Ley de conservación de la materia
Cuando se enunció la ley de la conservación de la materia no se conocía el
átomo, pero con los conocimientos actuales es obvio: puesto que en la reacción
química no aparecen ni destruyen átomos, sino que sólo se forman o rompen
enlaces (hay un reordenamiento de átomos), la masa no puede variar.
La ley de conservación de la masa, ley de conservación de la materia o ley de
Lomonósov-Lavoisier es una de las leyes fundamentales en todas las ciencias
naturales. Fue elaborada independientemente por Mijaíl Lomonósov en 1745 y por
Antoine Lavoisier en 1785. Se puede enunciar como «En una reacción química
ordinaria la masa permanece constante, es decir, la masa consumida de los
reactivos es igual a la masa obtenida de los productos».1 Una salvedad que hay
que tener en cuenta es la existencia de las reacciones nucleares, en las que la
masa sí se modifica de forma sutil, en estos casos en la suma de masas hay que
tener en cuenta la equivalencia entre masa y energía.2 Esta ley es fundamental
para una adecuada comprensión de la química. Está detrás de la descripción
habitual de las reacciones químicas mediante la ecuación química, y del
análisis gravimétrico de la química analítica.
Historia
Los ensayos preliminares hechos por Robert Boyle en 1673 parecían indicar lo
contrario: pesada meticulosa de varios metales antes y después de su oxidación
mostraba un notable aumento de peso. Estos experimentos, por supuesto, se
llevaban a cabo en recipientes abiertos.2
La combustión, uno de los grandes problemasque tuvo la química del siglo XVIII,
despertó el interés de Antoine Lavoisier porque éste trabajaba en un ensayo
sobre la mejora de las técnicas del alumbrado público de París. Comprobó que al
calentar metales como el estaño y el plomo en recipientes cerrados con una
cantidad limitada de aire, estos se recubrían con una capa de calcinado hasta
un momento determinado del calentamiento, el resultado era igual a la masa
antes de comenzar el proceso. Si el metal había ganado masa al calcinarse, era
evidente que algo del recipiente debía haber perdido la misma cantidad de masa.
Ese algo era el aire. Por tanto, Lavoisier demostró que la calcinación de un
metal no era el resultado de la pérdida del misterioso flogisto, sino la
ganancia de algún material: una parte de aire. La experiencia anterior y otras
más realizadas por Lavoisier pusieron de manifiesto que si se tiene en cuenta
todas las sustancias que forman parte en una reacción química y todos los
productos formados, nunca varía la materia de un elemento.
Ley de conservación de la energía
Sistema mecánico en el cual se conserva la energía, para choque perfectamente
elástico y ausencia de rozamiento.
La ley de la conservación de la energía constituye en el primer principio de la
termodinámica (la primera ley de la termodinámica) y afirma que la cantidad
total de energía en cualquier sistema físico aislado (sin interacción con
ningún otro sistema) permanece invariable con el tiempo, aunque dicha energía
puede transformarse en otra forma de energía. En resumen, la ley de
laconservación de la energía afirma que la energía no puede crearse ni
destruirse, sólo se puede cambiar de una forma a otra, por ejemplo, cuando la
energía eléctrica se transforma energía calorífica en un calefactor.
Conservación de la energía y termodinámica
Dentro de los sistemas termodinámicos, una consecuencia de la ley de
conservación de la energía es la llamada primera ley de la termodinámica, la
cual establece que, al suministrar una determinada cantidad de energía térmica
(Q) a un sistema, esta cantidad de energía será igual a la diferencia del
incremento de la energía interna del sistema (ΔU) menos el trabajo (W)
efectuado por el sistema sobre sus alrededores:
(ver Criterio de signos termodinámico)
Aunque la energía no se pierde, se degrada de acuerdo con la segunda ley de la
termodinámica. En un proceso irreversible, la entropía de un sistema aislado
aumenta y no es posible devolverlo al estado termodinámico físico anterior. Así
un sistema físico aislado puede cambiar su estado a otro con la misma energía
pero con dicha energía en una forma menos aprovechable. Por ejemplo, un
movimiento con fricción es un proceso irreversible por el cual se convierte
energía mecánica en energía térmica. Esa energía térmica no puede convertirse
en su totalidad en energía mecánica de nuevo ya que, como el proceso opuesto no
es espontáneo, es necesario aportar energía extra para que se produzca en el
sentido contrario.
