La química y sus aplicaciones

La química y sus aplicaciones

Todos los objetos materiales, incluidos nosotros, están formados de sustancias químicas y propiedades físicas.

Al manipular materiales en su ambiente, la gente practica la química. Hasta tiempos muy recientes, estas manipulaciones han involucrado principalmente, modificaciones pequeñas, tales como la extracción de un metal de un mineral. Con el conocimiento químico moderno, literalmente podemos descomponer la materia que se produce naturalmente en sus componentes más pequeños (átomos) y reacomodar esas componentes en materiales que no existen naturalmente. Así, del petróleo podemos producir carburantes y un número incontable de plásticos, medicamentos farmacéuticos y pesticidas). El conocimiento de la química moderna permite comprender y controlar procesos que determinan el ambiente, tales como la producción del smog y la destrucción del ozono estratosférico.

Los primeros químicos aprendieron por prueba y error (experimentando) qué reacciones químicas podían usarse para producir nuevos materiales. El conocimiento químico moderno responde el “por qué” junto con el “cómo” de los cambios químicos. Se basa en principios, teorías y aplicaciones.

La química estudia la materia enfatizando las formas en las que puede ser cambiada o transformada; se ocupa de las propiedades distintivas de la materia y cómo estas pueden ser cambiadas por medios físicos o químicos. Los compuestos pueden romperse en sus elementos constitutivos sólo por cambios químicos, mientras que las mezclas pueden separarse en sus componentes por cambios físicos. Otra clasificación es la de los diferentes estados posibles de la materia: sólidos, líquidos y gases.

Como las otras ramas de la ciencia, la química emplea el método científico, que consiste en una serie de actividades que terminan en teorías para explicar y predecir fenómenos naturales.

Mediciones químicas

En química es esencial la necesidad de mediciones precisas y es también muy importante un sistema uniforme para expresar los resultados de las mediciones. Las unidades del SI proporcionan esta uniformidad, pero como todavía no han sido adoptadas universalmente, con frecuencia encontraremos el uso de otras unidades.

Otra necesidad adicional es tener un medio de indicar la precisión con la que se realizan las mediciones. Esto puede hacerse a través del número de cifras significativas usadas para expresar las cantidades medidas. Más aun, los cálculos basados en cantidades medidas deben realizarse de manera que el valor calculado del resultado no sea ni más ni menos preciso que el garantizado por las cantidades medidas. Este requisito se cumple con una consideración adecuada del número de cifras significativas usadas para expresar el resultado de un cálculo.

Propiedades de la materia

La química es un estudio de la materia y una de las primeras necesidades en este estudio es clasificar la materia en categorías útiles. Materia es cualquier objeto o material que ocupa espacio. La materia es en general una sustancia, elemento o compuesto, o una mezcla –homogénea o heterogénea. La materia se mide por su masa. Los gases de la atmósfera son materia porque ocupan un lugar en el espacio y tienen masa. Podemos preguntarnos si la luz del sol (la radiación electromagnética) es materia.

Las características que podemos usar para identificar muestras de materia y distinguir unas de otras, se llaman propiedades. La masa es un ejemplo de una propiedad de la materia. Las podemos agrupar en dos grandes categorías: propiedades físicas y químicas.

Propiedades físicas y cambio físico

Un proceso en el cual un objeto cambia su apariencia física pero no su composición básica, se llama cambio físico. Durante un cambio físico, la materia u objeto exhibe una o más propiedades físicas. Podemos martillear una bola de cobre para formar una hoja delgada, y decimos que el cobre es maleable. Podemos formar un alambre delgado de cobre porque es dúctil. Pero ya sea en la forma de bolita, hoja o alambre, el material permanece siendo la sustancia cobre. Una de las más útiles propiedades físicas del cobre es que es un excelente conductor eléctrico. Contrario al cobre, el azufre, tiene un color amarillo y no es un conductor de electricidad. También, si golpeamos con el martillo un trozo de azufre se pulveriza; es quebradizo. Entonces, podemos distinguir entre el cobre y el azufre por sus propiedades físicas.

Propiedades químicas y cambio químico

El papel se quema, el hierro se oxida y la madera se pudre. En cada caso el objeto cambia no sólo su apariencia física, sino también su composición básica. En un cambio químico o una reacción química, una muestra de materia se transforma en materiales completamente diferentes. Este tipo de reacciones químicas que un material puede tener (por ejemplo, cuando se quema o reacciona en cualquier otra manera con el oxígeno atmosférico) se determinan por sus propiedades químicas. El cobre muestra sus propiedades químicas de un metal, mientras que las propiedades químicas del azufre son las de un típico no metal.

Clasificación de la materia

La materia está formada por unidades pequeñísimas, llamadas átomos. Actualmente se conocen 109 átomos diferentes y toda la materia está formada por estos 109 átomos.

Una sustancia formada por un sólo tipo de átomos se llama elemento químico. Los elementos no pueden descomponerse en sustancias más simples por ningún medio, ni rompiéndolos, calentándolos, ni exponiéndolos a los ácidos, etc. Los 109 elementos conocidos van desde las sustancias comunes como el hierro, el cobre, la plata y el oro, hasta las no comunes como el lutecio y el tulio. Cerca de 90 pueden extraerse de fuentes naturales; el resto puede crearse con procesos nucleares. La conocida Tabla Periódica de los elementos los enlista y agrupa con criterios especiales muy útiles.

Los átomos de diferentes elementos se combinan entre ellos para formar sustancias más complejas llamadas compuestos químicos. El número de compuestos químicos conocidos es de millones. Los compuestos varían en complejidad desde el agua ordinaria, que consiste de los elementos hidrógeno y oxígeno, hasta la proteína gama globulina, consistente de carbón, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno.

En muchos compuestos podemos aislar la unidad más pequeña identificable del compuesto, que le llamamos molécula.

Una molécula de agua consiste de 2 átomos de hidrógeno unidos a un átomo de oxígeno. En contraste, una molécula de gama globulina está formada por 19996 átomos. Los compuestos químicos mantienen su identidad durante los cambios físicos pero pueden ser separados en sus elementos componentes con cambios químicos apropiados.

Sustancias

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