Historia y definición de la Química

I.-ASPECTOS GEBNERALES
Curso de Química General. Prof. Sergio Miranda. Universidad de Los Andes. Mérida. Venezuela.
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I.- ASPECTOS GENERALES
I.1.- LA QUIMICA
Definición
La química es la ciencia que estudia la naturaleza, composición, estructura y propiedades de
la materia, y los fenómenos asociados a sus transformaciones y combinaciones.
Historia
Los primeros procesos químicos nacieron con el inicio de la civilización en las épocas mas
remotas. En Mesopotamia, Egipto y China, los artesanos aprendieron a fundir minerales
calentándolos con madera o carbón de leña para obtener los metales; también descubrieron métodos
para fijar los tintes en los tejidos y para preparar barnices para cerámicos, y más tarde a fabricar
vidrio.
Los Griegos fueron los primeros que comenzaron a observar los hechos físicos y a postular
teorías sobre los cambios que experimenta la materia. Creían que la materia estaba compuesta por
cuatro elementos: tierra, agua, aire y fuego. Según Aristóteles las cualidades de la materia eran:
calor, frío, humedad y sequedad. Los elementos se combinaban en diferentes proporciones para
formar los componentes del planeta terrestre. Demócrito postuló que la materia estaba compuesta
por átomos, partículas diminutas que se movían en el vacío
La teoría de Aristóteles condujo, a principios de la era cristiana, a la idea que los metales de
la tierra tendían a ser cada vez más perfectos y a convertirse gradualmente en oro, y que
eventualmente, se podría descubrir una vía rápida para fabricar oro a partir de otros metales, o
transmutación de los metales, que se comenzó a conocer como alquimia.
Las ideas griegas fueren expendidas durante la dominación árabe en Europa y la alquimia
se mantuvo vigente hasta fines de la edad media, siglo XI. De los alquimistas chinos se introdujo la
búsqueda de la salud eterna a través de alquimia. Logros importantes en esta época son el
descubrimiento de los hidróxidos alcalinos y del amoniaco.
Entre los siglos XI y XIII se mejoraron los procesos de destilación y de fabricación de
vidrios. Se fabricó el alcohol y ácidos minerales: ácido nítrico, ácido sulfúrico y ácido clorhídrico.
De China llegó el conocimiento de los nitratos y de la pólvora.
Durante el renacimiento, la necesidad de determinar con precisión las cantidades de
metales nobles de un mineral y de preparar medicinas a partir de sustancia químicas, llevó a una
química más cuantitativa, se introdujo la balanza. Se empezaron a estudiar experimentalmente las
reacciones, se abandonaron las ideas de Aristóteles y se retomó la teoría atomística.
En el siglo XVII los químicos observaron que ciertas sustancias se combinaban más
fácilmente o tenían más afinidad por un determinado producto químico que otras. Se prepararon
tablas que mostraban las afinidades relativas al mezclar diferentes productos. El uso de estas tablas
hizo posible predecir muchas reacciones químicas antes de estudiarlas experimentalmente en el
laboratorio. Se desarrollaron métodos analíticos cualitativos y cuantitativos, dando origen a la
química analítica.

