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Atomo, molécula, fuerza de cohesión y reacciones químicas

Resumen: La materia está formada por partículas que están en movimiento, a estas partículas se les llaman átomos, los cuales han sido estudiados y estructurados mediante diversos modelos, entre estos modelos es importante destacar el modelo de Rutheford y el de Bohr, gracias a estos es que se conoce que los átomos son partículas extremadamente pequeñas que al combinarse con otras forman moléculas
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Autor: David José Figueroa Sánchez

    ÍNDICE

    Introducción

    Capitulo

          I      Partículas elementales, átomos y moléculas

    Partículas elementales

    ·        Foton

    ·        Neutrino

    ·        Electrón

    ·        Neutron

    ·        Protón

                      Átomo

    ·        Definición

    ·        Teoría de Dalton

    ·        Ley de Avogadro

    ·        Características del átomo

    ·        Radiactividad

                      Modelos atómicos

    ·        Átomo de Rutheford

    ·        Átomo de Bohr

    ·        Evolución del átomo

                      Molécula

    ·        Definición

    ·        Masa molecular

    ·        Teoría molecular

     

          II     Estados físicos de la materia y sus cambios físicos y químicos

                      Estado de la materia

    ·        Estado liquido

    ·        Organización de las partículas de los líquidos

    ·        Estado sólido

    ·        Estado gaseoso

    ·        Plasma

                      Cambios físicos y químicos de la materia

    ·        Fusión

    ·        Evaporación

    ·        Condensación

    ·        Cambios de estado a temperatura constante

    ·        Punto de ebullición

    ·        Punto de fusión

    ·        Fuerza de cohesión

          III    Reacciones Químicas y los factores que afectan la velocidad de las mismas

                       Reacciones Químicas

    ·        Definición

    ·        Tipos de Reacciones Químicas

                       Factores que afectan la velocidad de las reacciones químicas

    ·        Temperatura a la cual se lleva a cabo la reacción

    ·        Concentración de los reactivos

    ·        La presencia de un catalizador

    ·        El área superficial de los reactivos o catalizadores sólidos o líquidos

    Conclusión

    Referencias

     

    INTRODUCCIÓN

                La materia esta formada por partículas que están en movimiento, a estas partículas se les llaman átomos, los cuales han sido estudiados y estructurados mediante diversos modelos, entre estos modelos es importante destacar el modelo de Rutheford y el de Bohr, gracias a estos es que se conoce que los átomos son partículas extremadamente pequeñas que al combinarse con otras forman moléculas

                La materia a su vez tiene distintos estados como lo son el estado liquido, sólido, gaseoso y plasma, además de poseer diferentes cambios estados originados por procesos físicos y químicos.

                Las partículas que forman la materia se mantienen unidas por un fenómeno llamado Fuerza de Cohesión, que se da en los diferentes estados de la materia.

                Las reacciones químicas se llevan a cabo entre varias sustancias, produciendo transformaciones químicas, es importante saber que estas se desarrollan con una velocidad que depende de factores tanto físicos como químicos.

                El propósito de este trabajo es conocer de una manera mas detallada acerca de la Fuerza de Cohesión, Reacciones químicas, átomos y Moléculas y los Estados de la Materia, por tal razón decidimos estructurarlo de la siguiente forma:

                Un primer capitulo que habla sobre las partículas elementales, átomos y sus distintos modelos y las moléculas y sus características.

                Un segundo capitulo que habla sobre los estados de la materia y sus cambios físicos y químicos y la Fuerza de Cohesión.

                Un tercer capitulo acerca de las reacciones químicas, sus tipos y los factores que afectan a su velocidad.

     

    CAPITULO I

    PARTÍCULAS ELEMENTALES- ÁTOMOS Y MOLÉCULAS

    PARTÍCULAS ELEMENTALES.

                En un principio, unidades de materia consideradas fundamentales; en la actualidad, las partículas subatómicas en general. La física de partículas —el estudio de las partículas elementales y sus interacciones— también se llama física de altas energías porque la energía necesaria para estudiar distancias extremadamente pequeñas es muy elevada, como consecuencia del principio de incertidumbre. Originalmente se aplicó el término “partícula elemental” a estos constituyentes de la materia porque se creían indivisibles. Hoy se sabe que muchas de estas partículas son sumamente complejas, pero se las sigue llamando partículas elementales.  Al respecto UPEL (1989), expresa que según el griego Demócrito “la materia hace mucho tiempo está compuesta de átomos y que cuyo propósito es buscar alguna manera de imaginar cual es su constitución”, pp. 225, es decir, que este célebre  filósofo expone que todas las cosas están compuestas de partículas diminutas invisibles e indestructibles de materia que se mueven constantemente en el espacio.

                Las partículas también pueden clasificarse según su espín, o momento angular intrínseco, en bosones y fermiones. Las partículas elementales ejercen fuerzas sobre las demás partículas y son continuamente creadas y aniquiladas. En realidad, las fuerzas y los procesos de creación y aniquilación son fenómenos relacionados, y se denominan colectivamente interacciones o fuerzas fundamentales. Se conocen cuatro tipos de interacción (aunque se han postulado más): La interacción nuclear fuerte es la más intensa, y es la responsable de la vinculación de protones y neutrones para formar núcleos, en relación a  lo antes mencionado UPEL ,(1989) habla de que “los protones y los neutrones se encuentra formando parte del núcleo atómico y en cantidad suficiente para hacer del átomo un sistema eléctricamente neutro” pp.226, de esta manera se puede inferir de que  para hacer el átomo eléctricamente neutro deben haber tanto electrones como protones. Le sigue en intensidad la interacción electromagnética, que une los electrones a los núcleos en átomos y moléculas. La llamada interacción débil, o fuerza nuclear débil, es mucho menos intensa. La interacción gravitatoria es importante a gran escala, aunque es la más débil de las interacciones entre partículas elementales.