Desde un punto de vista cotidiano, las máquinas y los procesos desarrollados
por el hombre funcionan con un rendimientomenor al 100%, lo que se traduce en
pérdidas de energía y por lo tanto también de recursos económicos o materiales.
Como se decía anteriormente, esto no debe interpretarse como un incumplimiento
del principio enunciado sino como una transformación 'irremediable'
de la energía.
El principio en mecánica clásica
En mecánica lagrangiana la conservación de la energía es una consecuencia del
teorema de Noether cuando el lagrangiano no depende explícitamente del tiempo.
El teorema de Noether asegura que cuando se tiene un lagrangiano independiente
del tiempo, y por tanto, existe un grupo uniparamétrico de traslaciones
temporales o simetría, puede construirse una magnitud formada a partir del
lagrangiano que permanece constante a lo largo de la evolución temporal del
sistema, esa magnitud es conocida como hamiltoniano del sistema. Si además, la
energía cinética es una función sólo del cuadrado de las velocidades generalizadas
(o lo que es equivalente a que los vínculos en el sistema sean esclerónomos, o
sea, independientes del tiempo), puede demostrarse que el hamiltoniano en ese
caso coincide con la energía mecánica del sistema, que en tal caso se conserva.
En mecánica newtoniana el principio de conservación de la energía, no puede
derivarse de un principio tan elegante como el teorema de Noether, pero puede
comprobarse directamente para ciertos sistemas simples de partículas en el caso
de que todas las fuerzas deriven de un potencial, el caso más simple es el de
un sistema de partículas puntuales que interactúan a distancia de
modoinstantáneo.
El principio en mecánica relativista
Una primera dificultad para generalizar la ley de conservación de la energía de
la mecánica clásica a la teoría de la relatividad está en que en mecánica
relativista no podemos distinguir adecuadamente entre masa y energía. Así de
acuerdo con esta teoría, la sola presencia de un partícula material de masa m
en reposo respecto de un observador implica que dicho observador medirá una
cantidad de energía asociadada a ella dada por E = mc2. Otro hecho experimental
contrastado es que en la teoría de la relatividad no es posible formular una
ley de conservación de la masa análoga a la que existe en mecánica clásica, ya
que esta no se conserva. Así aunque en mecánica relativista no existan leyes de
conservación separadas para la energía no asociada a la masa y para la masa,
sin embargo, sí es posible formular una ley de conservación 'masa-energía'
o energía total.
Dentro de la teoría de la relatividad especial, la materia puede respresentarse
como un conjunto de campos materiales a partir de los cuales se forma el
llamado tensor de energía-impulso total y la ley de conservación de la energía
se expresa en relatividad especial, usando el convenio de sumación de Einstein,
en la forma:
(1)
A partir de esta forma diferencial de la conservación de la energía, dadas las
propiedades especiales del espacio-tiempo en teoría de la relatividad especial
siempre conduce a una ley de conservación en forma integral. Esa integral
representa precisamente una mangitud física que permanece invariable a lolargo
de la evolución del sistema y es precisamente la energía. A partir de la
expresión (1), escrita en términos de coordenadas galileanas, y usando el
teorema de la divergencia tenemos:
(2)
Si la segunda integral que representa el flujo de energía y momentum se anula,
como sucede por ejemplo si extendemos la integral a todo el espacio-tiempo para
un sistema aislado llegamos a la conclusión de que el primer miembro de la
expresión anterior permanece invariable durante el tiempo. Es decir:
(3)
La componente 'temporal' es precisamente la energía total del
sistema, siendo las otras tres la componentes del momento lineal en las tres
direcciones espaciales.