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Hacia fines del siglo XVIII, Lavoisier inicia la química moderna definiendo el concepto de
elemento y planteando las bases de la ley de conservación de la materia.
En el siglo XIX los avances en el área de la química orgánica hicieron posible la
predicción y preparación de nuevos compuestos: tintes, medicinas y explosivos, que condujeron a
grandes industrias químicas. Se iniciaron los estudios de termodinámica química, la espectroscopía,
la fotoquímica. La información disponible en química inorgánica se ordenó con la formulación del
sistema periódico de los elementos. A finales del siglo se descubrió la radiactividad de algunos
elementos.
Avances relevantes en el siglo XX son: el desarrollo de los polímeros y plásticos, la
creación de la bioquímica como ciencia independiente, el desarrollo de la energía atómica con
fines bélicos y pacíficos, el empleo industrial de microorganismos.
Importancia
Los incentivos básicos en el desarrollo de la química han sido y son la búsqueda de la
riqueza y de la salud. La química ha tenido una influencia determinante sobre la vida humana. Los
sistemas sociales y económicos han evolucionado en forma paralela a la evolución de los materiales
y estos están íntimamente ligada al desarrollo de la química. En la antigüedad mas remota, los
materiales se recolectaban y se empleaban en su forma natural, los únicos metales conocidos eran el
oro, la plata y el cobre que se encuentran en forma nativa en la naturaleza, la economía se
encontraba en una etapa de recolección. Posteriormente, se logró la reducción de óxidos metálicos
y se avanzó a la edad de hierro, se inició también la extracción de productos vegetales, como tintes
y medicamentos primitivos, la economía pasó a una etapa de transformación de materiales. En una
etapa posterior, las técnicas químicas se emplearon para aislar productos naturales, obtener nuevos
metales, y encontrar formas de utilizarlos; este desarrollo inicia una diferenciación entre las
economías de los países. Mas adelante, se desarrollaron técnicas para sintetizar nuevas sustancias y
fabricar materiales con propiedades innovadoras; esto incentivó la revolución industrial de fines del
siglo pasado y creo una diferencia económica y social entre países industrializados y no
industrializados.
El avance incontenible del estudio de los materiales y sus reacciones químicas en campos
diversos que van de la minería a la biología, de la ingeniería a la medicina, a conducido a la
creación de ciencias interdisciplinarias de la química, como son: la bioquímica, la geoquímica, la
radioquímica, química ambiental.
II.- LA MATERIA
Masa
Masa es la cantidad de materia que posee el sistema u objeto que se estudia. Se
acostumbra a emplear los términos masa y peso como sinónimos, a pesar que desde el punto de
vista físico son 2 conceptos totalmente distintas. La masa es constante y se puede determinar
empleando una balanza. El peso es la fuerza que ejerce la gravedad sobre un objeto, es función de
la gravedad; para una masa fija, si varía la gravedad varía la fuerza.

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Estados de la materia
Los tres estados de la materia son: sólido, líquido y gaseoso. Ellos difieren en la movilidad
relativa de los átomos o moléculas que constituyen la materia.
En el estado sólido los átomos y moléculas se mantienen unidos en una distribución
organizada, con posibilidades de movimiento muy limitados. Los sólidos tienen formas definidas.
En el estado líquido los átomos y moléculas se mantienen unidos, pero pueden moverse
los unos con respecto a los otros. La estructura flexible de los líquidos les permite adquirir la forma
del recipiente en que se encuentran almacenados.
En el estado gaseoso, los átomos y moléculas están separadas por distancias grandes con
respecto al tamaño de ellos. Los gases no tienen ni forma ni tamaño definido, ellos llenan
completamente el espacio en que están contenidos.
Elementos y compuestos
Elemento es una sustancia que no se puede separar por medios químicos en sustancias
mas simples.
Compuesto es una sustancia formada por mas de un elemento unidos químicamente en una
proporción definida de masa.
Se han identificado 109 elementos, de los cuales 83 se encuentran en la naturaleza, los
demás han sido producidos artificialmente mediante reacciones nucleares.
Los elementos se representan mediante símbolos formados de una, dos y tres letras; la
primera letra es mayúscula y las otras minúsculas. Las letras de los símbolos provienen en su mayor
parte de palabras latinas, griegas o alemanas, que describen alguna propiedad característica del
elemento.
En la corteza terrestre, 11 elementos constituyen más del 99% de su masa: oxígeno 49,2%;
silicio 25,7%; aluminio 7,5%; hierro 4,7%; calcio 3,4%; sodio 2,6%; potasio 2,4%; magnesio 1,9%;
hidrógeno 0,9%; cloro 0,2%; titanio 0,6%. En los organismos vivos, el oxígeno, el carbono, el
hidrógeno, el nitrógeno, el calcio y el fósforo constituyen el 99% de su masa.
La escasez de la mayor parte de los elementos en la corteza terrestre, tiene como
consecuencia que el número de los elementos que componen los materiales que se emplean en las
actividades cotidianas de la vida no sobrepase los 30, y los que se manejan en gran volumen no
llegan a 20.
Sustancias puras y mezclas
Una sustancia pura es una forma de la materia de composición constante y definida, que
tiene propiedades química y físicas que le son características. Ejemplos: agua, carbón, clorato de
potasio, azúcar, sílice, hierro, oro.
Una mezcla es una combinación de 2 o mas sustancias puras, en que cada una de las
sustancias puras conserva su identidad y pueden ser separados por medios físicos. La mezcla difiere
de los compuestos puros en que la proporción entre los componentes no es fija. Ejemplos: azúcar
disuelta en agua, clorato de potasio con carbón o pólvora, agua con granos de sílice.
Las mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas. En una mezcla homogénea no se
puede diferenciar a simple vista los componentes, se tiene una fase única; ejemplo: una solución de
azúcar en agua. En una mezcla heterogénea se puede diferenciar a simple vista los componentes de