                La dinámica de las interacciones de las partículas elementales se rige por ecuaciones de movimiento que son generalizaciones de las tres leyes fundamentales de la dinámica de Newton. En las interacciones entre partículas elementales siguen estando vigentes estas leyes de conservación, pero se han descubierto leyes de conservación adicionales de gran importancia en la estructura y las interacciones de los núcleos atómicos y las partículas elementales. Después de 1925, con el éxito cada vez mayor de la teoría cuántica en la descripción del átomo y los procesos atómicos, los físicos descubrieron que las consideraciones de simetría implicaban números cuánticos (que describen los estados atómicos) y reglas de selección (que rigen las transiciones entre estados atómicos). Como los números cuánticos y las reglas de selección son necesarios para describir los fenómenos atómicos y subatómicos, las consideraciones de simetría resultan esenciales en la física de las partículas elementales.

                La clasificación de las partículas elementales se basa en sus números cuánticos, por lo que está muy relacionada con las ideas sobre simetría. Actualmente se acepta de forma generalizada la existencia de seis tipos de quark. El físico británico James Clerk Maxwell dio forma matemática a las ideas de Faraday, con lo que estableció la primera teoría de campo, que incluye las ecuaciones de Maxwell para las interacciones electromagnéticas. En 1916, Albert Einstein publicó su teoría de la interacción gravitatoria, que se convirtió en la segunda teoría de campo. Hoy se cree que las otras dos interacciones, nuclear fuerte y débil, también pueden ser descritas por teorías de campo.

                Ahora se sabe que las propiedades de todas las interacciones vienen dictadas por distintas formas de simetría de gauge. En el aspecto teórico, las complejidades matemáticas de la teoría cuántica de gauge son muy grandes. En el aspecto experimental, el estudio de la estructura de partículas elementales de dimensiones cada vez más pequeñas exige aceleradores y detectores de partículas cada vez mayores.

                Existen varios tipos de partículas entre las cuales están:

    ·        FOTÓN.

                Cantidad mínima de energía de la luz u otra radiación electromagnética. Max Planck y Albert Einstein obtuvieron el Premio Nobel de Física por su descubrimiento de que la luz, muchas veces se comporta como una onda, a veces se comporta como si estuviera compuesta por un haz de pequeñas partículas o cuantos de energía. La energía E de un fotón se expresa mediante la ecuación E = h u, donde h es una constante universal (la constante de Planck) y u es la frecuencia (número de oscilaciones por segundo) de la luz.

    ·        NEUTRINO:

                Partícula nuclear elemental eléctricamente neutra y de masa muy inferior a la del electrón (posiblemente nula). Antes del descubrimiento del neutrino, parecía que en la emisión de electrones de la desintegración beta no se conservaban la energía, el momento y el espín totales del proceso. Para explicar esa incoherencia, el físico austriaco Wolfgang Pauli dedujo las propiedades del neutrino en 1931.

                Al no tener carga y poseer una masa despreciable, el neutrino es extremadamente difícil de detectar; las investigaciones confirmaron sus peculiares propiedades a partir de la medida del retroceso que provoca en otras partículas. Billones de neutrinos atraviesan la Tierra cada segundo, y sólo una minúscula proporción de los mismos interacciona con alguna otra partícula. Los físicos estadounidenses Frederick Reines y Clyde Lorrain Cowan, hijo, obtuvieron pruebas concluyentes de su existencia en 1956.

    ·        ELECTRÓN:

                Tipo de partícula elemental de carga negativa que forma parte de la familia de los leptones y que, junto con los protones y los neutrones, forma los átomos y las moléculas. Los electrones están presentes en todos los átomos y cuando son arrancados del átomo se llaman electrones libres.

                Los electrones intervienen en una gran variedad de fenómenos físicos y químicos. Se dice que un objeto está cargado eléctricamente si sus átomos tienen un exceso de electrones (posee carga negativa) o un déficit de los mismos (posee carga positiva).

    ·        NEUTRON:

                Partícula sin carga que constituye una de las partículas fundamentales que componen la materia. La masa de un neutrón es de 1,675 × 10-27 Kg., aproximadamente un 0,125% mayor que la del protón. La existencia del neutrón fue profetizada en 1920 por el físico británico Ernest Rutherford y por científicos australianos y estadounidenses, pero la verificación experimental de su existencia resultó difícil debido a que la carga eléctrica del neutrón es nula y la mayoría de los detectores de partículas sólo registran las partículas cargadas.

    ·        PROTÓN:

                Partícula nuclear con carga positiva igual en magnitud a la carga negativa del electrón; junto con el neutrón, está presente en todos los núcleos atómicos. Al protón y al neutrón se les denomina también nucleones. El núcleo del átomo de hidrógeno está formado por un único protón. La masa de un protón es de 1,6726 × 10-27 Kg., aproximadamente 1.836 veces la del electrón. Por tanto, la masa de un átomo está concentrada casi exclusivamente en su núcleo. El protón tiene un momento angular intrínseco, o espín, y por tanto un momento magnético. Por otra parte, el protón cumple el principio de exclusión. El número atómico de un elemento indica el número de protones de su núcleo, y determina de qué elemento se trata. En física nuclear, el protón se emplea como proyectil en grandes aceleradores para bombardear núcleos con el fin de producir partículas fundamentales.

    ÁTOMO

    ·        DEFINICIÓN:

                 Es la unidad más pequeña posible de un elemento químico. En la filosofía de la antigua Grecia, la palabra “átomo” se empleaba para referirse a la parte de materia más pequeña que podía concebirse. Esa “partícula fundamental”, por emplear el término moderno para ese concepto, se consideraba indestructible. De hecho Brown, (1997),  enuncia que átomo significa en griego “no divisible”, o sea que como partícula mínima del universo  no puede seguir siendo dividida por ser unidades mínimas, pp.47.  A lo largo de los siglos, el tamaño y la naturaleza del átomo sólo fueron objeto de especulaciones, por lo que su conocimiento avanzó muy lentamente.  En relación a lo antes mencionado Rodríguez, (2002) dice que para obtener una mejor idea de lo que es un átomo como tal, es menester estudiar de manera profunda las teorías de éstas, siendo la más importante la de Daltón, pp. 183.

