2.1: Preludio a los átomos y las reacciones

Dos cosas muy importantes que hacen los químicos (y los científicos en general) incluyen hacer mediciones cuantitativas y comunicar los resultados de los experimentos de la manera más clara e inequívoca posible. Ahora trataremos otra actividad importante de los químicos: el uso de su imaginación para idear teorías o modelos para interpretar sus observaciones y medidas. Tales teorías o modelos son útiles para sugerir nuevas observaciones o experimentos que arrojan datos adicionales. También sirven para resumir la información existente y ayudar en su retirada.

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. Las propiedades de contraste de sólidos, líquidos y gases, por ejemplo, pueden atribuirse a diferencias en el espaciamiento entre y velocidad de movimiento de los átomos o moléculas constituyentes. En la forma originalmente propuesta por John Dalton (opens in new window), la teoría atómica distinguió elementos de compuestos y se utilizó para explicar la ley de composición constante y predijo la ley de proporciones múltiples. La teoría también coincidió con la ley de conservación de la masa de Lavoisier. Un aspecto importante de la teoría atómica es la asignación de masas relativas (pesos atómicos) a los elementos. Los átomos y las moléculas son extremadamente pequeños. Por lo tanto, al calcular la cantidad de una sustancia que se requiere para reaccionar con otra, los químicos utilizan una unidad llamada mole. Un mol contiene 6.022 × 10 ²³ de cualquier tipo de partículas microscópicas que uno desee considerar. Al referirse a 2 mol Br ₂ se especifica un cierto número de moléculas de Br ₂ de la misma manera que al referirse a 10 brutos de lápices se especifica un cierto número de lápices. La cantidad que se mide en las unidades llamadas moles se conoce como la cantidad de sustancia. El número algo inusual 6.022 × 10 ²³, también referido como la Constante Avogadro, que especifica cuántas partículas hay en un mol, ha sido elegido para que la masa de 1 mol de átomos de cualquier elemento sea el peso atómico de ese elemento expresado en gramos. De igual manera, la masa de un mol de moléculas es el peso molecular expresado en gramos. El peso molecular se obtiene sumando los pesos atómicos de todos los átomos de la molécula. Esta elección para el mol hace que sea muy conveniente obtener masas molares, simplemente agregue las unidades gramos por mol al peso atómico o molecular. Utilizando la masa molar y la constante Avogadro, es posible determinar las masas de átomos o moléculas individuales y encontrar cuántos átomos o moléculas están presentes en una muestra macroscópica de materia. También se puede utilizar una tabla de pesos atómicos y las masas molares que se pueden obtener de ella para obtener la fórmula empírica de una sustancia si conocemos el porcentaje en peso de cada elemento presente. También es posible el cálculo opuesto, determinación del porcentaje en peso a partir de una fórmula química. Una vez que se conocen las fórmulas para reactivos y productos, se puede escribir una ecuación química equilibrada para describir cualquier cambio químico. Equilibrar una ecuación ajustando los coeficientes aplicados a cada fórmula depende del postulado de la teoría atómica que establece que los átomos no son creados, destruidos, ni transformados en átomos de otro tipo durante una reacción química.