Elementos químicos

Materia. Teoría atómica. Dalton. Protones. Neutrones. Electrones. Partículas. Elementos y compuestos químicos. Mezclas. Tierra. Núcleo. Mesosfera. Litosfera. Minerales. Suelo. Rocas. Metales. Ductibilidad. Maleabilidad. Electrólisis. Petróleo

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LA MATERIA

Los primeros atomistas fueron los griegos, entre ellos destacan Demócrito y Leucipo quienes postularon que la materia está formada por diminutas partículas, tan pequeñas que solo podían ser imaginables y ellas no mueren y se mueven infinitamente en el espacio y en el tiempo (átomos)

Siguiente a los griegos fue Dalton quien postuló, 1900 años después, la primera teoría atómica:

- Cada elemento se compone de partículas diminutas e indivisibles que sean átomos.

- Los átomos del mismo elemento tiene el mismo peso y propiedades, pero diferentes a los átomos de otros elementos.

- Los átomos de distintos elementos se pueden unir entre si en proporciones numéricas simples.

Los átomos están formados por partículas subatómicas que son los PROTONES (positivos), ELECTRONES (negativos) y NEUTRONES (neutros). Cada átomo tiene carga neutral ya que tiene la misma cantidad de electrones que de neutrones, las únicas partículas que varían son los neutrones.

El modelo atómico actual se llama modelo atómico mecano cuántico que se compone por un núcleo de carga positiva que ocupa la mayor parte de la masa atómica rodeado por una nube de partículas de carga negativa.

Las partículas positivas que conforman el núcleo del átomo permanecen unidad gracias a la fuerza nuclear.

Número atómico: corresponde al numero de protones que se encuentran en el núcleo del átomo y se representa con la letra Z

Número Másico: es la suma de los protones con los neutrones (el núcleo) y se representa con la letra A...

A = Z + n

Un ion es un átomo cargado, esto sucede cuando un átomo pierde o gana electrones. La formación de union no implica cambios en el A de un átomo, sólo cambia el numero de electrones.

Cuando un átomo pierde un electrón se convierte en un ion positivo (catión)

Cuando un átomo gana un electrón se convierte en un iojn negativo (anión)

La unión entre los átomos puede clasificarse en MOLÉCULAS y REDES CRISTALINAS. Las moléculas estan formadas por un numero definido de átomos de un mismo tipo o diferentes. Las redes cristalinas en cambio se forman por un numero indefinido de átomos. Por ejemplo las moleculas de O2 está formada por dos átomos de oxígeno, y la molécula de agua esta formada por dos átomos de H y uno de O

La fuerza de atracción que hay entre los átomos se llaman enlaces químicos

ELACE IÓNICO: es el enlace que se produce entre dos o más iones de cargas opuestas y se produce por la transferencia de electrones de un átomo a otro.

ENLACE COVALENTE: tiene lugar entre dos o más átomos que comparten los electrones (O, H, N)

La materia puede clasificarse en :

ELEMENTOS QUÍMICOS: se caracterizan por estar formados por un sólo tipo de átomos (mismo numero de protones) y porque no pueden ser descompuestos en sustancias más simples. (Hg, Au, O, etc.)

COMPUESTOS QUÍMICOS: combinaciones químicas de dos o más elementos en proporciones definidas, son sustancias puras formadas por más de una clase de átomos y los átomos se combinan siguiendo una relacion numérica simple. Se pueden clasificar según el número de elementos combinados (compuestos binarios, ternarios) y según el tipo de elementos (orgánicos e inorgánicos)

MEZCLAS: unión física de sustancias en cantidades variables, no están químicamente combinadas, es por eso que no tiene propiedades definidas.