Conservación en presencia de campo electromagnético
En presencia de campos electromagnéticos la energía cinética total de las
partículas cargadas no se conserva. Por otro lado a los campos eléctrico y
magnético, por el hecho de ser entidades físicas que cambian en relación al
tiempo según la dinámica propia de un lagrangiano, puede asignárseles una
magnitud llamada energía electromagnética dada por una suma de cuadrados del
módulo de ambos campos que satisface:
(4)
El término encerrado en el primer paréntesis es precisamente la integral
extendida a todo el espacio de la componente , que de acuerdo con la sección
precedente debe ser una magnitud conservada para un campo electromagnético
adecuadamente confinado.
Conservación en presencia de campo gravitatorio
El campo gravitatorio dentro de la mecánica relativista es tratado dentro de la
teoría general de la relatividad.Debido a las peculiaridades del campo
gravitatorio tal como es tratado dentro de esta teoría, no existe una manera de
construir una magnitud que represente la energía total conjunta de la materia y
el espacio-tiempo que se conserve. La explicación intuitiva de este hecho es
que debido a que un espacio-tiempo puede carecer de simetría temporal, hecho
que se refleja en que no existen vectores de Killing temporales en dicho
espacio, no puede hablarse de invariancia temporal de las ecuaciones de
movimiento, al no existir un tiempo ajeno al propio tiempo coordenado del
espacio-tiempo.
Otra de las consecuencias del tratamiento que hace la teoría de la relatividad
general del espacio-tiempo es que no existe un tensor de energía-impulso bien
definido. Aunque para ciertos sistemas de coordenadas puede construirse el
llamado pseudotensor de energía-impulso, con propiedades similares a un tensor,
pero que sólo puede definirse en sistemas de coordenadas que cumplen ciertas
propiedades específicas.
Por otro lado, aún en la teoría de la relatividad general para cierto tipo de
sistemas muy especiales, puede construirse una magnitud asimilable a la energía
total del sistema. Un ejemplo de estos sistemas son los espacio-tiempos
asintóticamente planos caracterizados por una estructura causal peculiar y
ciertas condiciones técnicas muy restrictivas; estos sistemas son el
equivalente en teoría de la relatividad de los sistemas aislados.
Finalmente cabe señalar, que dentro de algunas teorías alternativas a la
relatividad general, como la teoríarelativista de la gravitación de Logunov y
Mestvirishvili, sí puede definirse unívocamente la energía total del sistema de
materia. Esta teoría es totalmente equivalente a la teoría de la relatividad
general en regiones desprovistas de materia, y predice desviaciones de la misma
sólo en regiones ocupadas por materia. En particular la teoría de Logunov y
Mestvirishvili, predice la no ocurrencia de agujeros negros,1 y esa es una de
las principales predicciones que la diferencian de la teoría general de la
relatividad de Albert Einstein.
El principio en mecánica cuántica
En mecánica cuántica aparecen algunas dificultades al considerar la cantidad de
energía de un sistema a lo largo del tiempo. Así la energía total en ciertos
sistemas aislados no está fijada para algunos estados cuánticos sino que puede
fluctuar a lo largo del tiempo. Sólo los estados llamados estacionarios que son
autovectores del operador hamiltoniano tienen una energía bien definida, cuando
además el hamiltoniano no depende del tiempo.
Sin embargo, en sistemas aislados aún para estados no estacionarios, puede
definirse una ley de conservación de la energía en términos de valores medios.
De hecho para un sistema cuántico cualquiera el valor medio de la energía de un
estado puro viene dado por:
(1) ,
Y por tanto cuando el hamiltoniano no depende del tiempo, como sucede en un
sistema aislado el valor esperado de la energía total se conserva. Aunque para
algunos estados se observen fluctuaciones oscilantes de la energía cuya
desviación estándar se relacionan con elprincipio de indeterminación de
Heisenberg mediante:
(2) ,
Donde:
Ley de la conservación de la masa
La ley de conservación de la masa o ley de conservación de la materia es una de
las leyes fundamentales en todas las ciencias naturales. Fue elaborada por
Lavoisier y otros científicos que le sucedieron. Establece un punto muy importante:
“En toda reacción química la masa se conserva, es decir, la masa consumida de
los reactivos es igual a la masa obtenida de los productos”.
