Los aportes de célebres autores:
Hace aproximadamente 455 años
sólo se conocían doce elementos. A medida que fueron descubriendo más
elementos, los científicos se dieron cuenta de que todos guardaban un orden
preciso. Cuando los colocaron en una tabla ordenados en filas y columnas,
vieron que los elementos de una misma columna tenían propiedades similares.
Pero también aparecían espacios vacíos en la tabla para los elementos aún
desconocidos. Estos espacios huecos llevaron al científico ruso Dmitri
Mendeléyev a pronosticar la existencia del germanio, de número atómico 32, así
como su color, su peso, su densidad y su punto de fusión. Su “predicción sobre
otros elementos como - el galio y el escandio - también resultó muy atinada”,
señala la obra Chemistry, libro de texto de química editado en 1995.
Campo de trabajo: el átomo
El origen de la teoría atómica se
remonta a la escuela filosófica de los atomistas, en la Grecia antigua. Los
fundamentos empíricos de la teoría atómica, de acuerdo con el método
científico, se debe a un conjunto de trabajos hechos por Antoine Lavoisier,
Louis Proust, Jeremias Benjamin Richter, John Dalton, Gay-Lussac, Berzelius y
Amadeo Avogadro entre muchos otros, hacia principios del siglo XIX.
Los átomos son la fracción más
pequeña de materia estudiados por la química, están constituidos por diferentes
partículas, cargadas eléctricamente, los electrones, de carga negativa; los
protones, de carga positiva; los neutrones, que, como su nombre indica, son
neutros (sin carga); todos ellos aportan masa para contribuir al peso.
Conceptos fundamentales
Partículas
Los átomos son las partes más
pequeñas de un elemento (como el carbono, el hierro o el oxígeno). Todos los
átomos de un mismo elemento tienen la misma estructura electrónica (responsable
ésta de la mayor parte de las características químicas), y pueden diferir en la
cantidad de neutrones (isótopos). Las moléculas son las partes más pequeñas de
una sustancia (como el azúcar), y se componen de átomos enlazados entre sí. Si
tienen carga eléctrica, tanto átomos como moléculas se llaman iones: cationes
si son positivos, aniones si son negativos.
El mol se usa como contador de
unidades, como la docena (12) o el millar (1000), y equivale a
6,022045\cdot10^{23}. Se dice que 12 gramos de carbono o un gramo de hidrógeno
o 56 gramos de hierro contienen aproximadamente un mol de átomos (la masa molar
de un elemento está basada en la masa de un mol de dicho elemento). Se dice
entonces que el mol es una unidad de cambio. El mol tiene relación directa con
el número de Avogadro. El número de Avogadro fue estimado para el átomo de carbono
por el químico y físico italiano Carlo Amedeo Avogadro, Conde de Quarequa e di
Cerreto. Este valor, expuesto anteriormente, equivale al número de partículas
presentes en 1 mol de dicha sustancia:
1 mol de glucosa equivale a
6,022045\cdot10^{23} moléculas de glucosa. 1 mol de uranio equivale a
6,022045\cdot10^{23} átomos de uranio.
Dentro de los átomos pueden
existir un núcleo atómico y uno o más electrones. Los electrones son muy
importantes para las propiedades y las reacciones químicas. Dentro del núcleo
se encuentran los neutrones y los protones. Los electrones se encuentran
alrededor del núcleo. También se dice que el átomo es la unidad básica de la
materia con características propias. Está formado por un núcleo, donde se
encuentran protones.
De los átomos a las moléculas
Los enlaces son las uniones entre
átomos para formar moléculas. Siempre que existe una molécula es porque ésta es
más estable que los átomos que la forman por separado. A la diferencia de
energía entre estos dos estados se le denomina energía de enlace.
Generalmente los átomos se
combinan en proporciones fijas para generar moléculas. Por ejemplo, dos átomos
de hidrógeno se combinan con uno de oxígeno para dar una molécula de agua. Esta
proporción fija se conoce como estequiometría.
Orbitales:
Diagrama espacial que muestra los
orbitales atómicos hidrogenoides de momento angular del tipo d (l=2).
Artículos principales: Orbital
atómico y Orbital molecular.
Para una descripción y
comprensión detalladas de las reacciones químicas y de las propiedades físicas
de las diferentes sustancias, es muy útil su descripción a través de orbitales,
con ayuda de la química cuántica.
Un orbital atómico es una función
matemática que describe la disposición de uno o dos electrones en un átomo. Un
orbital molecular es el análogo en las moléculas.
En la teoría del orbital
molecular la formación del enlace covalente se debe a una combinación
matemática de orbitales atómicos (funciones de onda) que forman orbitales
moleculares, llamados así por que pertenecen a toda la molécula y no a un átomo
individual. Así como un orbital atómico (sea híbrido o no) describe una región
del espacio que rodea a un átomo donde es probable que se encuentre un
electrón, un orbital molecular describe también una región del espacio en una
molécula donde es más factible que se hallen los electrones.
Al igual que un orbital atómico,
un orbital molecular tiene un tamaño, una forma y una energía específicos. Por
ejemplo, en la molécula de hidrógeno molecular se combinan dos orbitales
atómicos, ocupado cada uno por un electrón. Hay dos formas en que puede
presentarse la combinación de orbitales: aditiva y substractiva. La combinación
aditiva produce la formación de un orbital molecular que tiene menor energía y
que presenta una forma casi ovalada, mientras que la combinación substractiva
conduce a la formación de un orbital molecular con mayor energía y que genera
un nodo entre los núcleos.
De los orbitales a las sustancias
Los orbitales son funciones
matemáticas para describir procesos físicos: un orbital únicamente existe en el
sentido matemático, como pueden existir una suma, una parábola o una raíz
cuadrada. Los átomos y las moléculas son también idealizaciones y
simplificaciones: un átomo y una molécula sólo existen en el vacío, y en
sentido estricto una molécula sólo se descompone en átomos si se rompen todos
sus enlaces.
En el "mundo real"
únicamente existen los materiales y las sustancias. Si se confunden los objetos
reales con los modelos teóricos que se usan para describirlos, es fácil caer en
falacias lógicas.
Disoluciones
En agua, y en otros disolventes
(como la acetona o el alcohol), es posible disolver sustancias, de forma que
quedan disgregadas en las moléculas o en los iones que las componen (las
disoluciones son transparentes). Cuando se supera cierto límite, llamado
solubilidad, la sustancia ya no se disuelve, y queda, bien como precipitado en
el fondo del recipiente, bien como suspensión, flotando en pequeñas partículas
(las suspensiones son opacas o traslúcidas).
Se denomina concentración a la
medida de la cantidad de soluto por unidad de cantidad de disolvente.
