QUÍMICA

La primera finalidad de la Química es averiguar cómo los materiales pueden identificarse o distinguirse, no en lo que se refiere a cuerpos u objetos representados por vocablos, como «vaso» o «llave», sino más bien por las substancias de que están formados los objetos, expresadas por palabras como «vidrio» o «hierro». La Química no está interesada en las propiedades accidentales o atributos tales como el tamaño y la forma sino en las propiedades específicas de la clase de materia que pueden reconocerse en cualquier cuerpo formado por ella. Así, por ejemplo, una moneda de plata, una copa de plata y un electrodo de plata difieren en tamaño, forma, utilidad e incluso aspecto estético, pero desde el punto de vista químico son esencialmente lo mismo al estar formados por el mismo metal, la plata. 

Al contemplar nuestro mundo material se observan incesantes cambios en los que unos cuerpos desaparecen y se transforman en otros distintos. Estos cambios o transformaciones se conocen como reacciones químicas. Muchas veces no nos interesamos en las nuevas substancias que se originan en las reacciones químicas sino en la energía producida en las mismas. Así, quemamos carbón en el hogar, no para obtener las cenizas que se forman y se van acumulando, ni para utilizar el dióxido de carbono que escapa por la chimenea, sino para aprovechar el calor desprendido en su combustión.  El estudio de las reacciones químicas, esto es, la posibilidad de su realización, la extensión en que tienen lugar, la velocidad con que se verifican y las relaciones cuantitativas entre las substancias que intervienen en la transformación o entre ellas y la energía desprendida o absorbida en la misma es la segunda finalidad de la Química.

El mecanismo de las reacciones químicas depende de la estructura íntima de las substancias y, en consecuencia, el objeto final de la Química es el de la constitución de la materia, puesto que este conocimiento permite identificar y diferenciar las substancias, comprender sus propiedades y establecer su comportamiento frente a otras clases de substancias o bajo la acción de cualquier forma de energía.

Por último, la Química no se limita al estudio de las substancias que componen los seres vivos e inanimados existentes sobre la tierra, así como de las que constituyen las estrellas, sino que, más importante, extiende incluso su finalidad al descubrir incesantemente nuevas substancias que no se encuentran en la Naturaleza y cuyas propiedades y aplicaciones las hacen en muchísimos casos de incalculable valor.

Cambios Físicos y Químicos de la materia

Todos los materiales que vemos y tenemos a nuestro alrededor constantemente sufren cambios. Por ejemplo: la fruta se madura, los charcos se evaporan, las hojas de los árboles se amarillean, podemos moldear el barro, patear un balón, etc.

Algunos de estos cambios son producidos por el hombre, por ejemplo cortar papel, disolver azúcar en el café, cocinar los alimentos, elaborar quesos, otros cambios son producto de la naturaleza por ejemplo, cuando cae un rayo, la formación de la lluvia, la realización de la fotosíntesis, etc. Los cambios de la materia se clasifican en cambios físicos, cambios químicos y nucleares.

CAMBIOS FÍSICOS:

¿Qué le pasa al cubo de hielo cuando se deja fuera del congelador por un tiempo? , si cambia de estado, ¿hay alguna forma de que vuelva a ser un cubo de hielo?

Son aquellos cuando la materia NO cambia en su estructura, ni su composición; es decir solo cambia su tamaño, su forma, su posición o su estado de agregación, ocurre un cambio físico. Por ejemplo la solidificación del agua: al bajar su temperatura a 0° ésta se congela y forma hielo, pasa del estado líquido al estado sólido, pero sigue siendo agua.

CAMBIOS QUÍMICOS:

Si quemamos un papel, ¿éste podrá regresar a su estado original? ¿por que?Son aquellos cuando la materia cambia en su composición y propiedades es un cambio químico; es decir las sustancias iniciales se transforman y no se parecen a las sustancias obtenidas después del cambio ocurre un cambio químico, por ejemplo la fermentación del jugo de la uva produce el vino: el jugo de uva es muy dulce y rico en glucosa, una vez fermentado se obtiene alcohol etílico, que es una sustancias con diferentes propiedades a la glucosa que es un azúcar.