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la mezcla, se tiene mas de una fase; ejemplo: granos de carbón mezclados con granos de clorato de
potasio.
I.3.- EL SISTEMA
Sistema
El sistema es el conjunto de la materia que es objeto de estudio. En una reacción química,
el sistema está formado por los reactivos y los productos; en una mezcla de gases, por los
componentes de la mezcla; en una pila, por los electrodos, soluciones, instrumento de medida,
recipientes y uniones necesarias para cerrar el circuito eléctrico.
Tipos de sistemas
Sistema cerrado es aquel que no intercambia ni materia ni energía con el medio exterior.
En una reacción química que se desarrolla en un vaso de precipitado, la masa del conjunto
reactivos- productos es constante, y el vaso esta aislado térmicamente del exterior.
Sistema abierto es aquel que puede intercambiar materia o energía con el medio que lo
rodea. Durante una reacción química se va agregando alguno de los reactivos o productos, o se va
calentando o enfriando el recipiente en que se produce la reacción.
Desde el punto de vista de las fases o estados físicos de los componentes del sistema, un
sistema es homogéneo cuando está formado de una sola fase y, heterogéneo si está formado por
mas de una fase. Fase es cada parte del sistema diferenciada física o químicamente de otra. Los
gases por ser completamente miscibles en cualquier proporción constituyen siempre una fase única.
Una solución homogénea constituye una fase. Una solución heterogénea esta formada de tantas
fases como componentes se puedan distinguir físicamente en ella. Cada componente sólido
constituye una fase.
Variables
Las propiedades y características de un sistema se cuantifican a través de valores dados a
ciertas propiedades conocidas como variables. Para cada variable se ha establecido una escala
convencional de valores que permite que la o las propiedades sean evaluadas cuantitativamente,
independientemente del usuario del sistema. Una variables es una cantidad asociada a cierta
propiedad físico- química, en cuanto a su significado y magnitud. Cuando la propiedad asociada a
la variable es función de la cantidad de materia, se habla de variables extensivas; ej.: masa,
volumen; se dobla la masa o el volumen y se dobla el valor de la variable. Cuando la propiedad
asociada a la variable no es función de la cantidad de materia, se habla de variables intensivas; ej.:
concentración, presión, temperatura.
Las principales variables usadas en un curso elemental de Química General se emplean en
la cuantificación de: volumen, masa, concentración, temperatura, tiempo, presión, densidad.
Sistemas de medidas de las variables
Intuitivamente las personas, aprecian magnitudes de ciertas propiedades del espacio y la
materia, como son distancias, volúmenes, masas, temperaturas, fuerzas. Las apreciaciones de estas

