos permiten que los átomos se unan para formar compuestos estables. Se deben a la atracción entre electrones y núcleos de diferentes átomos, y ocurren para que los elementos adquieran una configuración electrónica más estable, similar a la de los gases nobles.

#### 1. Enlace iónico

Se forma entre un metal y un no metal*.

Ocurre cuando un átomo pierde electrones* (se convierte en catión) y otro los gana (se convierte en anión).

La fuerza que los mantiene unidos es la atracción electrostática* entre cargas opuestas.

* Ejemplo: NaCl (cloruro de sodio).

* Características:

* Forman redes cristalinas sólidas.

* Altos puntos de fusión y ebullición.

Conducen electricidad solo en solución o fundidos*.

#### 2. Enlace covalente

Se forma entre no metales*.

Los átomos comparten uno o más pares de electrones*.

* Según la cantidad de pares compartidos, el enlace puede ser:

* Simple (1 par)

* Doble (2 pares)

* Triple (3 pares)

* Puede ser:

* Covalente no polar: los electrones se comparten equitativamente (misma electronegatividad).

* Covalente polar: un átomo atrae más los electrones (diferencia moderada de electronegatividad).

* Ejemplo: H₂O, O₂, CO₂.

* Características:

* Generalmente, gases o líquidos.

* Bajos puntos de fusión.

* No conducen electricidad.

#### 3. Enlace metálico

Se da entre átomos metálicos*.

Los átomos liberan sus electrones de valencia, que forman una “nube electrónica” libre* alrededor de los núcleos positivos.

* Esta nube permite que los metales sean:

Buenos conductores de electricidad y calor*.

* Maleables (pueden deformarse sin romperse).

* Dúctiles (pueden hacerse hilos).

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Clasificación de los Compuestos Químicos

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Clasificación de los Compuestos Químicos

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La Materia y sus Transformaciones

🔹 1. Según su composición:

Compuestos orgánicos: contienen carbono (excepto algunas excepciones).

Compuestos inorgánicos: no contienen carbono.

🔹 2. Según el tipo de enlace químico:

Compuestos iónicos: presentan enlace iónico y conducen electricidad.

Compuestos covalentes o moleculares: tienen enlace covalente, no conducen electricidad.

🔹 3. Según la cantidad de elementos químicos:

Binarios: 2 elementos → Ej: KBr, HBr, MgO

Ternarios: 3 elementos → Ej: KOH, K₂SO₄, H₂CrO₄

Poliatómicos: 4 o más elementos → Ej: HSCN, KCAPO₄, KNaSO₄

🔹 4. Según su función química:

ACIDOS son?

Compuestos que, al disolverse en agua, aumentan la concentración de iones hidrógeno (H⁺).

Características:

Sabor agrio.

Cambian el tornasol de azul a rojo.

En sus fórmulas, el hidrógeno (H) aparece como catión.

🔹 Tipos de ácidos:

🧪 1. Ácidos binarios (hidrácidos):

Formados por Hidrógeno (H) + un no metal.

Ejemplo:

HCl → Ácido clorhídrico

🧪 2. Ácidos ternarios oxigenados (oxiácidos):

Formados por:

Hidrógeno (H) + no metal + oxígeno (O) → se unen formando un ión poliatómico.

Ejemplo:

HNO₃ → Ácido nítrico

🔹 Según el número de átomos de hidrógeno en su fórmula:

Monopróticos: tienen 1 H → Ej: HNO₂

Dipróticos: tienen 2 H → Ej: H₂SO₄

Polipróticos: tienen 3 o más H → Ej: H₃PO₄ Bases:

Aumentan OH⁻ en agua.

Sabor amargo, tornasol rojo a azul.

Ejemplo: KOH → hidróxido de potasio

Sales:

Producto de una reacción ácido-base (neutralización).

Sales binarias:

2 elementos: catión + anión

Ej: KBr → bromuro de potasio

Sales ternarias (oxisales):

3 elementos: catión + anión poliatómico

Ej: KClO₃ → clorato de potasio

Sales poliatómicas:

+3 elementos, se aplican reglas similares a las oxisales.

Ácidas: provienen de ácidos di/polipróticos, no reemplazan todos los H

Ej: NaHSO₄ → bisulfato de sodio

Básicas: tienen más de un anión, uno es OH⁻

Ej: Mg(OH)Cl → hidróxido de cloruro de magnesio

Dobles: dos cationes distintos

Ej: KNaCO₃ → carbonato doble de K y Na

Hidratadas: incluyen moléculas de agua

Ej: ZnSO₄·7H₂O → sulfato de zinc heptahidratado

🔹 5. Óxidos:

Formados por oxígeno + otro elemento.

Óxidos metálicos (básicos): metal + O

Ej: CaO → óxido de calcio

Óxidos no metálicos (ácidos o anhídridos): no metal + O

Ej: SO₃ → trióxido de azufre

Peróxidos: O₂ con enlace covalente + metal

Ej: Na₂O₂ → peróxido de sodio

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Explicación de cómo la materia puede experimentar cambios fisicos y qui-micos, además de cómo se involucran los estados de agregación de la ma-teria y la energía.

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Explicación de cómo la materia puede experimentar cambios fisicos y qui-micos, además de cómo se involucran los estados de agregación de la ma-teria y la energía.

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La materia puede transformarse de diferentes maneras, y estas transformaciones se clasifican principalmente en cambios físicos y cambios químicos.

#### 🔹 Cambios físicos

Son aquellos en los que no se altera la composición química de la sustancia. La materia conserva sus propiedades fundamentales. Algunos ejemplos son:

* El agua que cambia de líquido a vapor (evaporación).

* El hielo que se derrite.

* La trituración de un trozo de papel.

En estos casos, aunque cambie la forma, estado o tamaño, la sustancia sigue siendo la misma.

#### 🔹 Cambios químicos

Son transformaciones en las que sí cambia la composición de la materia, dando lugar a *nuevas sustancias* con propiedades diferentes. Ejemplos:

* La oxidación del hierro (cuando se forma óxido).

* La combustión de la madera.

* La digestión de los alimentos.

Estos cambios están asociados a reacciones químicas que liberan o absorben energía.

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### Estados de agregación de la materia

La materia existe en distintos estados según la cantidad de energía que poseen sus partículas. Los principales son:

* Sólido: partículas muy unidas, forma y volumen definidos.

* Líquido: partículas con más movimiento, volumen definido pero sin forma fija.

* Gaseoso: partículas muy separadas, sin forma ni volumen definidos.

* Plasma: gas ionizado con electrones libres (ej. el Sol, rayos).

Los cambios de estado (fusión, evaporación, condensación, etc.) son cambios físicos que dependen de la energía térmica que gana o pierde la materia.

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### La energía en los cambios de la materia

En todo cambio físico o químico, la energía está involucrada:

En los cambios de estado, la energía térmica* permite que las partículas cambien su movimiento y acomodo.

En los cambios químicos, se libera o absorbe energía química*, como ocurre en la fotosíntesis o la combustión.

Esto demuestra cómo la materia y la energía están íntimamente relacionadas: sin energía, no habría transformación alguna.