    ·        TEORÍA DE DALTON:

                El profesor y químico británico John Dalton estaba fascinado por el “rompecabezas” de los elementos. A principios del siglo XIX estudió la forma en que los diversos elementos se combinan entre sí para formar compuestos químicos. Aunque muchos otros científicos, empezando por los antiguos griegos, habían afirmado ya que las unidades más pequeñas de una sustancia eran los átomos, se considera a Dalton una de las figuras más significativas de la teoría atómica porque la convirtió en algo cuantitativo. En secuencia de ideas Irazábal (1994) comenta que para él según Dalton “los átomos de un elemento podían combinarse con los átomos de otros elementos en proporciones simples para formar compuestos” pp.182, cuando Irazábal dice esto, se refiere a que la unión de átomos forman moléculas y estas a su vez al unirse forman compuestos. Mostró que los átomos se unían entre sí en proporciones definidas. Las investigaciones demostraron que los átomos suelen formar grupos llamados moléculas. Cada molécula de agua, por ejemplo, está formada por un único átomo de oxígeno (O) y dos átomos de hidrógeno (H) unidos por una fuerza eléctrica denominada enlace químico, por lo que el agua se simboliza como HOH o H2O.

                Todos los átomos de un determinado elemento tienen las mismas propiedades químicas. Por tanto, desde un punto de vista químico, el átomo es la entidad más pequeña que hay que considerar. Las propiedades químicas de los elementos son muy distintas entre sí; sus átomos se combinan de formas muy variadas para formar numerosísimos compuestos químicos diferentes. Algunos elementos, como los gases nobles helio y neón, son inertes, es decir, no reaccionan con otros elementos salvo en condiciones especiales. Al contrario que el oxígeno, cuyas moléculas son diatómicas (formadas por dos átomos), el helio y otros gases inertes son elementos monoatómicos, con un único átomo por molécula.

                En resumen Daltón propuso que la unidad fundamental de la materia es el átomo el cual fue considerado como una esfera sólida. Tiempo después se descubrió que los átomos tienen una estructura interna como se verá más adelante.

    ·        LEY DE AVOGADRO

                    El estudio de los gases atrajo la atención del físico italiano Amedeo Avogadro, que en 1811 formuló una importante ley que lleva su nombre. Esta ley afirma que dos volúmenes iguales de gases diferentes contienen el mismo número de moléculas si sus condiciones de temperatura y presión son las mismas. Si se dan esas condiciones, dos botellas idénticas, una llena de oxígeno y otra de helio, contendrán exactamente el mismo número de moléculas. Sin embargo, el número de átomos de oxígeno será dos veces mayor puesto que el oxígeno es diatómico.  Con relación a todo lo explicado (Encarta, 2005), explica que  el número de Avogadro constituye el número de partículas en un mol, es decir, la masa atómica relativa o la masa molecular aumentada proporcionalmente a gramos.  Es importante saber que Un mol del isótopo carbono-12 tiene una masa exacta de 12 gramos. La cantidad de materia en un mol de una sustancia es proporcional a su masa atómica o molecular, de modo que un mol de una sustancia con una gran masa molecular es relativamente grande. Un mol siempre contiene el mismo número de partículas, es decir el número de Avogadro.

    ·        CARACTERÍSTICAS DEL ÁTOMO

                La curiosidad acerca del tamaño y masa del átomo atrajo a cientos de científicos durante un largo periodo en el que la falta de instrumentos y técnicas apropiadas impidió obtener respuestas satisfactorias. Posteriormente se diseñaron numerosos experimentos ingeniosos para determinar el tamaño y masa de los diferentes átomos. El átomo más ligero, el de hidrógeno, tiene un diámetro de aproximadamente 10-10 m (0,0000000001 m) y una masa alrededor de 1,7 × 10-27 Kg. (la fracción de un kilogramo representada por 17 precedido de 26 ceros y una coma decimal). Un átomo es tan pequeño que una sola gota de agua contiene más de mil trillones de átomos.

                De la ley de Avogadro se desprende que las masas de un volumen patrón de diferentes gases (es decir, sus densidades) son proporcionales a la masa de cada molécula individual de gas. Si se toma el carbono como patrón y se le asigna al átomo de carbono un valor de 12,0000 unidades de masa atómica (u), resulta que el hidrógeno tiene una masa atómica de 1,0079 u, el helio de 4,0026, el flúor de 18,9984 y el sodio de 22,9898. En ocasiones se habla de “peso atómico” aunque lo correcto es “masa atómica”. La masa es una propiedad del cuerpo, mientras que el peso es la fuerza ejercida sobre el cuerpo a causa de la gravedad. De esta manera lo que buscaba esta ley era el de dar respuestas a preguntas relacionadas con la cantidad de partículas de aire que hay una cierta cantidad de volumen, de forma tal que se puede deducir que esta ley suponía que bajo condiciones equivalentes de ciertos factores como  presión y temperatura, volúmenes iguales  de gas contienen el mismo número de partículas, entonces el resultado que se debe producir es el mismo.

                La observación de que muchas masas atómicas se aproximan a números enteros llevó al químico británico William Prout a sugerir, en 1816, que todos los elementos podrían estar compuestos por átomos de hidrógeno. No obstante Irazàbal (1994) habla, de que  medidas posteriores de las masas atómicas demostraron que el cloro, por ejemplo, tiene una masa atómica de 35,453 (si se asigna al carbono el valor 12). El descubrimiento de estas masas atómicas fraccionarias pareció invalidar la hipótesis de Prout hasta un siglo después, cuando se descubrió que generalmente los átomos de un elemento dado no tienen todas las mismas masas. Los átomos de un mismo elemento con diferente masa se conocen como isótopos. En el caso del cloro, existen dos isótopos en la naturaleza. Los átomos de uno de ellos (cloro 35) tienen una masa atómica cercana a 35, mientras que los del otro (cloro 37) tienen una masa atómica próxima a 37. Los experimentos demuestran que el cloro es una mezcla de tres partes de cloro 35 por cada parte de cloro 37. Esta proporción explica la masa atómica observada en el cloro.

                Durante la primera mitad del siglo XX era corriente utilizar el oxígeno natural como patrón para expresar las masas atómicas, asignándole una masa atómica entera de 16. A principios de la década de 1960, las asociaciones internacionales de química y física acordaron un nuevo patrón y asignaron una masa atómica exactamente igual a 12 a un isótopo de carbono abundante, el carbono 12. Este nuevo patrón es especialmente apropiado porque el carbono 12 se emplea con frecuencia como patrón de referencia para calcular masas atómicas mediante el espectrómetro de masas. Además, la tabla de masas atómicas basada en el carbono 12 se aproxima bastante a la tabla antigua basada en el oxígeno natural.