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magnitudes dependen de la visión del medio ambiente del observador; algo pesado para un niño
puede ser liviano para un adulto; una distancia larga para un anciano puede ser una distancia corta
para un corredor. La cuantificación y/o establecimientos de escalas de medidas para las
propiedades del espacio y la materia, permite a todas personas obtener los mismos resultados
para las mismas observaciones.
De acuerdo a convenios internacionales la mayor parte de los países han adoptado el
sistema métrico de unidades de medidas, unidades SI, abreviatura de Système International
d’Unités. En la tabla I.1.se indican las 7 unidades básicas, las demás derivan de estas.
Tabla I.1.- Unidades básicas de medidas
Propiedad Unidad Abreviatura
longitud metro m
masa kilogramo kg
tiempo segundo s o seg
temperatura grado Kelvin o
K
cantidad de sustancia mol mol
corriente eléctrica amperio A
intensidad luminosa candela cd
Significado físico y medida de algunas variables
masa
La unidad básica de masa en el sistema SI es el kilogramo masa(Kg). La unidad de masa de
mayor uso en química es el gr masa(gr), que corresponde a una milésima parte de 1 Kg. La masa se
mide en balanzas, donde se compara la masa problema con masas conocidas.
volumen
Espacio en que está contenido la masa. La unidad básica es el metro cúbico, m3
. De él
deriva el litro, lt, o decímetro cúbico, dm3
. En 1 m3
hay 1000 lt o 1000 dm3
. En 1 lt hay 1000 cm3
.
densidad
La densidad es la cantidad de masa que hay en una unidad de volumen.
V
m
volumen
masa
densidad ==
En los gases se expresa normalmente cono gramos por litro(gr/lt). En los líquidos y sólidos
en gr/cm3
o en Kg/lt, ambos valores son iguales debido a que 1Kg = 1000 gr y 1lt = 1000 cm3
.
mol
La cantidad de materia se expresa en gramos de materia en un mol de sustancia, o el peso
molecular expresado en gramos.

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temperatura
La temperatura es la manifestación externa del movimiento de todos los átomos y
moléculas de un sistema. A medida que disminuye la temperatura disminuyen los movimientos
atómicos y moleculares, se pasa del estado gaseoso al líquido y al sólido, hasta llegar al cero
absoluto donde no existiría ningún movimiento.
En el año 1742, el astrónomo sueco Anders Celsius estableció una escala de temperaturas
tomando un valor 100 para la temperatura de ebullición del agua a 1 atmósfera y, un valor de 0
para la temperatura de congelación del agua. Cada división de esta escala de 100 unidades se
conoce como 1 grado centígrado o 1 grado celsius. Figura I.1. Posteriormente, en 1948, Lord
Kelvin, al estudiar los volúmenes de los gases ideales en función de la temperatura en grados
celsius, extrapolando resultados, encuentra que el volumen se vuelve cero cuando la temperatura
alcanza el valor de -273,15o
C, esta temperatura se considera el cero absoluto en la escala conocida
como escala absoluta o escala Kelvin.
Figura I.1.-Escalas de temperatura
presión
La presión, P, es la fuerza, F, que actúa sobre una determinada superficie, S.
S
F
erficiesup
fuerza
P ==
La fuerza ejercida por un objeto sobre su base es igual al producto de su masa por la aceleración. La
aceleración de gravedad de la tierra es de 9,81 m/seg2
.
masa81,9F ⋅=
seg
mKg
2
La unidad de fuerza es 1
seg
mKg
2
= 1 Newton = 1 N
y la presión
S
masa81,9
P =
mseg
mKg
22
60
50
100
40
30
20
0
10
90
70
80
373,1
323,1
273,1
0
ebullicióndel
congelacióndel
K
KelvinCelsius
C oo