Las mezclas homogéneas se caracterizan pq sus componentes no son identificados a plena vista (el agua es una mezcla de agua (fase dispersante) y sales minerales (fase dispersa), pero sólo vemos la parte líquida). Entre las mezclas se distingue la disolución o solución química está formada por una o más sustancias distribuidas uniformemente en el medio. El soluto de la solución el la sustancia que se encuentra disuelta en menor cantidad (fase dispersante) y el solvente es la fase que se encuentra en mayor cantidad donde esta disuelto el soluto (fase dispersa)

Las mezclas heterogéneas son aquellas cuyos componentes pueden distinguirse a simple vista. Aquí se distinguen los coloides (la fase dispersante el insoluble en la fase dispersa) y las suspensiones (se aprecia con claridad a separación de las fases)

QUIMICA DEL SUELO

En la tierra es posible identificar tres zonas:

Núcleo de la Tierra: que esta formado por una esfera de hierro y níquel que se piensa que puede estar en estado líquido por su temperatura ero lo más probable es que este sólido por la presión que ejercen las otras capas de la tierra sobre él. Tiene un radio de aprox 3470 km También se le llama nife.

Mesosfera: tb llamada manto terrestre y tiene un espesor de 2830 km . los minerales más importantes que lo componen son silicio (Si) hierro (Fe) y magnesio (Mg)

Litosfera: o corteza terrestre y está constituida por los suelos, debajo se encuentran diferentes tipos de rocas (70 km) llamada sial y los principales que allí se encuentran son el Si y Al. La capa más interna de la litósfera son rocas más pesadas (Si y Mg).

Los minerales son compuestos naturales constituidos por varios elementos químicos que forman estructuras complejas. Los átomos de los minerales están ordenados espacialmente, siguen un patrón fijo formando redes cristalinas.

Formación de los minerales:

El SiO2 por su naturaleza ácida puede reaccionar con cualquier óxido básico formando el silicato que es muy abundante en la naturaleza. Se conocen como 2000 silicatos diferentes pero solo el 90% dan origen a las rocas y piedras que vemos c/día. Los minerales más comunes son:

Feldespato: hay tres tipos, el feldespato cálcico, el potásico y el sódico.

Mica: algunas clases de mica son moscovita (color blanco), biotita (color negro) y la clorita (color verde).se caracterizan por su excelente capacidad para formar láminas (exfoliación)

Cuarzo: se compone de óxido de silicio de color blanco o transparente.

Anfíbol: el ejemplar más característico es la hornablenda.

Formación de las rocas:

De acuerdo a su origen e clasifican en:

Rocas ígneas: se forman a partir del proceso de enfriamiento de minerales fundidos. El origen del planeta el núcleo era un conjunto de gases que al enfriarse se formaron las primeras rocas.

Rocas sedimentarias: cuando se desintegraron las rocas superficiales, el agua trasladó las partículas más pequeñas a las partes más bajas del planeta, al fondo de los lagos y mares donde, por el peso de las capas superiores, se fueron endureciendo los sedimentos de las capas inferiores, formado las rocas compactas o sedimentarias.

Rocas metamórficas: son las rocas ígneas o sedimentarias que posteriormente sufren transformaciones originadas por humedad, cambios de Tº presión y factores químicos.

Estructura y tipos de suelo:

De acuerdo al diámetro de las partículas que lo componen los suelos se clasifican en: arcilla, limo, arena, gravas y guijarros. Las partículas que tienen un diámetro de hasta 2 mm comprenden la fracción fina, y las que tiene un diámetro entre 2 y 20 mmm comprenden la fracción gruesa.

En una excavación se puede observar que las partículas de un suelo se distribuyen en cuatro capas, a distintos niveles de profundidad, tb llamadas horizontes. Un suelo bien desarrollado tiene 4 horizontes denomidados con las letras A, B, C y R, y este conjunto de horizontes es el perfil del suelo.

Horizonte A: está en contacto directo con la atmósfera; es donde se acumula la materia orgánica y se forma el humus que le da fertilidad.

Horizonte B: es fundamentalmente de origen mineral, pero tb se pueden encontrar sustancias orgánicas provenientes del horizonte A por la lluvia y la filtración del agua. Algunas raíces llegan hasta este horizonte.

Horizonte C: está bajo el horizonte B y se forma por restos de roca fragmentaria, provenientes de la disgregación proveniente de la roca madre mayor a mayor profundidad.

Horizonte R: es la parte más profunda del suelo, esta formada por la roca madre que da origen a los horizontes superiores.

