Unidad 1. 1. La química y la materia

En el campo de las Ciencias Naturales presenta varias ramas que permiten el estudio de todo lo que nos rodea desde distintos puntos de vista. En el caso de esta asignatura estudiaremos a la química.

Durante los últimos años en el estudio de la química ha habido grandes avances que han podido aplicarse en distintas áreas como: en la elaboración de nuevos medicamentos, diseño de textiles para ropa especial, generación de nuevos productos de limpieza más efecticos y menos contaminantes, síntesis para el transporte, entre otros muchos ejemplos que influyen en todas las actividades que realizamos diariamente. Además, el estudio de la química nos permite identificar y describir los procesos o fenómenos que ocurren en la naturaleza y que posteriormente pueden ser modificado para generar productos biotecnológicos que mejoren la calidad de vida.

1.1        Definición de química.

La química es una ciencia activa y en evolución que tiene importancia vital en nuestro planeta, tanto en la naturaleza como en la sociedad y aunque sus raíces son antiguas, la química es, en todos sentidos, una ciencia moderna (Chang, 2007).

Química.

Linus Pauling la define como la “ciencia que estudia las sustancias, su estructura las sustancias, su estructura (tipos y formas de acomodo de los átomos), propiedades y las reacciones que las transforman en otras sustancias” (Gispert, 1997).

Por su naturaleza, la química tiene una participación central en todas las áreas de la ciencia y la tecnología, como la medicina, la agricultura, el cuidado del medio ambiente, la creación de nuevos materiales, herramientas tecnológicas e incluso alimento.

Dentro de la química hay una gran diversidad de disciplinas, dependiendo del área en la que se estén aplicando y de las ciencias con las que se están compartiendo los conocimientos, las cuales son importantes porque forman herramientas multidisciplinarias que permiten una mejor resolución de problemas.

1.2        Subdisciplinas de la química.

El estudio de la química se puede dividir en dos grandes disciplinas, la química orgánica y la inorgánica, dependiendo del tipo o la materia que estudias, así como sus reacciones químicas.

Ilustración 1 Clasificación de la química. Las dos ramas más importantes de la química son la orgánica y la inorgánica.

Derivado de estas dos grandes disciplinas surgen las subdisciplinas, las cuales se desglosan en la siguiente tabla:

Subdisciplina	Ámbito de estudio
Bioquímica	Las sustancias que están presentes en los organismos biológicos y sus reacciones e interacciones
Química analítica	La composición de los materiales y su cuantificación
Fisicoquímica	La energía en los diversos sistemas donde se unen los conocimientos de la física y la química para explicar los fenómenos diarios
Química ambiental	Las sustancias que reaccionan interaccionan y están presentes en los diversos ecosistemas y pueden provocas desequilibrios
Química industrial	La elaboración de productos y materiales a nivel industrial
Química nuclear	Los procesos y propiedades de elementos radioactivos

La química también tiene apoyo de otras ciencias como:

·         Geografía, que permite ubicar yacimientos o ayudar en la evaluación de impacto ambiental.

·         Física, aporta en la explicación de los cambios físicos que ocurren en la naturaleza.

·         Historia, quien aporta hechos que sirven a la química para entender o comprender lo que sucedió.

·         Matemáticas, apoyan a la parte estadística de cada uno de los eventos que se presenten.

Estas relaciones entre la química y otras ciencias han formado híbridos, dando su origen a nuevas ramas de estudio, con la finalidad de explicar mejor lo que sucede a nuestro alrededor, así como descubrir nuevos conocimientos.

La química, así como los híbridos que forma con otras ciencias se fundamentan en el método científico, el cual nos permite establecer nuevos conocimientos y consiste en varias etapas.

Ilustración 2 Etapas del método científico. El estudio de las ciencias se basa en definir una hipótesis basada en la observación y estudio de un problema, para posteriormente realizar investigaciones y experimentaciones que nos lleven a corroborar la hipótesis y generar conclusiones.

Enlaces.

El método científico es una parte estructural de todas las ciencias y debemos profundizar mucho más en su estudio.

1.3        Definición de materia.

La química se enfoca en el estudio de la materia desde el punto de vista de su composición. La materia es el componente esencial de los diversos cuerpos, puede adquirir cualquier forma y cambios; además posee características físicas y químicas que se perciben a través de los sentidos.

Materia.

Se define como todo aquello que ocupa un lugar en el espacio y tiene masa.

El estudio de la materia tiene orígenes ancestrales y muchos de los conocimientos se siguen aplicando en la actualidad, como los pensamientos del químico francés Lavoisier, quien es considerado el padre de la química y fundo las bases de la Ley de la Conservación de la masa que dice: “En una reacción química, la materia no se crea ni se destruye solo se transforma”.