    ·        RADIACTIVIDAD

                Una serie de descubrimientos importantes realizados hacia finales del siglo XIX dejó claro que el átomo no era una partícula sólida de materia e indivisible. En 1895, el científico alemán Wilhelm Conrad Roentgen anunció el descubrimiento de los rayos X, que pueden atravesar láminas finas de plomo. En 1897, el físico inglés Joseph J. Thomson descubrió el electrón, una partícula con una masa muy inferior a la de cualquier átomo. Y, en 1896, el físico francés Antoine Henri Becquerel comprobó que determinadas sustancias, como las sales de uranio, generaban rayos penetrantes de origen misterioso. El matrimonio de científicos franceses formado por Marie y Pierre Curie aportó una contribución adicional a la comprensión de esas sustancias “radiactivas”. Como resultado de las investigaciones del físico británico Ernest Rutherford y sus coetáneos, se demostró que el uranio y algunos otros elementos pesados, como el torio o el radio, emiten tres clases diferentes de radiación, inicialmente denominadas rayos alfa (a), beta (β) y gamma (g). Las dos primeras, que según se averiguó están formadas por partículas eléctricamente cargadas, se denominan actualmente partículas alfa y beta. Más tarde se comprobó que las partículas alfa son núcleos de helio y las partículas beta son electrones. Estaba claro que el átomo se componía de partes más pequeñas. Los rayos gamma fueron finalmente identificados como ondas electromagnéticas, similares a los rayos X pero con menor longitud de onda

    MODELOS ATÓMICOS

    ·        ÁTOMO DE RUTHERFORD.

                El físico británico Ernest Rutherford bombardeo con partículas alfa (con carga positiva) una lámina muy fina de oro y observaron que, aunque la mayor parte de las partículas la atravesaban sin desviarse, unas pocas sufrían una desviación bastante acusada e incluso algunas rebotaban al llegar a la lámina. Para explicar estos resultados, Rutherford propuso el modelo nuclear del átomo, según el cual la carga positiva de un átomo y la mayoría de su masa está concentrada en una pequeña región central llamada núcleo. En este modelo, los electrones, con carga negativa, giraban en órbitas alrededor del núcleo.  Sin embargo, Irazàbal, (1994) opina que este modelo tuvo una falla básica que consiste en que al estar cargado el núcleo positivamente y los electrones negativamente, la radiación emitida por estos últimos al girar determina la pérdida de energía, pp. 182,  entonces por explicación previa en este proceso ocurre o trae como consecuencia que  finalmente los electrones se precipitaran sobre el núcleo, destruyéndose el átomo.

                El descubrimiento de la naturaleza de las emisiones radiactivas permitió a los físicos profundizar en el átomo, que según se vio consistía principalmente en espacio vacío. En el centro de ese espacio se encuentra el núcleo, que sólo mide, aproximadamente, una diezmilésima parte del diámetro del átomo. Rutherford dedujo que la masa del átomo está concentrada en su núcleo. También postuló que los electrones, de los que ya se sabía que formaban parte del átomo, se movían en órbitas alrededor del núcleo. El núcleo tiene una carga eléctrica positiva; los electrones tienen carga negativa. La suma de las cargas de los electrones es igual en magnitud a la carga del núcleo, por lo que el estado eléctrico normal del átomo es neutro.

    ·        ATOMO DE BOHR:

                En 1913 Niels Bohr encontró el común denominador entre la luz y el átomo: el fotón en algunos aspectos este modelo admite la presencia de un núcleo positivo que contienen parte de la  masa del átomo, en el cual se encuentran presentes los neutrones y protones.   Esta teoría se basa en que el electrón se mueve alrededor del núcleo en  distintos niveles de energía, que se llaman estado estacionario y se les asignó un número entero positivo. El número mas cercano al núcleo se le determinó con el número 1 y así sucesivamente, el electrón no ganará ni perderá energía si se mantiene en la orbita.  En relación a lo antes expuesto (Rodríguez, 2002), expone que mientras más lejos sea el nivel del átomo, mayor es la energía que este adquiere, pp. 190.   En fin esta parte se centra es en la atención en los átomos para describir un modelo matemático capaz de reproducir sus propiedades más importantes. De acuerdo a este modelo Bohr habla de que el átomo se asemeja a un sistema planetario en miniatura con un núcleo central muy masivo que tiene una carga positiva y un electrón girando a su alrededor.

    ·        EVOLUCIÓN DEL MODELO ATÓMICO:

                A medida que los científicos fueron conociendo la estructura del átomo a través de experimentos, modificaron su modelo atómico para ajustarse a los datos experimentales. El físico británico Joseph John Thomson observó que los átomos contienen cargas negativas y positivas, mientras que su compatriota Ernest Rutherford descubrió que la carga positiva del átomo está concentrada en un núcleo. El físico danés Niels Bohr propuso la hipótesis de que los electrones sólo describen órbitas en torno al núcleo a determinadas distancias, y su colega austriaco Erwin Schrödinger descubrió que, de hecho, los electrones de un átomo se comportan más como ondas que como partículas.

     

    MOLÉCULA

    ·        DEFINICIÓN:

                      Según (Brown, 1998),  la molécula “es un conjunto de dos o más átomos estrechamente unidos” pp.34, esto quiere decir que todas las moléculas están formadas por partículas que forman el átomo y que éste en unión con otro átomo forman dicha molécula.  Una molécula está formada por un grupo de átomos unidos mediante enlaces químicos covalentes. Las moléculas de un compuesto contienen el mismo número de átomos distintos, unidos de la misma manera. El agua, por ejemplo, consta de dos átomos de hidrógeno unidos a un átomo de oxígeno. Algunos elementos también constan de moléculas cuyos átomos sólo pertenecen a ese elemento. El gas oxígeno, por ejemplo, posee moléculas formadas por dos átomos de oxígeno. Muchos gases, líquidos y metaloides están formados por moléculas. Según la enciclopedia (Quillet, 1998), menciona de que  cada  enlace  de molécula tiene una longitud distinta y se extiende en una dirección pp.215.  Esto hace que las moléculas adquieran una forma tridimensional que puede determinar la química de un compuesto. El metano es una molécula simple con forma de tetraedro. Cuando reacciona con el oxígeno, el compuesto resultante es siempre el mismo. Las moléculas complejas no simétricas, sin embargo, pueden reaccionar de forma distinta y poseer propiedades diferentes.