Estos horizontes pueden encontrarse en diferentes tipos de suelo y el grosor que estos tengan, y la ausencia y presencia de éstos determinan el tipo de suelo.

Suelos rocosos: no tienen los horizontes A ni B, por lo que la roca aparece en la superficie. Son secos por su impermeabilidad y no permiten el crecimientos de plantas.

Suelos arenosos: tampoco tiene plantas ya que sus partículas están demasiado sueltas y son demasiado permeables dejando pasar la humedad con mucha facilidad sin retenerla.

Suelos arcillosos: son de composición más compacta que los suelos arenosos por lo que retienen con mayor facilidad la humedad facilitando el crecimiento de plantas

Suelos orgánicos: se caracterizan por tener materia orgánica en abundancia, son esponjosos y permeables, retienen gran cantidad de humedad, siendo por esto especialmente fértiles.

Los suelos tambien se pueden clasificar según su grado de pH: ácidos, básicos y neutros.

Las plantas absorben gran cantidad de elementos químicos del suelo (H, O, N, P, K, S, Ca, Mg, Fe, Si, Al, Na y Cl) El carbono y el oxígeno les sirve pa la fotosíntesis. Obtienen el hidrógeno a través de la descomposición del agua en la fotosíntesis. El nitrógeno lo sacan de os compuestos químicos que posee el suelo, en especial del humus. Los demás elementos como el fósforo y el potasio los sacan de los minerales de las rocas o del humus.

LOS METALES:

Los únicos metales puros que se conocen son el oro y el platino, los demás están formados por minerales como por ejemplo óxidos, silicatos, sulfuros, sulfatos, y nitratos. Cuando en un lugar la concentración de metales es muy alta, se llama mena. Los otros minerales que están junto a las menas pero que a nadie le interesa explotarlos se llaman gangas. Según la cantidad de metal que tiene la mena se forma la ley de un mineral: cuando hay más metal, tiene una alta ley.

La metalurgia es la técnica que permite la extracción de los metales de las menas. Según sea la composición del mineral, va a ser la técnica que se va a utilizar para aislar el metal que en él se encuentra.

Por ejemplo el mineral del hierro que se encuentra como óxido (Fe2O3), se trata con carbono a altas temperaturas para así aislar el metal (Fe):

2Fe2O3 + 3C 4Fe + 3CO2

Otro proceso para separas al metal es el método del tostado, que consiste en calentar la mena mientras una corriente de aire pasa a través de esta para producir el óxido. A los carbonatos por ejemplo, el carbonato de cinc, se les calcina para transformarlos en óxido sin necesidad de hacer pasar una corriente sobre la mena.

El metal se purifica a traves de diferentes técnicas. Por ejemplo el mercurio, que es líquido se purifica a través de la destilación, otros metales que tiene bajo punto de fusión, como el plomo, se purifican usando filtración. Pero el método más usado es el de electrólisis

Enlaces metálicos:

Excepto en el mercurio, una red metálica se compone por un número indefinido de iones positivos, que se disponen planos, rodeados por una nube de elctrones que los une. En conjunto, la red es una red eléctricamente neutra.

Propiedades de los metales:

Los metales se caracterizan por su brillo, por ser buenos conductores del calor, del sonido y de la electricidad, son capaces de resistir tensiones muy fuertes, sin romperse, ya sea en láminas maleables (delgaditas) o en forma de alambres (dúctiles). Todas estas son propiedades físicas.

Las propiedades químicas: los metales ceden fácilmente electrones transformándose en iones positivos durante los cambios químicos. Esto hace que formen óxidos cuando reaccionan con el O del aire, e Hidróxidos cuando reaccionan con el agua.

COMBUSTIBLES FOSILES:

Tenemos tres tipos de combustibles fósiles: el carbón, el gas natural y el petróleo. En la naturaleza el carbón se presenta formando grandes masas o capas en el subsuelo. El gas natural es una mezcla de gases que está concentrado sobre los depósitos de petróleo. Y el petróleo es una mezcla de hidrocarburos. En Chile se encuentra especialmente en Tierra del Fuego.