Historia Editar sección
La combustión, uno de los grandes problemas de la química del siglo X, despertó
el interés de Lavoisier porque éste trabajaba en un ensayo sobre la mejora de
las técnicas del alumbrado público de París. Comprobó que al calentar metales
como el estaño y el plomo en recipientes cerrados con una cantidad limitada de
aire, estos se recubrían con una capa de calcinado hasta un momento
determilentamiento, el resultado era igual a la masa antes de comenzar el
proceso. Si el metal había ganado masa al calcinarse, era evidente que algo del
recipiente debía haber perdido la misma cantidad de masa. Ese algo era el aire.
Por tanto, Lavoisier demostró que la calcinación de un metal no era el
resultado de la pérdida del misterioso flogisto, sino la ganancia de algo muy
material: una parte de aire.
La experiencia anterior y otras más realizadas por Lavoisier pusieron de
manifiesto que si se tiene en cuenta todas las sustancias que forman parte en
una reacción química y todos los productos formados, nunca varía la masa.
Para Lavoisier los cambios enlas sustancias no producían la creación o
destrucción de materia. Experimentalmente (utilizó y perfeccionó la balanza)
demostró que la suma de las masas de los reactivos es igual a la suma de las
masas de los productos. 'Durante un cambio químico no existe cambio en la
masa de los reactivos al convertirse en productos'.
sEl hierro al oxidarse gana masa? sLa madera al quemarse pierde masa? Editar
sección
En un sistema cerrado (sin intercambiar materiales con el exterior) la masa
total de las sustancias existentes no varía aunque se produzca cualquier
reacción química entre ellas.
En las reacciones nucleares (no en las reacciones químicas habituales) hay una
relación entre masa y energía:
La masa se puede transformar en energía y la energía se puede transformar en
masa, en una relación de:
Concepto y forma de energía
Concepto: Magnitud física que tradicionalmente se define como la capacidad de
cuerpos y sistemas para realizar un trabajo y que disminuye en una proporción
igual a la cantidad de trabajo generado por el cuerpo o sistema. Adopta
diversas formas y puede transformarse de una en otra(Conversión de la energía),
pero no se crea ni se destruye(principio de conservación de la energía). Las
unidades empleadas en su medición son: el Julio o Joule; el electronvoltio o
ergios; y el kilovatio-hora o kgrm.
Diferentes tipos de energía
Energía Atómica: Energía que contiene los átomos que constituyen la materia
parte de la cual puede liberarse y ser utilizada. Se puede liberar en forma de
radiación electromagnética o comoenergía cinética de las partículas emitidas.
La manera en que la energía atómica se manifiesta en la naturaleza es la
radioactividad.
Energía calórica: Es una de las diversas manifestaciones de energía considerada
la una de las menos nobles puesto que su transformación en otros tipos de
energía implica perdidas relativamente grandes.
El calor es una forma de energía que puede transformarse en trabajo. Entre el
calor y el trabajo existe una equivalencia. Esa equivalencia nos dice que una
Caloría equivale aproximadamente 427 kilogametros. El valor numérico de esa
equivalencia se llama ' equivalente mecánico del calor'(E).
Energía Cinética: Energía mecánica que poseen todos lo cuerpos en movimiento
por el solo hecho de estar dotados de una masa y de una velocidad dadas y de
las cuales depende. La energía cinética puede ser de traslación(Cuando el
movimiento es rectilíneo), o de rotación(cuando el movimiento es de giro).
Energía de Activación: Es la energía necesaria que hay que desarrollar para
vencer la barrera de las fuerzas electrostáticas que se oponen a la
aproximación de nucleones.
Esta energía es puesta en juego para provocar las reacciones nucleares en los
siguientes casos: Fusión de elementos livianos y fusión de elementos pesados.
Energía de Canje: Proceso mediante el cual se comporta un 90% de la energía de
enlace entre dos átomos de hidrogeno.
Energía de Desintregacion: Perdida de masa que aparece en forma de energía
cuando en una desintregacion radioactiva la masa del elemento inicial es
superior a la suma de lasmasas de los diferentes elementos o de las diferentes
partículas de la reacción.