    ·        MASA MOLECULAR

                La masa de una molécula puede determinarse a través de experimentos o el cálculo simple. La masa molecular de los átomos elementales, como el carbono 12, es la misma que su masa atómica, ya conocida. Si partimos de una molécula de estructura atómica conocida, podemos calcular su masa molecular. Así, el agua (H2O), que tiene dos átomos de hidrógeno (la masa atómica del átomo de hidrógeno es igual a uno) y un átomo de oxígeno (la masa atómica de un átomo de oxígeno es igual a 16), tiene una masa molecular igual a 18. Algunas moléculas más complejas pueden llegar a tener una masa molecular de cientos de millones. En la determinación experimental de la masa molecular de una sustancia, se calcula la masa real en gramos por mol.

    ·        TEORÍA MOLECULAR:

                Una ampliación de la teoría molecular de Avogadro es la teoría cinética, desarrollada por varios químicos, como el británico James Clerk Maxwell, el holandés Johannes Diderik van der Waals y el austriaco Ludwig Boltzmann. Según esta teoría, las moléculas se encuentran en constante movimiento que aumenta con la temperatura. Cuando la molécula está compuesta por más de un átomo se produce un fenómeno de vibración dentro de la misma y una rotación semejante a la de la Luna alrededor de la Tierra. Para percibir estos fenómenos de rotación y vibración internos se emplean diversos métodos como la espectroscopia o la medición del calor específico. En 1989, los físicos determinaron por primera vez el proceso completo de la reacción molecular más simple (interviniendo átomos de hidrógeno) en términos de la teoría cuántica.

     

    CAPITULO II

    ESTADOS FÍSICOS DE LA MATERIA Y SUS CAMBIOS FÍSICOS Y QUÍMICOS

                Todo lo que está a nuestro alrededor, que podemos tocar y palpar está formado por materia y las diversas formas que esta obtiene se les denomina materiales, en secuencia de ideas (Mazparrote, 1994) defina a la materia como “todo aquello que ocupa un lugar e impresiona nuestros sentidos” pp.16, la materia se caracteriza por tener: masa, volumen, peso y además experimenta la inercia.

                La masa es definida por (Encarta, 2005) como “propiedad intrínseca de un cuerpo, que mide su inercia, es decir, la resistencia del cuerpo a cambiar su movimiento. La masa no es lo mismo que el peso, que mide la atracción que ejerce la Tierra sobre una masa determinada”, es decir que la masa es la propiedad fija que posee todo cuerpo y el peso es la fuerza  que la  atrae.

                El volumen es el valor numérico del espacio que ocupa un cuerpo. Para determinar el volumen de un cuerpo se procede de la siguiente manera (en caso de que el cuerpo no sea demasiado grande): se sumerge el cuerpo corresponde al del agua desplazada fuera del recipiente. Para medir a su vez el volumen de agua desplazada se dispone de aparatos graduados tale como cilindros  que tienen una escala en la cual se leen centímetros cúbicos.

                Si se quiere medir el volumen de cuerpos muy grandes,  el procedimiento es diferente. Para estimar por ejemplo el volumen de una montaña, se mide su altura aproximada y su base, seguido se utilizan formulas de geometría para calcular el volumen de esos cuerpos.

                La inercia es definida como la  propiedad de la materia que hace que ésta se resista a cualquier cambio en su movimiento, ya sea de dirección o de velocidad, esto se refiere a que es en fin la resistencia que tiene la materia a un cambio en su estado de reposo o movimiento.

     

    ESTADOS DE LA MATERIA.

                En la naturaleza la materia se puede encontrar en tres estados: sólido, líquido y gaseoso. Actualmente el plasma es aceptado como el cuarto estado en que se presenta la materia, cada uno de ellos tiene sus propias características:

      • EL ESTADO LÍQUIDO:

                Los líquidos no presentan formas definidas, adoptan la forma del recipiente donde estén. Se caracterizan porque pueden fluir fácilmente, los más importantes son: el agua, la sangre, el alcohol entre otros. Según Sapiens, (1997),  en el estado líquido las moléculas pueden moverse libremente  unos respectos a otros, lo que permite que la materia cede a las fuerzas tendentes a cambiar su forma. En estado líquido, la materia cede a las fuerzas tendentes a cambiar su forma porque sus moléculas pueden moverse libremente unas respecto de otras. Los líquidos, sin embargo, presentan una atracción molecular suficiente para resistirse a las fuerzas que tienden a cambiar su volumen.

      

    ORGANIZACIÓN DE LAS PARTÍCULAS DE LOS LÍQUIDOS.

                Al aceptar que el líquido es un estado intermedio entre el gas y el sólido, es de suponer que el grado de organización que se le asigna a las partículas que lo constituyen también ha de guardar cierta distancia entre las organizaciones de uno y de otro estado. De esta forma se puede decir que un líquido no tiene la organización que existe por ejemplo en los cristales pero tampoco en él se da el caos que caracteriza al estado gaseoso. Cuando se esta en presencia de un líquido, las regularidades de dispersión no son tan evidentes como en el sólido, pero si se dan de manera bastante precisa como para hablar de cierto grado de organización. La UPEL, (1989), expresa que “en los líquidos se da un orden cercano”, es decir, que la regularidad solo debe ser observada a unas distancias muy pequeñas que son comparables al diámetro de las partículas que la constituyen.

                En un líquido, al igual que en un sólido, cada partícula esta rodeada por un número no muy grande de, congéneres.

    ·       EL ESTADO SÓLIDO:

                Los sólidos se caracterizan por tener forma y volumen constante, también por la resistencia a cualquier cambio de forma, esto se debe a la fuerte atracción de las moléculas que lo constituyen, los más comunes son: mesa, libros, roca, ladrillo, etc.  Un sólido puede ser pensado, al igual que líquidos y gases, con el modelo de partículas. Son casi obvias las modificaciones que se deben realizar. Al respecto UPEL, (1989), dice que “la característica esencial que distingue  aun sólido de un gas o de un líquido, es que el primero posee forma propia y el otro no” pp.239, de esta manera podemos denotar claramente  que es justamente esta característica la que debemos tomar en cuenta a la hora de realizar modificaciones, sin duda las partículas que conforman un sòlido   no pueden poseer gran movilidad, porque si así fuera el sólido no podría tener una forma definida.  Continuando, en su defecto si las partículas poseen cierta movilidad es necesario que los movimientos se realicen alrededor de ciertas posiciones de equilibrio.  Los objetos sólidos se presentan de formas muy irregulares, de esta manera surge una contradicción con lo mencionado anteriormente. Un sólido es, en general, un conglomerado de microcristales.

