2: Átomos, moléculas y reacciones químicas
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La teoría atómica, propuesta por primera vez en forma moderna por John Dalton, es una de las ideas más importantes y útiles en química. Interpreta observaciones del mundo cotidiano en términos de partículas llamadas átomos y moléculas. Los eventos macroscópicos, aquellos que los humanos pueden observar o experimentar con sus sentidos sin ayuda, se interpretan por medio de objetos microscópicos, aquellos tan pequeños que se debe usar un instrumento o aparato especial para detectarlos. (Quizás realmente debería usarse el término submicroscópico, porque la mayoría de los átomos y moléculas son demasiado pequeños para ser vistos incluso bajo un microscopio). En cualquier caso, los químicos tratan continuamente de explicar el mundo macroscópico en términos microscópicos.
Para tener una idea de cuán pequeños son los átomos con los que trabajaremos en el siguiente capítulo, mira este video de Ted-Ed llamado 'Just How Small is an Atom'.
- 2.1: Preludio a los átomos y las reacciones
- La teoría atómica, propuesta por primera vez en forma moderna por John Dalton, es una de las ideas más importantes y útiles en química. Interpreta observaciones del mundo cotidiano en términos de partículas llamadas átomos y moléculas. Los eventos macroscópicos, aquellos que los humanos pueden observar o experimentar con sus sentidos sin ayuda, se interpretan por medio de objetos microscópicos, aquellos tan pequeños que se debe usar un instrumento o aparato especial para detectarlos.
- 2.2: Propiedades Macroscópicas y Modelos Microscópicos
- Como ejemplo sencillo de cómo se pueden explicar las propiedades macroscópicas de una sustancia a nivel microscópico, considere el mercurio líquido. Macroscópicamente, el mercurio a temperaturas normales es un líquido plateado que se puede verter como el agua, algo inusual para un metal. El mercurio es también el líquido más pesado conocido. Su densidad es 13.6 veces mayor que el agua. Cuando se enfría por debajo de —38.9°C, el mercurio se solidifica y se comporta de manera muy similar a los metales sólidos más familiares como el cobre y el hierro.
- 2.5: Probando la Teoría Atómica
- Para probar una teoría, primero la usamos para hacer una predicción sobre el mundo macroscópico. Si la predicción concuerda con los datos existentes, la teoría pasa la prueba. Si no lo hace, la teoría debe ser descartada o modificada. Si no se dispone de datos, entonces se debe hacer más investigación. Eventualmente los resultados de nuevos experimentos pueden compararse con las predicciones de la teoría.
- 2.6: Pesos atómicos
- Las masas relativas de los átomos generalmente se denominan pesos atómicos. La escala de peso atómico se basó originalmente en una masa relativa de 1 para hidrógeno. A medida que se idearon métodos más precisos para determinar el peso atómico, resultó conveniente cambiar al oxígeno y luego al carbono, pero la escala se ajustó para que la masa relativa del hidrógeno permaneciera cercana a 1. Así, el peso atómico del nitrógeno de 14.0067 nos dice que un átomo de nitrógeno tiene aproximadamente 14 veces la masa de un átomo de hidrógeno.
- 2.7: La Cantidad de Sustancia- Lunares
- “¿Cuánto?” en el sentido anterior de la cantidad de átomos o moléculas presentes no es lo mismo que “cuánto” en términos de volumen o masa. El Sistema Internacional de Medidas (IUPAC) tiene una medida de cantidad que refleja el número de átomos presentes, y se le llama el mol.
- 2.8: El Topo
- Los números muy grandes involucrados en el conteo de partículas microscópicas son inconvenientes para pensar o anotar. Por lo tanto, los químicos han optado por contar átomos y moléculas usando una unidad llamada el mol. Un mol (mol abreviado) es\(6.022 \times 10^{23}\) de las partículas microscópicas que componen la sustancia en cuestión.
- 2.9: La cantidad de sustancia
- En el Sistema Internacional esta cantidad se llama la cantidad de sustancia y se le da el símbolo n.
- 2.10: La Constante de Avogadro
- Para obtener un número tan puro, necesitamos un factor de conversión que involucre el número de partículas por unidad de cantidad de sustancia. Al factor apropiado se le da el símbolo\(N_A\) y se llama la constante Avogadro.
- 2.11: La Masa Molar
- A menudo es conveniente expresar cantidades físicas por unidad de cantidad de sustancia (por mol), porque de esta manera se están comparando números iguales de átomos o moléculas. Tales cantidades molares a menudo nos dicen algo sobre los átomos o moléculas mismas.
- 2.12: Fórmulas y Composición
- Cuando se lleva a cabo una reacción por primera vez, poco se sabe sobre la naturaleza microscópica de los productos. Por lo tanto, es necesario determinar experimentalmente la composición y fórmula de una sustancia recién sintetizada. Una forma de abordar esto implica el análisis cuantitativo: la determinación del porcentaje en masa de cada elemento en el compuesto. Dichos datos suelen ser reportados como la composición porcentual.
Miniatura: Spinning Buckminsterfullerene (\(\ce{C60}\)). (CC BY-SA 3.0; inportado; Sponk).