Energía de Desintregacion Alfa: Energía liberada en una desintegración
Energía de Desintegración Beta: Energía liberada en una desintegración
Energía de Disociación: Es la energía que se requiere para la disociación de
una molécula. Se expresa generalmente en electron-voltios. También es una
energía que hay que aportar para la ruptura de un enlace.
Energía de electrovalencia o unión polar: Es la energía que se requiere para
separar las partículas positivas de las negativas, en el seno de un átomo o de
una molécula.
Energía de enlace o energía de ligadura o energía de unión: Energía mínima
necesaria que permite la extracción de una partícula del sistema al que
pertenece. También es la energía mínima necesaria para descomponer un
determinado sistema.
Energía de Excitación: Cantidad mínima de energía necesaria para lograr que un
sistema cuántico pase de su estado fundamental al estado excitado al que se
desea llevarlo.
Energía de Fisión: Energía de repulsión electrostática entre los dos núcleos
formados en la excitación.
Energía de Ionización: Energía que debe ponerse en jugo para arrancar un
electrón(primera ionización), o varios electrones planetarios de un átomo
originariamente neutro.
Energía de Ligadura: La masa de un núcleo es menor que la suma de las masas de
sus constituyentes(protones y neutrones), considerados en estado libre.
Energía de Ligadura del Neutrón: Energía necesaria para arrancar un neutrón del
núcleo.
Energía de Metabolismo:Es el desprendimiento de calor motivado por los procesos
químicos que tienen lugar en el organismo como resultado de las hidrólisis y
degradación de los alimentos(metabolismo basal).
Energía de Pared: Es la energía por unidad de superficie contenida en el
dominio de la pared de Bolch existente entre dos regiones de un material
ferromagnetico, imantadas en sentidos opuestos.
Energía de Resonancia: Es la energía de un neutrón que puede ser captado o
dispersado en un nivel de resonancia en un núcleo que se encuentra en sus
inmediaciones.
Energía de Separación: Es la que en los núcleos es requerida par arrancar uno
de sus nucleones y cuya magnitud es diferente para protones y neutrones.
Energía Eléctrica: Es la energía proporcionada por la corriente eléctrica, es
decir, por el movimiento de electrones en la superficie de un conductor. La
energía eléctrica se obtiene primeramente en forma de corriente alterna que es
transformada en corriente de alta tensión con objeto de poder transportarla sin
grandes perdidas, para ser nuevamente transformada en corriente de baja tensión
para su uso directo.
Energía Electromagnética: Es la que, transportada por una radiación
electromagnética, puede manifestarse de dos maneras. Se puede transformar en
energía cinética de las cargas eléctricas situadas en su zona de influencia, y
que puede llegar a convertirse en calor(efecto__joule); o se puede transformar
en mecánica(motor eléctrico), ya propagándose como energía radiante, en forma
de ondas electromagnéticas, fuera del medio donde se origina, yque puede
transformarse finalmente en luz, sonido o similares, o bien emitir partículas a
escala atómica.
Energía en Reposo: Es la que tienen los cuerpos en estado de reposo y que se
debe a su masa.
Energía Eólica: Es la energía que poseen las corrientes del viento en su
movimiento por la tierra. Se emplea en molinos de viento, que la transforma en
energía mecánica utilizable de diversas maneras(molido de cereales,
accionamiento de bombas hidraulicas, etc).
Energía Geotérmica: Es la energía procedente de los fenómenos térmicos del
interior de la corteza.
Energía Gravitatoria: Es la energía propia de los campos gravitatorios, que
puede resolverse en trabajo(energía potencial).
Energía Hidráulica: Es la energía potencial contenida en los cursos de agua en
la cual, a medida que desciende, se transforma en cinética. La energía
hidráulica puede ser transformada en energía eléctrica en los turbo generadores
de las centrales hidroeléctricas.
Energía Interna: Es un cuerpo que posee cierta cantidad de calor, de acuerdo
con la teoría cinética, las moléculas que la constituyen se hallan en vibración
y poseen una energía cinética denominada 'energía cinética interna'.
