1.6: Conceptos esenciales de Química y Física para la Oceanografía

Los aspectos de la química y la física se discuten en casi todos los capítulos sobre oceanografía. A continuación se presentan aspectos destacados de conceptos importantes.

¿Qué es la Materia?

Los conceptos básicos de la química son esenciales para comprender las propiedades físicas y químicas de la materia, particularmente los materiales naturales de la tierra (rocas, agua de mar, aire, materia orgánica, etc.). Las características químicas de los materiales terrestres revelan información sobre los ambientes cómo y dónde se forman, Sus características también determinan su destino potencial cuando se exponen a cambios químicos a lo largo del tiempo. Por ejemplo, las rocas formadas bajo tierra pueden no ser estables en el ambiente superficial donde están expuestas al agua, el aire, los cambios de temperatura y otras condiciones físicas y químicas.

Los conceptos básicos de química que deben entenderse para este curso de oceanografía incluyen:

• Toda la materia está compuesta por átomos, y los átomos están formados por partículas atómicas (electrones, protones y neutrones). Un átomo es la unidad más pequeña de un elemento químico. Los átomos tienen un núcleo compuesto por neutrones y protones y tiene una carga positiva. Los electrones cargados negativamente orbitan alrededor del núcleo en capas similares a conchas.
• Un elemento químico es una sustancia química pura que consiste en un tipo de átomo que se distingue por su número atómico, que es el número de protones en su núcleo. Los elementos tienen igual equilibrio en números de protones cargados positivamente y electrones cargados negativamente. Ejemplos comunes de elementos son hierro, cobre, plata, oro, hidrógeno, carbono, nitrógeno y oxígeno.
• Un elemento es una sustancia que no se puede descomponer en sustancias más simples por medios químicos.
• Un elemento está compuesto por átomos que tienen el mismo número atómico, es decir, cada átomo tiene el mismo número de protones en su núcleo que todos los demás átomos de ese elemento.
• La Tabla Periódica es una lista de elementos químicos conocidos ordenados en orden de menor a mayor y por grupo de propiedades químicas. Se trata de una lista de 118 elementos conocidos organizados por número atómico. De estos, 92 son de origen natural (previo al desarrollo de la investigación y desarrollo nuclear artificial; los elementos 95 a 118 sólo han sido creados artificialmente y son altamente inestables). El elemento más ligero, el hidrógeno, tiene un protón, mientras que el elemento natural más pesado, el uranio, tiene 92 protones. En general, los elementos del lado izquierdo de la tabla periódica son metales, y los elementos de la derecha (mostrados en azul en la Figura 1.15) son no metales.
• Los átomos se unen para formar moléculas. Una molécula es un grupo de átomos unidos entre sí, que representa la unidad fundamental más pequeña de un compuesto químico que puede tomar parte en una reacción química.
• Un compuesto químico es una sustancia química pura que consiste en dos o más elementos químicos diferentes que pueden separarse en sustancias más simples mediante reacciones químicas. Los compuestos químicos tienen una estructura química única y definida; consisten en una proporción fija de átomos que se mantienen unidos en una disposición espacial definida por enlaces químicos. Todos los minerales son compuestos químicos, ¡pero en comparación relativamente pocos compuestos son minerales naturales!
• Los tipos de enlaces moleculares incluyen metálicos (para metales), iónicos (compuestos que se disuelven fácilmente), covalentes (la mayoría de los demás).
• Una mezcla es una combinación de dos o más sustancias puras en las que cada sustancia pura conserva sus propiedades químicas individuales. Ejemplos de mezclas incluyen rocas, magma (roca fundida) aire y agua de mar.
• Las fórmulas químicas se utilizan para describir compuestos como H2O (para agua), NaCl (para sal), CO2 (para dióxido de carbono)

F ig. 1-18. Estructura de un átomo: este ejemplo es el elemento litio compuesto por un núcleo de 3 protones, 4 neutrones y una capa externa de 3 electrones girando alrededor del núcleo.

Los elementos más abundantes en nuestro entorno físico son: H, C, N, O, Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Ca, Fe (¡Prepárate para nombrar estos símbolos elementales! — ver Figura 1.15).

Estos elementos son:

• ingredientes de rocas y sedimentos comunes (sólidos)
• componentes de agua de mar y aire (líquidos y gases)
• nutrientes esenciales para la vida (compuestos orgánicos)

Higo 1-19. La tabla periódica con elementos esenciales resaltados.

Figura 1.20. Composición de la corteza. Muestras de rocas recolectadas de todo el mundo muestran que la composición química de la corteza terrestre no es uniforme, pero ciertos elementos son mucho más abundantes que otros. El silicio y el oxígeno son los dos elementos más abundantes en la corteza.