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La unidad de presión es 1
m
N
2
= 1 Pascal = 1 pa
La presión atmosférica se mide usando un barómetro de mercurio, figura I.2. En una cubeta con
mercurio se invierte un tubo lleno con mercurio; parte del mercurio sale del tubo y parte queda; la
columna de mercurio que queda en el tubo mide 76 cm cuando la experiencia se hace al nivel del
mar. En la parte superior del tubo, vacía, la presión es cero, no hay gas; en la base del tubo,
superficie del mercurio en la cubeta, la presión es la ejercida por el aire de la atmósfera; la
diferencia de presión entre el vacío y el exterior es equivalente a la fuerza que ejerce sobre la base
la columna de 760 cm de altura, que se define coma la presión de 1 atmósfera.
Figura I.2.- Barómetro de mercurio
La masa del mercurio es igual a su volumen por su densidad. La densidad del mercurio es
de 13,6 g/cm3
. Para una sección de 1 cm2
del tubo con el mercurio:
La masa es de:
masa = 76 cm · 1 cm2
·13,6 g/cm3
= 1033,6 g
y la presión
Pa0139616,1
m
Kg
6,1013961
cm
g
6,1013961
1
/cm981g6,1033
P 10
segsegcm
seg 5
222
2
⋅===
⋅
=
I.4.- NOMENCLATURA
La nomenclatura es el lenguaje de la química; cuando se habla de una determinada
sustancia química es necesario referirse a ella por un nombre, y este nombre debe permitir su
identificación en cuanto a los elementos que la componen.
Existen millones de compuestos químicos, y darle a cada uno de ellos un nombre particular
resultaría muy complicado, poco práctico, y casi imposible de que una persona normal pudiera
retener un número significativo de estos nombres. Sustancias conocidas desde los inicios de la
química conservan sus nombres particulares, casos del agua(H2O) y del amoniaco(NH3); para las
mercurio
760mmdeHg
vacío
presión presión

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demás, se aplican reglas que sistematizan los nombres de las moléculas que se forman a partir de
átomos que tienen comportamiento químico similar. Algunas reglas para nombrar compuestos de
acuerdo a las funciones comunes son:
Oxidos
Los óxidos son combinaciones binarias de metales con oxígeno.
Si el metal actúa con una valencia única se nombran “óxido de” seguido del nombre del
metal; ej.
Al2O3 óxido de aluminio Ag2O óxido de plata
CaO óxido de calcio NiO óxido de níquel
Si el metal actúa con 2 valencias, se nombran “óxido” seguido con una palabra proveniente
del nombre del metal con terminación -oso para la valencia menor, y con terminación –ico para
la valencia mayor. Ej.
FeO óxido ferroso Cu2O óxido cuproso
Fe2O3 óxido férrico CuO óxido cúprico
En algunos óxidos el oxígeno forma un grupo peróxido por unión de 2 átomos de oxígeno, -O-O-,
y las combinaciones con los metales se les llama peróxidos; ej:
Na2O2 peróxido de sodio H2O2 peróxido de hidrógeno o agua oxigenada
Anhídridos
Los anhídridos son combinaciones de un no- metales con oxígeno. Reaccionan con agua
para formar oxiácidos.
Si el no- metal actúa con una sola valencia, se les llama “anhídrido” seguido de la denominación
específica del no- metal terminada en -ico; ej.:
B2O3 anhídrido bórico
Si el no- metal actúa con 2 valencias, se nombran “anhídrido” seguido de la denominación
específica terminada en -oso o –ico, según funcione con la menor o mayor valencia; ej.:
SO2 anhídrido sulfuroso As2O3 anhídrido arsenioso
SO3 anhídrido sulfúrico As2O5 anhídrido arsénico
Si el no- metal actúa con mas de 2 valencias: a la denominación específica del de menor valencia se
antepone el prefijo hipo- y se termina -oso; a la de mayor valencia se antepone el prefijo per- y se
termina –ico; ej.:
Cl2O anhídrido hipocloroso
Cl2O3 anhídrido cloroso
Cl2O5 anhídrido clórico
Cl2O7 anhídrido perclórico