Por otra parte, dado que estas moléculas, que por su acción gravitatoria
tienden a unirse, se separan como consecuencia de la vibración ante dicha y de
los subsiguientes choques que tienen lugar entre ellas, por lo que sus
posiciones medidas se ubican a mayores distancias de las que habría de no
existir la citada vibración. Por tanto, para conseguir esa mayor separación
hasido necesario realizar un cierto trabajo que se denomina 'energía
potencial interna'.
La suma de la 'energía cinética interna' y la 'energía potencial
interna' constituyen la 'energía interna total'.
Energía Intrínseca: Es la cantidad de energía que posee un sistema en reserva.
Energía Libre: Es una magnitud energética cuya disminución es un proceso
organizado a temperatura y presión constantes es igual al trabajo máximo útil
producido por el sistema.
Energía libre de Helmholtz o función de Helmholtz: Nombre con que se designa la
función termodinámica que relaciona la energía interna(U), la entropía(S) y la
temperatura absoluta(T) mediante la expresión F= U - TS.
Energía Luminosa: Es la que transporta los rayos de luz, y por extensión
cualquier campo de radiación; es decir, energía intrínseca de los campos de
fuerza.
Energía Maremotriz: Es la energía mecánica que poseen las aguas de los mares en
su movimiento de flujo y reflujo, cuando tienen lugar las mareas. Su
aprovechamiento se lleva cabo en las centrales de electricidad maremotrices,
mediante la adecuada disposición de esclusas y turbogeneradores que son movidos
por las aguas en el citado desplazamiento.
Energía Mecánica: Es la suma de la energía cinética y potencial de un cuerpo o
un sistema y que es una constante para este a lo largo del tiempo.
Energía Nuclear: Energía atómica.
Energía Potencial: Es la energía que esta dotado de una partícula o cuerpo por
el simple hecho de hallarse situada en el espacio físico, generalmente en el
interior de un campo y que enfunción de este puede ser: eléctrica, magnética y
gravitatoria.
Esta energía en cuanto el cuerpo se desplaza bajo la acción del centro
gravitatorio, va disminuyendo, al tiempo que el cuerpo pierde altura, y
transformándose en energía cinética.
Energía Radiante: Es la energía que se transmite por radiación y en todas
direcciones a partir de su punto de origen. Es proporcionada por las estufas y
los radiadores de calefacción, la totalidad de la energía empleada en
radioemisiones, etc.
Energía Relativista: Es la que tiene un cuerpo que se mueve a velocidades
próximas la de la luz y cuyo valor se expresa en la teoría de la relatividad
con la expresión:
Donde M(es la masa), C(la velocidad de la luz), y V(la velocidad del cuerpo).
Energía Renovable: Es ambiental y se obtiene de fuerzas inagotables o
renovables. En ella se emplea la fuerza del viento, el agua, el sol y la fuerza
de las mareas y el oleaje.
Energía Reticular: Energía necesaria para separar hasta el infinito los iones
de un cristal.
Energía Solar: Es el flujo energético de radiaciones electromagnéticas de todas
las longitudes de onda proyectada al espacio. La utilización de esta energía
consiste en transformarla directamente en energía eléctrica, proceso que se
consigue con el empleo de células fotoeléctricas que montadas convenientemente,
pueden proporcionar una potencia útil para mover maquinas o activar
instrumentos.
Energía Térmica: Energía Calorífica
Energía Termonuclear: Energía liberada en un proceso de fusión.
Energía Umbral: Energía requerida para desatar unareacción nuclear o para hacer
franquear a un corpúsculo una barrera de protección.
Energía Vibracional: Es la energía motivada por la vibración relativa de dos
átomos contiguos en una molécula
Nomenclatura (química)
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Para otros usos de este término, véase nomenclatura.
La nomenclatura química (del latín nomenclatÅ«ra) es un conjunto de reglas o
fórmulas que se utilizan para nombrar todos los elementos y los compuestos
químicos. Actualmente la IUPAC (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada,
en inglés International Union of Pure and Applied Chemistry) es la máxima
autoridad en materia de nomenclatura química, la cual se encarga de establecer
las reglas correspondientes.