      • EL ESTADO GASEOSO:

                Los gases tienen  forma y volumen variable. La molécula estan dispersas y se mueven libremente.  Mazparrote, (1994) establece que los gases son capaces de expandirse, comprimirse y difundirse, pp. 18.  La expansibilidad, es la tendencia que tienen los gases a ocupar todo el espacio, continuando con la comprensibilidad es la capacidad que tienen  de ocupar todo el espacio, también está la difusibilidad que es la capacidad que poseen los gases a mezclarse con otros.

      • EL PLASMA:

                Es un medio conductor de electricidad este se origina cuando se somete un gas a altas temperaturas, produciendo la separación de los átomos. El plasma también es denominada por Sapiens, (1997) como un conjunto de partículas eléctricamente cargadas, con cantidades casi iguales de iones (positivos y negativos) entonces el  plasma se puede observar por ejemplo  en la atmósfera al ver un rayo, ya que este es un plasma de nitrógeno y oxígeno con enorme liberación de energía. El  Plasma es llamado el cuarto estado de la materia, que generalmente es  gaseoso, en el que algunos o todos los átomos o moléculas están disociados en forma de iones. Los plasmas están constituidos por una mezcla de partículas neutras, iones positivos (átomos o moléculas que han perdido uno o más electrones) y electrones negativos. Un plasma es conductor de la electricidad, pero cuando su volumen supera la llamada longitud de Debye presenta un comportamiento eléctricamente neutro. A escala microscópica, que corresponde a dimensiones inferiores a la longitud de Debye, las partículas de un plasma no presentan un comportamiento colectivo, sino que reaccionan individualmente a perturbaciones como por ejemplo un campo eléctrico.

     

    CAMBIOS FÍSICOS Y QUÍMICOS DE LA MATERIA.

                Según expresa la UPEL, (1989) “la naturaleza es esencialmente dinámica”, pp. 254, es decir, que los materia está sometida a continuos cambios que se diferencian por el tiempo de duración. Cuando en un material ocurre una transformación, ésta explica un cambio en su estructura y para que esto suceda, es necesario que la intensidad de, al menos algunas de las interacciones que existen entre sus partículas, varíen. Esto por lo tanto, va a motivar un consumo o producción de energía.

                A continuación se va a proceder a clasificar, los cambios para facilitar su estudio, esta clasificación es de 4 tipos. Cada caso que se estudia se caracteriza a cada tipo de cambio, tanto a nivel de lo que se puede observar a simple vista, como lo que se puede imaginar que ocurre a nivel microscópico con la ayuda del modelo de partículas.

     

    CAMBIOS DE ESTADO FÍSICO:

      • FUSIÓN:

                Es el cambio de una sustancia del estado sólido al líquido, normalmente por aplicación de calor. El proceso de fusión es el mismo que el de fundición, pero el primer término se aplica generalmente a sustancias como los metales, que se licuan a altas temperaturas, y a sólidos cristalinos. Cuando una sustancia se encuentra a su temperatura de fusión, el calor que se suministra es absorbido por la sustancia durante su transformación, y no produce variación de su temperatura. Este calor adicional se conoce como calor de fusión. El término fusión se aplica también al proceso de calentar una mezcla de sólidos para obtener una disolución líquida simple, como en el caso de las aleaciones. En secuencia de ideas UPEL, (1989) habla de “que al pasar del estado  sòlido al líquido, es necesario romper la organización que caracteriza a las partículas del primero” pp.257, esto significa que la temperatura influye en la separación de las moléculas en el estado sólido que es lo que permite que se transforme a estado líquido.

     

      • EVAPORACIÓN:

                Conversión gradual de un líquido en gas sin que haya ebullición. Las moléculas de cualquier líquido se encuentran en constante movimiento. La velocidad media (promedio) de las moléculas sólo depende de la temperatura, pero puede haber moléculas individuales que se muevan a una velocidad mucho mayor o mucho menor que la media. Siguiendo con el tema opina al respecto UPEL, (1989) “que para que la evaporación ocurra es necesario romper los enlaces químicos que existen entre las partículas en el estado líquido”, pp.257, es decir, que aquellas moléculas que son más energéticas pasan de la superficie del líquido al aire, solo afecta a una pequeña parte del líquido que este por debajo del punto de ebullición.

      • CONDENSACIÓN:

                Es una reacción que implica la unión de átomos dentro de una misma molécula o en moléculas diferentes. El proceso conduce a la eliminación de una molécula simple, por ejemplo de agua o alcohol, para formar un compuesto nuevo más complejo, frecuentemente de mayor peso molecular que cualquiera de los compuestos originales. De esta forma  UPEL, (1989) opina que “el balance entre la atracción y repulsión de cargas y la agitación térmica, mantiene a las partículas a la distancia necesaria para que se forme el estado líquido”, pp.257,  siguiendo con lo expuesto se puede denotar que las moléculas o átomos al perder energía se empiezan a enfriar y a perder su movilidad, provocando que se forme el líquido.

      • CAMBIOS DE ESTADO A TEMPERATURA CONSTANTE.

                El estado físico de una  sustancia depende tanto de la temperatura como de la presión a la cual se encuentra sometida. El cambio del estado sólido al líquido y de éste al gaseoso se logra aumentando la temperatura y/o disminuyendo la presión externa. Por el contrario, para pasar del estado gaseoso al líquido y de este al sólido, es necesario disminuir la temperatura y/o aumentar la presión.

