Hablaremos primero de los conceptos. En Química empleamos algunas palabras que son de uso común, pero que adquieren un nuevo significado en nuestro contexto. La palabra materia, por ejemplo, se asocia comúnmente al estado sólido de la misma, mientras que en Química incluye los estados sólido, líquido y gaseoso, se define como aquello que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio. Otro ejemplo es la sal, que comúnmente es un condimento en los alimentos y en nuestro contexto es la sustancia producida en la reacción entre ácido y una base, y qué decir del significado de mezcla y gas, o todo lo que químicamente encierra el término metal, y lo inusual de utilizar otro término igualmente importante: no metal. Aun adentrándonos en el mundo de la estructura de la materia, muchos términos se han filtrado al lenguaje común: átomo, elemento, órbita y otros más que nos ayudan a entender nuestro mundo. Sin embargo, lo que más le interesa a la Química es entender el significado que tiene cada uno de ellos.

a) Conceptos químicos nuevos

Existen también algunos términos que serán nuevos para ti, ya que no se utilizan en el lenguaje común. Habrá que familiarizarse con ellos e incluirlos en ejemplos cotidianos para aprender a utilizarlos. Así, por ejemplo, llamaremos tensión superficial a la propiedad que tiene el agua por la cual los mosquitos no se hunden al posarse sobre ella y presión de vapor a otra propiedad por la que se evapora antes de la ebullición.

Por último, hay una serie de conceptos abstractos (leyes, teorías, modelos, etcétera) que rebasan la experiencia cotidiana. Éstos son una nueva manera de conocer los fenómenos, complementando la explicación del sentido común. Para entender, por ejemplo, las diferencias entre un gas, un líquido y un sólido, recurriremos al modelo cinético molecular, que explica el comportamiento de las partículas en cada estado de agregación. (sólido, líquido y gaseoso).

b) Los símbolos de los elementos

Nos referiremos ahora a los nombres de los elementos, ya que el nombre que la Química da a las diversas sustancias se basa en los elementos.

Actualmente existen más de 100 elementos, algunos de ellos fabricados por el hombre. La manera en que se ha llegado a dar nombre a cada uno de esos elementos está llena de historias interesantes.

En el siglo XV los elementos ya descubiertos se reducían a trece: oro (Au), plata (Ag), cobre (Cu), hierro (Fe), estaño (Sn), plomo (Pb), mercurio (Hg), carbono (C), azufre (S), arsénico (As), antimonio (Sb), bismuto (Bi) y zinc (Zn), y en los últimos cinco siglos se han descubierto los restantes.

En algunos casos, el nombre de los elementos fue modificado en diferentes etapas antes de quedar el que ahora tiene; por ejemplo, el oxígeno primero fue llamado aire de fuego y el cloro, que debe su nombre a su color, fue llamado ácido marino desflogistizado por su descubridor. El químico Jöns Jacob Berzelius (1779-1848) fue quien estableció el sistema para simbolizar los elementos como los conocemos actualmente. Los nombres de los elementos más importantes, sus símbolos correspondientes y sus características hay que aprenderlos, pues son las vocales de nuestro alfabeto químico y nos sirven para identificar a todas las sustancias.

ACTIVIDAD DE REGULACIÓN

Busca en la tabla periódica de los elementos químicos los símbolos de los siguientes elementos y anótalos en los renglones correspondientes.

Hidrógeno ___________ Magnesio ________________ Sodio _______________

Cloro _______________ Nitrógeno ________________ Calcio ______________

Los objetos que nos rodean están formados por sustancias, las cuales se componen, por lo general, de más de un elemento. Muchas de éstas, como ya habíamos mencionado, tienen nombres comunes. Si tuviéramos que aprendernos tanto nombres comunes como compuestos existen, estaríamos hablando de cientos de miles de palabras; por esta razón, los químicos han establecido un sistema para nombrar los compuestos, como se muestra en el siguiente cuadro.

Lavoisier estableció una manera de sustituir el fantasioso lenguaje de los alquimistas, al llamar cloruro de sodio a un compuesto de cloro y sodio (sal común, NaCl); al gas formado por hidrógeno y azufre lo llamó sulfuro de hidrógeno (H2S). Cuando varios compuestos se formaban por los mismos elementos, pero en distinta proporción, les dio nombres relacionados, por ejemplo, los cuatro ácidos compuestos de hidrógeno, cloro y oxígeno los llamó: ácido hipocloroso, ácido cloroso, ácido clórico y ácido perclórico, de acuerdo con su creciente contenido de oxígeno, y cuando se sustituía el hidrógeno por sodio los llamó hipoclorito sódico, clorito sódico, clorato sódico y perclorato sódico.