Historia
La moderna Nomenclatura química tiene su origen en el Méthode de nomenclature
chimique publicado en 1787 por Louis-Bernard Guyton de Morveau (1737-1816),
Antoine Lavoisier (1743-1794), Claude Louis Berthollet (1748-1822) y
Antoine-François de Fourcroy (1755-1809).1 Siguiendo propuestas anteriores
formuladas por químicos como Bergmann y Macquer, los autores franceses
adoptaron como criterio terminológico fundamental la composición química. Los
elementos fueron designados con nombres simples (aunque sin ningún criterio común)
y únicos, mientras que los nombres de los compuestos químicos fueron
establecidos a partir de los nombres de sus elementos constituyentes más una
serie de sufijos. Esta terminología se aplicó inicialmente tanto a sustancias
del reino mineral como del vegetal y animal, aunque en estos últimos
casosplanteaba muchos problemas.
El desarrollo de la química orgánica a partir de los años treinta del siglo XIX
propició la creación de nuevos términos y formas de nombrar compuestos que
fueron discutidos y organizados en el congreso de Ginebra de 1892, del que
surgieron muchas de las características de la terminología de la química
orgánica. El otro momento decisivo en el desarrollo de la terminología química
fue la creación de la IUPAC (International Union of Pure and Applied
Chemistry). La sociedad surgió a partir de la Asociación Internacional de
Sociedades de Química que se fundó en París en 1911 con representantes de
sociedades nacionales de catorce países. De esta asociación surgieron varios
grupos de trabajo encargados de estudiar nuevas propuestas de reforma de la
nomenclatura química.
Tras la interrupción producida por la Primera Guerra Mundial, una nueva
asociación volvió a crearse en 1919, cambiando su nombre por el de Unión
Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC). La guerra no sólo supuso la
aparición de una nueva organización sino también la salida de las sociedades
alemanas, que habían sido uno de los primeros impulsores de estas
organizaciones internacionales de química. A pesar de ello, la nueva
institución creció rápidamente hasta reunir en 1925 veintiocho organizaciones
nacionales de química, entre las que se encontraba la española. Además,
figuraban químicos representantes de diversas revistas como Chemical Abstracts
estadounidense, el Journal of the Chemical Society , de Gran Bretaña, y el
BulletinSignaletique de la Société Chimique de France. Posteriormente se
sumaron los editores de la Gazzeta Chimica italiana, los de la suiza Helvetica
Chimica Acta y los del Recueil des Travaux Chimiques de Holanda. Finalmente, en
1930, se produjo la entrada de los representantes de las sociedades alemanas,
lo que permitió que se integraran los representantes del Beilstein Handbuch de
Alemania, con lo que se completó la representación de las principales revistas
y de los dos repertorios de química más importantes del momento.
Estructura atómica
Partículas subatómicas
Véase también: Partículas subatómicas.
A pesar de que átomo significa ‘indivisible’, en realidad está formado por
varias partículas subatómicas. El átomo contiene protones, neutrones y
electrones, con la excepción del hidrógeno-1, que no contiene neutrones, y del
ion hidronio, que no contiene electrones. Los protones y neutrones del átomo se
denominan nucleones, por formar parte del núcleo atómico.
El electrón es la partícula más ligera de cuantas componen el átomo, con una
masa de 9,11 · 10−31 kg. Tiene una carga eléctrica negativa, cuya
magnitud se define como la carga eléctrica elemental, y se ignora si posee
subestructura, por lo que se lo considera una partícula elemental. Los protones
tienen una masa de 1,67 · 10−27 kg, 1836 veces la del electrón, y una
carga positiva opuesta a la de este. Los neutrones tienen un masa de 1,69 · 10−27
kg, 1839 veces la del electrón, y no poseen carga eléctrica. Las masas de ambos
nucleones son ligeramente inferiores dentro del núcleo,debido a la energía
potencial del mismo; y sus tamaños son similares, con un radio del orden de 8 ·
10-16 m o 0,8 femtómetros (fm).4
El protón y el neutrón no son partículas elementales, sino que constituyen un
estado ligado de quarks u y d, partículas fundamentales recogidas en el modelo
estándar de la física de partículas, con cargas eléctricas iguales a +2/3 y −1/3
respectivamente, respecto de la carga elemental. Un protón contiene dos quarks
u y un quark d, mientras que el neutrón contiene dos d y un u, en consonancia
con la carga de ambos. Los quarks se mantienen unidos mediante la fuerza
nuclear fuerte, mediada por gluones —del mismo modo que la fuerza
electromagnética está mediada por fotones—. Además de estas, existen otras
partículas subatómicas en el modelo estándar: más tipos de quarks, leptones
cargados (similares al electrón), etc.