La composición química del petróleo: es líquido y oscuro, olor fuerte y es menos denso que el agua (es insoluble en ella). Aparte del C y el H en proporciones variables, el petróleo tiene S, O, N, y otros elementos.. el hidrocarburo más simple tiene 1 átomo de C y 4 de H

Refinamiento del petróleo: a través de la destilación fraccionada se obtiene derivados del petróleo.

Cracking: calentamiento de los aceites pesados a grandes Tº, fragmentándose las cadenas carbonadas.

Isomerización: consiste en la reorganización de las cadenas lineales dando origen a otras redes más complejas a través de catalizadores.

Hidrocarburos: se forman a partir de átomos de carbono y de hidrógeno. Las cadenas carbonadas pueden ser tener hasta centenares de átomos de carbono unidos por enlaces covalentes simples, dobles o triples. Pueden ser cadenas lineales (en línea) o tener ramificaciones. Los hidrocarburos son la base de los compuestos orgánicos ya que si los puentes de H son sustituidos por otros elementos como el O, el N, o el S se originan nuevos compuestos orgánicos.

EL SUELO CULTIVABLE:

Explotación intensiva del suelo: cuando las plantas mueren “devuelven”al suelo los nutrientes que le fueron proporcionados durante su crecimiento, convirtiéndose en abono pa otras platas. Pero como las personas las trasladan de lugar a cada rato, los suelos no alcanzan a recuperar los nutrientes. Es por eso que es necesario recurrir a los fertilizantes tanto naturales como artificiales.

Alteraciones en la superficie cultivable: para tener más espacio para cultivar, el hombre tala enormes extensiones de árboles, quema terrenos de plantas etc. Este brusco cambio rompe el equilibrio del ecosistema haciéndose el suelo más vulnerable a la acción de la lluvia y del viento acelerando el procedo de degradación o erosión.

Cuando llueve mucho, el agua arrastra consigo, a través de pendientes y quebradas provocadas por la erosión, un centenar de nutrientes y materia orgánica de la tierra; a su paso va creando regueras o cárcavas que con surcos de más de un mt de profundidad y finalmente desemboca en ríos o mares dejando la tierra prácticamente inservible para la agricultura.

Otro agente erosionante el es vieno, ya que con su fuerza, arrastra arena (que no tiene materia orgánica) que se encuentra en la superficie tanto de zonas costeras como desérticas, y la traslada a los campos de cultivo destruyendo la vegetación. Este fenómeno se llama desertificación.

Los pesticidas o insecticidas se dividen, según su naturaleza en:

Organoclorados: son compuestos orgánicos que tienen el elemento cloro, el más conocido es el DDT (diclorodifeniltricloroetano). Al comienzo era muy útil, pero después de un tiempo se detecto que era muy tóxico así que lo prohibieron y hasta hoy está prohibido. Sus características son:

  • es poco selectivo, mata TODO a su paso... insectos y no discrimina los que son buenos para el hombre.

  • Es estable en el medio ambiente pq no se degrada con facilidad.

  • Como es un compuesto levemente polar, es insoluble en agua pero si es soluble en las grasas.

Organofosforados: en ellos se destaca, obviamente el fósforo. Son más tóxicos que los clorados (para los mamíferos) pero se degradan mejor en el ambiente. El más conocido es el malatión, que es el que mata a la mosca de la fruta.

Carbamatos: es super selectivo con los insectos lo que permite eliminar sólo los insectos perjudiciales, el más conocido es el carbaril.

Los desechos:

Se clasifican en:

Desechos tóxicos: son os que aumentan la incidencia de enfermedades y mortalidad de la población, provienen de la industria minera, agrícola y farmacéutica. (metales pesados, solventes orgánicos, pesticidas)

Desechos radiactivos: son elementos radiactivos que ya cumplieron su propósito tanto en los laboratorios clínicos como en las industrias centrales y nucleares)

Desechos inertes: residuos que no se degradan con facilidad y que no producen un daño directo a la biosfera (la ganga)

Desechos biodegradables: residuos orgánicos útiles para el metabolismo de otros seres vivos

Mena: mineral del cual puede extraerse un metal aprovechable.