      • PUNTO DE EBULLICION

                Es la temperatura a la que la presión de vapor de un líquido se iguala a la presión atmosférica existente sobre dicho líquido. A temperaturas inferiores al punto de ebullición, la evaporación tiene lugar únicamente en la superficie del líquido. El punto de ebullición de un líquido puede disminuir al descender la presión ejercida sobre dicho líquido. El punto de ebullición es la temperatura a la cual se encuentra en equilibrio la fase liquida y gaseosa de una sustancia a la presión de 760 mmHg.

      • PUNTO DE FUSION

                Es la temperatura en la cual están en equilibrio el estado sólido y liquido de una sustancia a la presión de 760mmHg; entonces si calentamos un sólido, la temperatura de este ha de aumentar. Se hace necesario señalar que, cuando se funde o se evapora una sustancia molecular como el agua, el dióxido de carbono o el metano, lo que se rompen son los enlaces intermoleculares, y no los enlaces internos entre los átomos de cada molécula.

    FUERZA DE COHESION

                Es la atracción entre moléculas que mantiene unidas las partículas de una sustancia. La cohesión es distinta de la adhesión; la cohesión es la fuerza de atracción entre partículas adyacentes dentro de un mismo cuerpo, mientras que la adhesión es la interacción entre las superficies de distintos cuerpos. En este orden de ideas la UPEL, (1989) expresa que la fuerza de cohesión es la potencia neta que se da hacia el interior de las moléculas permitiendo su unión constante, pp. 251. De esto se puede inferir que la cohesión es la fuerza que se da en las moléculas para mantener la estructura.

                En los líquidos, la cohesión se refleja en la tensión superficial, causada por una fuerza no equilibrada hacia el interior del líquido que actúa sobre las moléculas superficiales, y también en la transformación de un líquido en sólido cuando se comprimen las moléculas lo suficiente. En los sólidos, la cohesión depende de cómo estén distribuidos los átomos, las moléculas y los iones, lo que a su vez depende del estado de equilibrio (o desequilibrio) de las partículas atómicas. Muchos compuestos orgánicos, por ejemplo, forman cristales moleculares, en los que los átomos están fuertemente unidos dentro de las moléculas, pero éstas se encuentran poco unidas entre sí. En los gases la fuerza de cohesión puede observarse en su licuefacción, que tiene lugar al comprimir una serie de moléculas y producirse fuerzas de atracción suficientemente altas para proporcionar una estructura líquida.

     

    CAPITULO III

    REACCIONES QUÍMICAS Y LOS FACTORES QUE AFECTAN LA VELOCIDAD DE LAS MISMAS

    ·        DEFINICION:

                Según Petrucci, (1999) las reacciones químicas son “un proceso en el que un conjunto de sustancias llamadas reactivos se transforman en un conjunto nuevo de sustancias llamados productos” pp. 96, en pocas palabras una reacción es un proceso en el cual ocurre una transformación química aunque en algunos casos no sucede nada cuando se mezclan las sustancias, estas mantienen su composición original y sus propiedades. Para eso, los enlaces entre átomos y moléculas deben romperse y volver a formarse de otra manera. Como las uniones son fuertes, se necesita energía para romperlas, generalmente en forma de calor. Las nuevas sustancias (productos) tienen unas propiedades distintas de las primeras (reactivos). Las reacciones químicas no ocurren sólo en los laboratorios, sino a nuestro alrededor, por ejemplo, cuando un hierro se oxida o cuando cocinamos.

                De la misma forma que utilizamos símbolos para los elementos y formulas para los compuestos tenemos una forma simbólica o abreviada de representar una reacción química, la ecuación química.

                Los productos obtenidos a partir de ciertos tipos de reactivos dependen de las condiciones bajo las que se da la reacción química. No obstante, tras un estudio cuidadoso se comprueba que, aunque los productos pueden variar según cambien las condiciones, determinadas cantidades permanecen constantes en cualquier reacción química. Estas cantidades constantes, las magnitudes conservadas, incluyen el número de cada tipo de átomo presente, la carga eléctrica y la masa total.

                Existe algún tipo de evidencia que puede poner de manifiesto una reacción las cuales son:

    a)      Un cambio de color.

    b)      La formación de un sólido.

    c)      El desprendimiento del gas.

    d)      El desprendimiento o absorción del calor.

                Las reacciones químicas se representan en una forma concisa mediante ecuaciones químicas las cuales están formadas por las sustancias reaccionantes y las sustancias resultantes. Según Requeijo (1995) expresa que “los reaccionantes son las sustancias iniciales antes de ocurrir los cambios y los resultantes son las sustancias que se originan después de ocurrir el cambio”. En fin las ecuaciones químicas están formadas por los reaccionantes y los resultantes los cuales dan origen a una reacción con propiedades características distintas a las sustancias originales.

     

    TIPOS DE REACCIONES:

    De acuerdo al grado de calor se clasifican  en:

      • .REACCIÓN EXOTÉRMICA:

                Reacción química que desprende energía. Por ejemplo, la reacción de neutralización de ácido clorhídrico con hidróxido de sodio desprende calor, y a medida que se forman los productos, cloruro de sodio (sal) y agua, la disolución se calienta.

                Las reacciones exotérmicas se han utilizado durante miles de años, por ejemplo, en la quema de combustibles. Cuando se quema carbón tienen lugar varias reacciones, pero el resultado global es que los átomos de carbono del carbón se combinan con el oxígeno del aire para formar dióxido de carbono gas, mientras que los átomos de hidrógeno reaccionan con el oxígeno para producir vapor de agua. La redistribución de los enlaces químicos desprende gran cantidad de energía en forma de calor, luz y sonido. Aunque para la ruptura de los enlaces entre el carbono y el hidrógeno se requiere energía calorífica, ésta es mucho menor que la que se desprende cuando estos dos elementos se combinan con el oxígeno. Esto hace que la reacción global sea exotérmica. Las reacciones son entonces las que producen un aumento de la temperatura en un sistema aislado o hace que un sistema no aislado ceda calor  a los alrededores, todo esto lleva a que diga  Petrucci (1999),  que “una reacción exotérmica es de magnitud negativa”, pp.209.

