5. Generalidades de la materia | ⚗️ Introducción a la química | Joseleg

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En química, la materia se define como cualquier cosa que tiene masa y volumen en reposo (ocupa espacio) y está formada por partículas. Las partículas que componen la materia también tienen masa en reposo; no todas las partículas tienen masa en reposo, como el fotón. La materia puede ser una sustancia química pura o una mezcla de sustancias.

El átomo

El átomo es la unidad básica de la química. Consiste en un núcleo denso llamado núcleo atómico rodeado por un espacio ocupado por una nube de electrones. El núcleo está formado por protones cargados positivamente y neutrones sin carga (en conjunto llamados nucleones), mientras que la nube de electrones está formada por electrones cargados negativamente que orbitan alrededor del núcleo. En un átomo neutro, los electrones cargados negativamente equilibran la carga positiva de los protones. El núcleo es denso; la masa de un nucleón es aproximadamente 1.836 veces la de un electrón, pero el radio de un átomo es aproximadamente 10 000 veces mayor que el de su núcleo (Van Melsen, 2004).

Figura 5‑1. Las formas de las nubes de electrones son tridimensionales, como ondas estáticas, y al igual que las ondas, presentan máximos y mínimos. La forma de la nube de electrones dependerá de su nivel de energía, por lo que un mismo átomo podría tener representaciones diferentes dependiendo de su estado energético.

El átomo es también la entidad más pequeña que se puede considerar para retener las propiedades químicas del elemento al cual compone cuando se agrupa, como electronegatividad, potencial de ionización, estado(s) de oxidación preferido(s), número de coordinación y tipos preferidos de enlaces a formar (por ejemplo, metálico, iónico , covalente).

Elemento

Un elemento químico es una sustancia pura que se compone de partículas homogéneas. La mayoría de los elementos están formados por superagrupaciones llamadas metales, otros elementos están formados por moléculas que agrupan a mas de un átomo del elemento, pero solo los gases nobles son sustancias generadas por átomos libres. La caracteristica común es que sin importar como se asocien, o que no se asocien, el número atómico de los átomos que forman la sustancia llamada elemento es la misma.

Figura 5‑2. Elemento no es lo mismo que átomo del elemento, así como una casa no es sinónimo de los ladrillos que la forman. Un elemento está compuesto por átomos del elemento, pero el modo en que los átomos del elemento se agrupan puede cambiar entre bloques metálicos, moléculas o átomos libres.

El número atómico Z indica la cantidad de protones, partículas que condicionan la carga positiva total y el comportamiento químico de un átomo. Aunque todos los núcleos de todos los átomos pertenecientes a un elemento tendrán el mismo número atómico, es posible que no tengan necesariamente el mismo número de masa; Los átomos de un elemento que tienen diferente número de masa se conocen como isótopos. Por ejemplo, todos los átomos con 6 protones en sus núcleos son átomos del elemento químico carbono, pero los átomos de carbono pueden tener un número de masa de 12, 13 o 14 (Nagel, 1982).

La presentación estándar de los elementos químicos se encuentra en la tabla periódica, que ordena los elementos por número atómico. La tabla periódica se organiza en grupos o columnas y periodos o filas. La tabla periódica es útil para identificar tendencias periódicas.

Figura 5‑3. La tabla periódica de Walther es uno de los modelos mas empleados en Colombia.

Molécula

Una molécula es la porción indivisible más pequeña de una sustancia química pura que tiene su conjunto único de propiedades químicas, es decir, su potencial para sufrir un determinado conjunto de reacciones químicas con otras sustancias. Sin embargo, esta definición solo funciona bien para sustancias que están compuestas de moléculas, lo que no es cierto para muchas sustancias. Las moléculas suelen ser un conjunto de átomos unidos entre sí por enlaces covalentes, de modo que la estructura es eléctricamente neutra y todos los electrones de valencia están emparejados con otros electrones en enlaces o en pares solitarios.

Por tanto, las moléculas existen como unidades eléctricamente neutras, a diferencia de los iones. Cuando se rompe esta regla, dando a la "molécula" una carga, el resultado a veces se denomina ion molecular o ion poliatómico. Sin embargo, la naturaleza discreta y separada del concepto molecular generalmente requiere que los iones moleculares estén presentes solo en forma bien separada, como un haz dirigido en el vacío en un espectrómetro de masas, pero si sirven como entidades teóricas útiles en ciertos cálculos.

Compuesto

Un compuesto es una sustancia química pura formada por átomos de más de un elemento. Las propiedades de un compuesto guardan poca similitud con las de sus elementos. La nomenclatura estándar de compuestos la establece la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC). Los compuestos orgánicos se nombran de acuerdo con el sistema de nomenclatura orgánica almacenado en el Libro Azul de la IUPAC (IUPAC, 2001). Los nombres de los compuestos inorgánicos se crean de acuerdo con el sistema de nomenclatura inorgánica cuyas recomendaciones se encuentran en el Libro Rojo de la IUPAC (Connelly, Damhus, Hartshorn, & Hutton, 2005). Además, el Chemical Abstracts Service ha ideado un método para indexar sustancias químicas. En este esquema, cada sustancia química es identificable por un número conocido como su número de registro CAS.