Como ves, el nombre de cada compuesto se forma por los nombres de los diferentes elementos que lo constituyen, y sus terminaciones varían de acuerdo a la cantidad o proporción de cada elemento que contienen.

De este modo Lavoisier uniformó la caótica nomenclatura química de la época, transformándola en otra perfectamente lógica. Sin embargo, esta nomenclatura no es la que actualmente se considera como oficial y que estudiarás más adelante en este curso.

El sistema para nombrar los compuestos se estableció en el Congreso de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) en 1940 y la última publicación de este sistema fue en 1989. Aunque existen otros sistemas de nomenclatura, éste es el reconocido oficialmente y el que usaremos en nuestros cursos. Sólo la práctica generará el dominio de este lenguaje; por ello, nos referiremos a los nombres químicos y fórmulas de los compuestos constantemente en el desarrollo de todos los contenidos. La composición de las sustancias es un concepto importante en Química; pero conocer sus componentes no es suficiente para producirlas. En cada caso, la clave de su producción está en la cuantificación de sus ingredientes (por ello las empresas guardan en secreto esta composición). Pequeñas desviaciones en las dosis de ingredientes da por resultado productos con características diferentes. La fórmula de un compuesto indica la cantidad exacta de partículas de cada elemento que intervienen. Así H2O, la fórmula del agua, nos indica que está formada por 2 partículas de hidrogeno y 1 de oxígeno, H2O2, el agua oxigenada, está formada por 2 partículas de hidrógeno y 2 de oxígeno. Diferentes fórmulas o diferentes combinaciones de elementos dan por resultado diferentes productos. Más que aprenderse las fórmulas, lo que tenemos que hacer es aprender a interpretarlas.

ACTIVIDAD DE REGULACIÓN

Completa el cuadro escribiendo el número de partículas que tiene cada elemento de acuerdo a su fórmula.

Finalmente, vamos a hablar de otros aspectos importantes del lenguaje: las ecuaciones químicas. Una ecuación es la representación simbólica de una reacción o cambio químico. Hoy en día se realiza mucho esfuerzo en expresar la información en forma concisa y útil. En Química se usan ecuaciones como expresiones cortas o abreviadas de todo lo que implica un cambio observado ya sea en laboratorio o en la vida cotidiana. Una ecuación nos da información sobre las sustancias que intervienen en una reacción y puede predecir los productos que se van a obtener.

Así, por ejemplo, la reacción que ocurre entre el magnesio y el oxígeno del aire, al encenderse el “flash” en una fotografía, se representa con la siguiente ecuación:

Magnesio + Oxígeno = óxido de magnesio 2 Mg + O2

2MgO

Otro ejemplo es la reacción efectuada al gasificar un refresco embotellado que se representa con la siguiente ecuación: Ácido carbónico = agua + dióxido de carbono H2CO3

H2O + CO2

ACTIVIDAD DE REGULACIÓN

¿Podrías ahora identificar cuál es la función del lenguaje químico?. Elabora una pequeña síntesis al respecto.

EXPLICACIÓN INTEGRADORA

Con la revisión del esquema podrás notar que dentro del lenguaje empleado en la Química se utilizan, básicamente, conceptos y símbolos.

TENSIÓN SUPERFICIAL

Un cambio físico no implica cambio en la composición de una sustancia sino solamente en su estado de agregación o en su forma. Existe una buena cantidad de ejemplos en los que se involucra solamente el cambio en el estado físico debido a la interacción materia-energía, algunos de los fenómenos que se incluyen en las preguntas anteriores, son ejemplos de cambios físicos, veamos por qué:

El chocolate se derrite en la mano, ya que el calor transmitido por ella es suficiente para superar la temperatura de fusión de muchos de sus componentes sólidos pasando al estado líquido, es decir, existe un cambio en el estado de agregación molecular, pero el chocolate sigue siendo chocolate.

El refrigerador tiene un motor (compresor), el cual convierte la energía eléctrica en energía mecánica para comprimir al freón (gas) y que éste pase al estado líquido, posteriormente se expande y regresa al estado gaseoso; este ciclo de gas a líquido y líquido a gas, se repite constantemente. Cuando se produce la expansión, el freón absorbe la energía calorífica de los alimentos e incluso del aire que se encuentra en el interior del refrigerador, registrándose un descenso en la temperatura. En este ejemplo se observan dos cambios físicos: un cambio de estado de agregación -cuando el freón pasa de líquido a gas- y un cambio de temperatura -la transferencia de calor de los alimentos al freón-, pero ni la naturaleza del freón ni la de los alimentos cambió.