      • REACCIÓN ENDOTÉRMICAS:

                Reacción química que absorbe energía. Casi todas las reacciones químicas implican la ruptura y formación de los enlaces que unen los átomos. Normalmente, la ruptura de enlaces requiere un aporte de energía, mientras que la formación de enlaces nuevos desprende energía. Si la energía desprendida en la formación de enlaces es menor que la requerida para la ruptura, entonces se necesita un aporte energético, en general en forma de calor, para obtener los productos. Podemos inferir que es la reacción en la que produce una disminución de la temperatura del sistema aislado o hace que un sistema no aislado gane calor a costa de los alrededores. Algunas reacciones endotérmicas necesitan más energía de la que puede obtenerse por absorción de calor de los alrededores a temperatura ambiente. Por ejemplo, para transformar el carbonato de calcio en óxido de calcio y dióxido de carbono es necesario calentar. Cuando en una reacción endotérmica una sustancia absorbe calor, su entalpía aumenta (la entalpía es una medida de la energía intercambiada entre una sustancia y su entorno).

     

    FACTORES QUE AFECTAN  LA RAPIDEZ DE LA REACIÓN.

    Según la UPEL (1989), La rapidez de una reacción se define “como la cantidad de sustancias reaccionantes que desaparecen en una unidad de tiempo determinada”. Esto quiere decir que las sustancias van desapareciendo progresivamente a medida que se lleva a cabo la reacción, hasta que esta es culminada y los reactivos desaparecen por completo. El área de la química que estudia la rapidez con la que ocurre las reacciones se llama cinética química, según Brown, (1998) dice que la rapidez de las reacciones químicas están afectadas por varios factores los cuales se mencionan a continuación:

      • TEMPERATURA A LA CUAL SE LLEVA A CABO LA REACCIÓN:

                  La gran mayoría  de las reacciones químicas se hacen más veloces cuando la temperatura aumenta. Esto quiere decir, que si al aumentar o disminuir la temperatura afecta de de una forma  directa a la velocidad de la reacción. De esta forma obtenemos que la rapidez de las reacciones químicas aumente conforme se eleva la temperatura. Todo esto explica que refrigeremos los alimentos perecederos como la leche.

      • CONCENTRACIÓN DE LOS REACTIVOS:

                En la velocidad de una reacción química es proporcional a las concentraciones molares de las sustancias reaccionantes. Casi todas las reacciones químicas entonces avanzan con más rapidez si se aumenta la concentración  de uno o más de los reactivos.

      • LA PRESENCIA DE UN CATALIZADOR:

                Estos según Brown, (1998), “son sustancias químicas que aceleran o retardan la velocidad  de una reacción” pp.491,  esto se refiere a que los catalizadores pueden ser negativos, que son aquellos que retardan la velocidad de la reacción pero también pueden ser positivos que aumentan la velocidad de la reacción.

      • EL AREA SUPERFICIAL DE LOS REACTIVOS O CATALIZADORES SÓLIDOS O LÍQUIDOS.

                Las reacciones en las que participan sólidos suelen avanzar más rápidamente conforme se aumenta el área superficial del sólido. Por ejemplo, una medicina en forma de tableta se disuelve en el estómago y entra al torrente sanguíneo mas lentamente que la misma en forma de polvo fino.

     

    CONCLUSIONES

                Los átomos son partículas muy pequeñas que poseen un núcleo el cual cubre gran parte del mismo y esta formado por protones cargados positivamente, a su ves esta formado por electrones de carga negativa.

                Existen 4 modelos de átomos: el modelo de Dalton mostró que los átomos se unían entre si en proporciones definidas, Bohr admite la presencia de un núcleo con carga positiva y alrededor de el están los electrones con carga negativa que se mueven alrededor de niveles de energía diferentes, Rutherford señala la presencia de un núcleo atómico, el cual esta a nivel central y contiene gran parte de la masa atómica y las cargas positivas, el resto del átomo esta constituido por los electrones formando una corona alrededor del núcleo.

                La materia es todo lo que se encuentra en un lugar del espacio e impresiona nuestros sentidos. En la naturaleza la materia se encuentra en cuatro estados: el sólido, que se caracteriza por poseer forma y volumen constante ya que sus moléculas están estrechamente unidas, el liquido, este no posee forma propia pero su volumen es constante, en este estado las moléculas están mas distantes que en la de los solidos, el gaseoso, este estado presente forma y volumen variado con respecto a la dispersión de sus moléculas, y el plasma, este se consigue al someter un gas a altas temperaturas.

                Los estados de cambio o fase dependen básicamente de la temperatura, un cuerpo sólido al suministrarle calor sus moléculas comienzan a desplazarse, por lo cual ocurre el punto de fusión, transformándolo en liquido. Un cuerpo líquido al ser sometido a temperaturas de calor constante ocurre el punto de ebullición y se convierte en estado gaseoso. Además existen cuerpos que pasan del estado sólido al gaseoso sin pasar por el líquido.

                Las reacciones químicas son procesos en los cuales actúan dos sustancias para dar origen a una nueva con propiedades distintas, estas también pueden ser llamadas cambios químicos. Es importante saber que estos ocurren tanto en la vida diaria como en laboratorios.

                Las características esenciales en las cuales se puede evidenciar que hubo una reacción son: cambio de color, efervescencia, formación de un precipitado y variación de la temperatura.

     

    REFERENCIAS

    BROWN THEODORE y otros. (1998).Química. México: Editorial Pearson.

    MAZPARROTE SERAFÍN. (1994). Estudio de la Naturaleza. Venezuela: Editorial Biosfera.

    PETRUCCI RALPH. (1999). Química General. España: Editorial Prentice Hall.

    REQUEIJO DANIEL. (1995). La Química a tu Alcance. Venezuela: Editorial Biosfera.

    RODRÍGUEZ MARIA (2002) Química 9no. Venezuela: Editorial Salesiana

    BIBLIOTECA DE CONSULTA MICROSOFT ® ENCARTA ® 2005. © 1993-2004 Microsoft Corporation. Reservados todos los derechos.   

    UPEL. (1989). Ciencias I. Venezuela: Ediciones Universidad Nacional Experimental    Libertador

 

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE GUAYANA.

VICERRECTORADO ACADÉMICO

PROYECTO DE CARRERA: EDUCACIÓN INTEGRAL

CÁTEDRA: LENGUA ESPAÑOLA I

SECCIÓN 02

 

PROFESORA:

BLANCA SANTELLI

 

BACHILLERES:

FIGUEROA DAVID

CIUDAD GUAYANA, NOVIEMBRE DE 2004

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