Estequiometría
Conceptos básicos Materia es cualquier cosa que ocupa espacio y tiene masa. Energía se ha definido como la capacidad para hacer o ejercer un trabajo. La materia cambia constantemente, y reconocemos dos tipos de cambios llamados físicos y químicos. Estos cambios que experimenta la materia van siempre acompañados de transferencia de energía. Desde este punto de vista la energía se puede considerar como la capacidad de alterar la materia física o químicamente. Se necesita energía para hacer que ocurra algo que no sucede por sí mismo. La capacidad para modificar la materia es la base del cambio en el mundo material.
La masa de un objeto se refiere a la cantidad de materia que posee, es invariable, no cambia con la ubicación o lugar físico donde se determine. Por otra parte, el peso mide una fuerza. En la Tierra el peso mide la fuerza de atracción entre nuestro planeta y el cuerpo en cuestión. Por lo tanto, es correcto aceptar que la magnitud del peso es variable y depende entre otras cosas del lugar físico donde se determine o calcule.
Cambio Químico Los cambios químicos que experimenta la materia inevitablemente afectan su estructura. Cuando una transformación es química ocurre un cambio en la naturaleza de la sustancia, es decir hay una modificación profunda que implica transformaciones en la composición de las moléculas ya sea porque se rompen o forman nuevas sustancias o porque los elementos que se encontraban solos se asocian generando otras especies. Algunos ejemplos de este tipo de cambio son las reacciones de combustión, ácido-base, descomposición y de transferencia electrónica (redox).
Cambio físico Si la transformación no afecta la composición de la sustancia, sino que sólo implica un reordenamiento a nivel macroscópico (relacionado con los átomos o moléculas participantes), se dice que es un cambio físico, pues no hay formación de nuevas especies. Es importante mencionar que la totalidad de las transformaciones físicas son reversibles, vale decir, el estado final de la sustancia puede revertirse, mientras que solo algunas de las transformaciones químicas son reversibles.
Materia Sustancia puras Elemento Compuesto Mezclas Homogénea Heterogénea
Alotropía Los elementos pueden presentarse en la naturaleza de diversas formas, si están en el mismo estado físico se habla de alotropía. El oxígeno es un ejemplo claro de alotropía, pues se encuentra en forma natural como O2 (oxígeno molecular) y O3 (ozono), en ambos casos en fase gaseosa. El carbono también presenta estructuras alotrópicas: se conoce el carbono grafito, el carbono diamante (la estructura más dura de la naturaleza), el fulereno (un sólido molecular con estructura esférica) y el grafeno (estructura infinita de monocapas de carbono).
Leyes ponderales Ley de conservación de la masa (Ley de Lavoisier) Lavoisier realizó sus experimentos convencido de que un cambio material, físico o químico, no producía la creación o destrucción de la materia, sino tan sólo su reordenamiento. Las comprobaciones modernas de esta hipótesis revelaron que al margen del error experimental, no hay un aumento o pérdida de masa durante un cambio químico ordinario. La ley de conservación de la masa es universal y transversal para cualquier sistema reactivo abierto o cerrado.
Ley de las proporciones definidas (Ley de Proust) Lavoisier, Proust y Richter determinaron mediante un cuidadoso análisis que en un cambio químico no sólo hay conservación de masa, sino que las cantidades de los elementos permanecen intactas. Además encontraron que en cada compuesto estudiado la proporción en peso de los elementos presentes era siempre la misma. Así el por ejemplo el carbonato de calcio (CaCO3) contiene siempre 40% de calcio, 12% de carbono y 48% de oxígeno, independiente de la masa de CaCO3 que se analice.
mol Mol es la unidad en el sistema internacional para expresar una cantidad fija de sustancia. Un mol contiene un número de entidades elementales (átomos, moléculas, iones, electrones, partículas alfa, etc.) igual al número de átomos contenidos en 12 gramos de carbono-12 (es el isótopo más estable conocido). Este número fijo se conoce como el número de Avogadro. Su valor, obtenido experimentalmente es de 6,023·10^23.
Otros conceptos Comúnmente en química no se utilizan cantidades de masa pequeñas (de orden atómico o molecular) ya que pueden expresarse en unidades de masa atómica u.m.a. En general, para hacer cálculos, se opera con unidades de gramo o Kilogramo, por lo tanto, es útil y necesario introducir algunas definiciones: Masa molecular: Corresponde a la masa de 1 molécula y se mide en unidades u.m.a. (importante: 1 u.m.a = 1,66·10-24 gramos). Masa atómica: Masa de 1 átomo (en las mismas unidades de la masa molecular). Masa molar: Corresponde a la masa de 1 mol de átomos o moléculas (6,02·1023 partículas). Volumen Molar: Es el volumen ocupado por un mol de cualquier gas en condiciones normales de presión y temperatura (1 atm y 0°C); el valor es de 22,4 litros.
ejemplo El número de moléculas en 32,0 g de metano (CH4) es: A) 32,0 x 10^23 B) 12,0 x 10^23 C) 6,0 x 10^23 D) 3,0 x 10^23 E) 1,2 x 10^23