El núcleo atómico
Artículo principal: Núcleo atómico.
Los protones y neutrones de un átomo se encuentran ligados en el núcleo
atómico, la parte central del mismo. El volumen del núcleo es aproximadamente
proporcional al número total de nucleones, el número másico A,5 lo cual es
mucho menor que el tamaño del átomo, cuyo radio es del orden de 105 fm o 1
angström (Å). Los nucleones se mantienen unidos mediante la fuerza nuclear, que
es mucho más intensa que la fuerza electromagnética a distancias cortas, lo
cual permite vencer la repulsión eléctrica entre los protones.6
Los átomos de un mismo elemento tienen el mismo número de protones, que se
denomina número atómico y se representa por Z. Losátomos de un elemento dado
pueden tener distinto número de neutrones: se dice entonces que son isótopos.
Ambos números conjuntamente determinan el núclido.
El núcleo atómico puede verse alterado por procesos muy energéticos en
comparación con las reacciones químicas. Los núcleos inestables sufren
desintegraciones que pueden cambiar su número de protones y neutrones emitiendo
radiación. Un núcleo pesado puede fisionarse en otros más ligeros en una
reacción nuclear o espontáneamente. Mediante una cantidad suficiente de
energía, dos o más núcleos pueden fusionarse en otro más pesado.
En átomos con número atómico bajo, los núcleos con una cantidad distinta de
protones y neutrones tienden a desintegrarse en núcleos con proporciones más
parejas, más estables. Sin embargo, para valores mayores del número atómico, la
repulsión mutua de los protones requiere una proporción mayor de neutrones para
estabilizar el núcleo.7
Nube de electrones
Artículo principal: Nube de electrones.
Los cinco primeros orbitales atómicos.
Los electrones en el átomo son atraídos por los protones a través de la fuerza
electromagnética. Esta fuerza los atrapa en un pozo de potencial electrostático
alrededor del núcleo, lo que hace necesaria una fuente de energía externa para
liberarlos. Cuanto más cerca está un electrón del núcleo, mayor es la fuerza
atractiva, y mayor por tanto la energía necesaria para que escape.
Los electrones, como otras partículas, presentan simultáneamente propiedades de
partícula puntual y de onda, y tienden a formar un cierto tipode onda
estacionaria alrededor del núcleo, en reposo respecto de este. Cada una de
estas ondas está caracterizada por un orbital atómico, una función matemática
que describe la probabilidad de encontrar al electrón en cada punto del
espacio. El conjunto de estos orbitales es discreto, es decir, puede
enumerarse, como es propio en todo sistema cuántico. La nube de electrones es
la región ocupada por estas ondas, visualizada como una densidad de carga
negativa alrededor del núcleo.
Cada orbital corresponde a un posible valor de energía para los electrones, que
se reparten entre ellos. El principio de exclusión de Pauli prohíbe que más de
dos electrones se encuentren en el mismo orbital. Pueden ocurrir transiciones
entre los distintos niveles de energía: si un electrón absorbe un fotón con
energía suficiente, Numero de oxidación
El número de oxidación es la cantidad de electrones que tiende a ceder o
adquirir un átomo en una reacción química con otros átomos para poder -de ésa
manera- adquirir cierta estabilidad química.
El número de oxidación es positivo si el átomo pierde electrones, o los
comparte con un átomo que tenga tendencia a captarlos. Y será negativo cuando
el átomo gane electrones, o los comparta con un átomo que tenga tendencia a
cederlos.