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Hidróxidos o bases
Compuestos de un metal, oxígeno e hidrógeno. Productos de la unión de un óxido con agua.
El oxígeno y el hidrógeno están en la misma proporción, formando el grupo hidroxilo, -OH.
Si el metal actúa con una valencia única se nombran “hidróxido de” seguido del nombre del
metal; ej.
NaOH hidróxido de sodio KOH hidróxido de potasio
Ca(OH)2 hidróxido de calcio Ba(OH)2 hidróxido de bario
Si el metal actúa con 2 valencias, se nombran “hidróxido” seguido con una palabra
proveniente del nombre del metal, con terminación -oso para la valencia menor, y con terminación
–ico para la valencia mayor. Ej.
Fe(OH)2 hidróxido ferroso CuOH hidróxido cuproso
Fe(OH)3 hidróxido férrico Cu(OH)2 hidróxido cúprico
Acidos
Hidrácidos, combinaciones binarias del hidrógeno con los halógenos(F, Cl, Br, I) y/o los
anfígenos(S, Se, Te). Su nombre se construye a partir del elemento que forma el ion negativo,
añadiendo el sufijo -hídrico
Nombre Formula Disociación Nombre anión
fluorhídrico HF HF H+
+ F-
fluoruro
clorhídrico HCl HCl H+
+ Cl-
cloruro
bromídrico HBr HBr H+
+ Br-
bromuro
sulfhídrico H2S H2S 2H+
+ S=
sulfuro
Oxiácidos, compuestos por un no- metal, oxígeno e hidrógeno. Se obtienen por reacción de
un anhídrido con agua. Sus nombres provienen del nombre del anhídrido de origen, anteponiendo
la palabra ácido.
El no- metal actúa con su valencia única o con la valencia mas alta de las 2 posibles.
Terminación –ico.
carbónico H2CO3 H2CO3 H+
+ HCO3
-
bicarbonato
HCO3
-
H+
+ CO3
=
carbonato
bórico H3BO3 H3BO3 3H+
+ BO3
-3
borato
fosfórico H3PO4 H3PO4 H+
+ H2PO4
-
fosfato diácido
H2PO4
-
H+
+ HPO4
=
fosfato monoácido
HPO4
=-
H+
+ PO4
-3
fosfato
nítrico HNO3 HNO3 H+
+ NO3
-
nitrato
silícico H4SiO4 H4SiO4 4H+
+ SiO4
=
silicato
sulfúrico H2SO4 H2SO4 H+
+ HSO4
-
sulfato ácido
HSO4
-
H+
+ SO4
=
sulfato

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El no- metal actúa con la valencia mas baja de las 2 posibles. Terminación –oso
nítroso HNO2 HNO2 H+
+ NO2
-
nitrito
sulfúroso H2SO4 H2SO3 H+
+ HSO3
-
sulfito ácido
HSO3
-
H+
+ SO3
=
sulfito
fosfóroso H3PO3 H3PO3 H+
+ H2PO3
-
fosfito diácido
H2PO3
-
H+
+ HPO3
=
fosfito monoácido
HPO3
=-
H+
+ PO3
-3
fosfito
El no- metal actúa con mas de 2 valencias.
hipocloroso HClO HClO H+
+ ClO-
hipoclorito
cloroso HClO2 HClO2 H+
+ ClO2
-
clorito
clórico HClO3 HClO3 H+
+ ClO3
-
clorato
perclórico HClO4 HClO4 H+
+ ClO4
-
perclorato
Sales
Son compuestos que resultan de la reacción de un ácido con una base. Son haloideas si se
derivan de los ácidos hidrácidos, y oxisales si se derivan de los oxiácidos.
Se nombran con el nombre del ion negativo del ácido, seguido del nombre del metal tal
como aparece en la base.
Nombre Formula Nombre Formula
fluoruro de sodio NaF fosfato tricálcico Ca3(PO4)2
cloruro ferroso FeCl2 nitrato cobaltico Co(NO3)3
bromuro de calcio CaBr2 silicato de aluminio Al4(SiO4)3
sulfuro férrico Fe2S3 sulfato ácido de magnesio Mg(HSO4)2
bicarbonato de sodio NaHCO3 sulfato cuproso Cu2SO4
carbonato de bario BaCO3 hipoclorito de calcio Ca(ClO)2
borato de potasio K3BO3 clorito de sodio NaClO2
fosfato diácido de sodio NaH2PO4 clorato de potasio KClO3
fosfato monoácido de sodio Na2HPO4 perclorato de calcio Ca(ClO4)2
Cuando las sales cristalizan hidratadas con moléculas de agua, al nombre de la sal se le
agrega la palabra hidratado con un prefijo que especifica el número de moléculas de agua. Ej:
Cloruro de sodio dihidratado NaCl 2H2O
Sulfato de cobre pentahidratado CuSO4 5H2O
Nitrato de magnesio hexahidratado Mg(NO3)2 6H2O
Carbonato de sodio decahidratado Na2CO3 10H2O

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