Son ejemplos de cambios químicos

las combustiones
las oxidaciones de los metales
la fotosíntesis
la putrefacción
la respiración
el crecimiento de una planta

Conservación de la Materia y la Energía 

Ley de la conservación de la materia

En el año 1745, Mijaíl Lomonosov enunció la ley de de conservación de la materia de la siguiente manera:  En una reacción química ordinaria donde la masa permanece invariable, es decir, la masa presente en los reactivos es igual a la masa presente en los productos. En el mismo año, y de manera independiente, el químico Antoine Lavoisier propone que ” la materia no se crea ni se destruye, sólo se transforma”. Es por esto que muchas veces la ley de conservación  de la materia es conocida como ley de Lavoisier-Lomonosov.

Estos científicos se referían a la materia másica. Más adelante se observó que en algunas reacciones nucleares existe una pequeña variación de masa. Sin embargo, esta variación se explica con la teoría de la relatividad de Einstein, que propone una equivalencia entre masa y energía. De esta manera, la variación de masa en algunas reacciones nucleares estaría complementada por una variación de energía, en el sentido contrario, de manera que si se observa una disminución de la masa, es que ésta se transformó en energía,  y si la masa aumenta, es que la energía se transformó en masa.

Teniendo es cuenta la ley de conservación de la materia, cuando escribimos una ecuación química, debemos ajustarla de manera que cumpla con esta ley. El número de átomos en los reactivos debe ser igual al número de átomos en los productos. El ajuste de la ecuación se logra colocando índices estequiométricos delante de cada molécula. El índice estequiométrico es un número multiplica a los átomos de la sustancia delante de la cual está colocado.

Tomemos por ejemplo la reacción química de formación de amoníaco a partir de nitrógeno e hidrógeno.

N2 + H2 ————-> NH3

Observamos que en los reactivos hay dos átomos de nitrógeno y dos átomos de hidrógeno, mientras que en los productos hay sólo un átomo de nitrógeno y tres de hidrógeno. Para que la ecuación química cumpla con la ley de conservación de la materia, tenemos que agregar coeficientes estequiométricos, de la siguiente manera:

N2 + 3H2 ————-> 2NH3

Así logramos que el número de átomos sea el mismo en ambos lados de la ecuación. Estos significa que dos átomos o dos moles de nitrógeno reaccionarán con tres átomos o moles de hidrógeno para formar dos átomos o moles de amoníaco. Cuando el coeficiente estequiométrico es uno, no se escribe.

Ley de Conservación de la Energía

La energía no se puede crear ni destruir; se puede transformar de una forma a otra, pero la cantidad total de energía nunca cambia.  Esto significa que no podemos crear energía, es decir, por ejemplo: podemos transformarla de energía cinética a energía potencial y viceversa.

La energía cinética y la energía potencial son dos ejemplos de las muchas formas de energía.  La energía mecánica considera la relación entre ambas.La energía mecánica total de un sistema se mantiene constante cuando dentro de él solamente actúan fuerzas conservativas.

Fuerzas conservativas

Las fuerzas conservativas tienen dos propiedades importantes

1. Si el trabajo realizado sobre una partícula que se mueve entre cualesquiera dos puntos es independiente de la trayectoria seguida de la partícula.
2. El trabajo realizado por una fuerza conservativa a lo largo de cualquier trayectoria cerrada es cero.

Fuerzas no conservativas

La propiedad más importante para clasificar una fuerza como no conservativa es cuando esa fuerza produce un cambio en la energía mecánica, definida como la suma de la energía cinética y potencial.  El tipo de energía asociada a una fuerza no conservativa puede ser un aumento o disminución de la temperatura.