Entonces, si la materia tiene masa y ocupa un lugar en el espacio, es cuantificable, es decir se puede medir. En consecuencia, todo lo que te rodea, tu computadora, los libros, la silla, los planetas, el universo, entre otros objetos tienen materia, por lo que podemos decir que existen diferentes tipos de materia, constituidos por dos o más materiales.

Masa.

Se define como la cantidad de materia presente en un objeto. Cabe mencionar que, aunque los términos, masa y peso son utilizados de manera indistinta no son lo mismo, ya que el paso se define como la “fuerza que ejerce la gravedad sobre un objeto” (Chang,2007)

1.4        Propiedades de la materia y clasificación.

Cada sustancia tiene características específicas a las que denominamos propiedades de la materia y que se clasifican en propiedades físicas y químicas. En la siguiente tabla se muestran algunas de sus características físicas y ejemplos.

Propiedades	Definición	Ejemplo
Físicas	Son aquellas que se pueden medir y observar sin cambiar la composición o identidad de la sustancia que se está estudiando	Temperatura Color Textura Olor Sabor Conductividad térmica. Conductividad eléctrica. Peso especifico
Químicas	Son aquellas propiedades donde la materia cambia de composición y casi siempre se experimentan en un tubo de ensayo	Combustión. Corrosión. Descomposición. Disociación. Fermentación. Hidrolisis.

A su vez las propiedades de la materia se subdividen en:

a)      Propiedades físicas extensivas. Las cuales dependen de la materia y su cantidad como lo es la longitud, el volumen, la masa entre otros.

b)      Propiedades fiscas intensivas. Son las que dependen del material, sin importar la cantidad que exista, por ejemplo, un litro de un mismo aceite tiene la misma densidad que 50 litros.

Ilustración 3 clasificación de las propiedades de la materia. Considerando el tamaño de esta, se puede clasificar en extensiva o intensiva.

Estados de agregación de la materia.

Son los cambios que ocurren cuando hay modificación en las fases de las sustancias, debido a que la materia presenta propiedades físicas y químicas específicas bajo ciertas condiciones de temperatura y presión, que pueden modificarse puesto que en ellas se ven involucradas fuerzas de unión de las partículas involucradas.

Cada uno de los estados de agregación posee características diferentes. Los estados de la materia más conocidos son: sólido, liquido, gaseoso y plasma. Los gases difieren de los líquidos y sólidos en la distancia que media entre las moléculas; en un sólido las moléculas se mantienen juntas de manera ordenada, con escasa libertad de movimiento. Las moléculas de un líquido están cerca unas de otras, sin que se mantengan en una posición rígida, por lo que pueden moverse. En un gas, las moléculas están separadas entre sí por distancias grandes, en comparación con el tamaño de las moléculas mismas.

Ilustración 4 Estados de agregación de la materia. Se muestran los tres principales estados de la materia: sólido, líquido y gaseoso.

Son posibles las conversaciones entre los tres estados de la materia sin que cambie la composición de la sustancia. Estos cambios están descritos en la siguiente:

Ilustración 5 Cambios entre los estados de agregación de la materia. Hay cuatro estados de la materia: sólido, liquido, gaseoso y plasma, además de que existen diferentes procesos para pasar de un estado a otro.

Muchas de las propiedades de la materia son cuantitativas, es decir, están asociadas a números. En 1960 se llegó a un acuerdo internacional que especifica un grupo de unidades métricas para realizar las mediciones científicas, estas unidades se dominan SI que es la abreviatura de “Système International d’Unités”. El sistema internacional tiene siete unidades fundamentales, de las cuales se derivan todas las demás (Brown et al. 2004).

Unidades del Sistema Internacional

Cantidad física Nombre de la unidad abreviatura Masa Kilogramo Kg Longitud Metro m Tiempo Segundo s Temperatura Kelvin K Cantidad de sustancia Mol mol Corriente eléctrica Ampere A Intensidad luminosa Candela cd

Las sustancias que constituyen a la materia se pueden catalogar en: elementos, compuestos y mezclas. Los elementos están constituidos o formados por átomos iguales, mientras que los compuestos se forman de diferentes tipos de átomos. Las mezclas son la combinación de dos o más sustancias, que pueden ser elementos o compuestos; se desde se clasifican en homogéneas y heterogéneas. A ejemplos de las diferentes sustancias se muestran en la siguiente figura.

Ilustración 6 Clasificación de las sustancias. Los elementos se forman por átomos iguales y los compuestos de átomos diferentes. La combinación de varias sustancias forma mezclas homogéneas o heterogéneas.

Ilustración 7 Ejemplos de sustancias. Se muestran ejemplos de distintos elementos, compuestos, mezclas homogéneas y heterogéneas.