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).
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Química.
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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).
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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:
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Subdisciplina
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Ámbito de
estudio
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Bioquímica
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Las sustancias que están presentes en los organismos
biológicos y sus reacciones e interacciones
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Química analítica
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La composición de los materiales y su
cuantificación
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Fisicoquímica
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La energía en los diversos sistemas donde se unen los
conocimientos de la física y la química para explicar los fenómenos
diarios
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Química ambiental
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Las sustancias que reaccionan interaccionan y están
presentes en los diversos ecosistemas y pueden provocas
desequilibrios
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Química industrial
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La elaboración de productos y materiales a nivel
industrial
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Química nuclear
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Los procesos y propiedades de elementos
radioactivos
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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.
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El método
científico es una parte estructural de todas las ciencias y debemos profundizar
mucho más en su estudio.
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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.
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Materia.
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Se define como
todo aquello que ocupa un lugar en el espacio y tiene
masa.
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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.
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Masa.
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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)
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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.
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Propiedades
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Definición
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Ejemplo
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Físicas
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Son aquellas que se pueden medir y observar sin
cambiar la composición o identidad de la sustancia que se está
estudiando
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Temperatura
Color
Textura
Olor
Sabor
Conductividad térmica.
Conductividad eléctrica.
Peso especifico
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Químicas
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Son aquellas propiedades donde la materia cambia de
composición y casi siempre se experimentan en un tubo de
ensayo
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Combustión.
Corrosión.
Descomposición.
Disociación.
Fermentación.
Hidrolisis.
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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.
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Estados de agregación de la
materia.
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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.
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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).
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Unidades del Sistema
Internacional
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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.