Si se aplica calor al hielo, éste se funde cambiando al estado líquido. Esto es lo que ocurre cuando la temperatura ambiente es igual o superior a su temperatura de fusión. Algo similar sucede cuando aplicamos energía en forma de calor al agua, al llegar alrededor de los 100ºC se alcanza su temperatura de ebullición (hierve) pasando del estado líquido al gaseoso.

Al destapar un frasco de perfume, las sustancias aromáticas que contiene se esparcen pasando del estado líquido al gaseoso (evaporación); esto se debe a que absorben energía térmica del ambiente.

En los ejemplos citados se hizo alusión a cambios en la materia y, en todos los casos, alguna forma de energía fue la causante de los mismos.

Todos los cambios de estado son ejemplos de cambios físicos, ya que en ellos la materia pasa de un estado de agregación a otro debido a una transferencia de energía, sin alterar su composición. En un mismo estado de agregación, también puede haber cambios físicos, por ejemplo, el grafito y el diamante, son formas distintas de la misma sustancia sólida (Carbono, C) y que sólo difieren en la distribución y acomodo de sus partículas, por lo que se les llama formas alotrópicas. En este caso, el grafito podría convertirse en diamante si se somete a presiones muy grandes, para lo cual, se requeriría tal cantidad de energía que resulta más barato extraerlo de las minas, que tratar de producirlo de esta forma.

Cuando preparas una mezcla, como por ejemplo, una limonada o pasta para pastel, estás realizando un cambio físico, ya que la estructura de las sustancias que combinas no cambia aunque las propiedades de la mezcla son diferentes a las que tenían cada una de las sustancias originalmente.

ACTIVIDAD DE REGULACIÓN

Describe con tus palabras en qué consiste un cambio físico.

En este apartado podrás poner en práctica los conocimientos que has aprendido a lo largo del fascículo, por lo que deberás realizar todo lo que se te pide en cada caso.

I. Lee con atención las preguntas y contesta en los renglones la respuesta correcta.

a) ¿Qué es materia?.

b) Menciona y describe cuáles son los estados de agregación de la materia .

c) ¿Qué es la fusión?.

d) ¿Qué es ebullición?.

e) ¿Qué es la densidad?.

Menciona qué es la cuantificación y su importancia dentro de la Química.

f) ¿Qué es una Mol?.

g) ¿Cuál es el número de Avogadro?.

i) Calcula el Peso Molecular (PM) de los siguientes compuestos:

Hidróxido de Sodio (Na OH) _________________________ Bióxido de Carbono (CO2) _________________________ Agua (H2O) _________________________

j) Menciona cuáles son los pasos que se deben seguir en el método científico aplicado a la química.

2. Anota en los renglones la respuesta correcta:

a) 3.5 litros equivalen a ______________________ cm³ b) 260 º C equivalen a ______________________ °K c) 100 °K equivalen a ______________________ º C d) 480 cm³ es igual a ______________________ mL e) 270 g equivalen a ______________________ Kg f) 28 Kg son igual a ______________________ g g) 300 cm³ equivalen a ______________________ L

3. En este apartado te presentamos el planteamiento de un problema en laboratorio, por tal motivo deberás poner mucha atención en lo que se te pide.

Planteamiento del Problema

En un laboratorio de química se llevó a cabo un experimento en el cual se deseaba conocer la variación de temperatura de una mezcla de hidróxido de sodio (NaOH) y agua (H2O), o mejor conocida como sosa, para tal efecto se emplearon las siguientes cantidades:

Una vez que se realizaron las mezclas correspondientes se obtuvieron los siguientes resultados:

Para complementar este experimento debes realizar lo siguiente:

a) Observa con cuidado la tabla y la gráfica en donde se presentan los resultados y contesta la siguiente pregunta, ¿existe un desprendimiento de energía al realizar la mezcla?

Sí ______________ No. ___________________

b) Si la respuesta a la pregunta anterior es afirmativa ¿qué relación existe entre la cantidad de materia y el desprendimiento de energía?.

c) Por lo tanto, en este experimento, ¿cómo se puede cuantificar la energía?.

d) Dentro del experimento, ¿cuál es la variable independiente, (VI) variable dependiente (VD) y constante (K)?, menciónalas.

VI _________________ VD ____________________ K __________________

e) Anota, en el siguiente cuadro, cuál es el número de moles y de moléculas conforme a las cantidades empleadas en el experimento, recuerda que el cálculo de la masa molecular de la sosa ya la realizaste.

f) A partir de los datos anteriores, qué puedes concluir en cuanto a la transformación de la energía, su medición como tal, y la relación que existe entre masa y energía.