Química basica wp



Descargar 351.44 Kb.
Página1/4
Fecha de conversión24.05.2018
Tamaño351.44 Kb.
  1   2   3   4




Fisica Química basica

Extracto de WIKIPEDIA (año 2 000)

Química es la ciencia que estudia la estructura, propiedades y transformaciones de la materia a partir de su composición atómica, formando diferentes substancias.

Tabla de contenidos

1 Campo de trabajo: el átomo

2 Conceptos fundamentales

2.1 Partículas
2.2 De los átomos a las moléculas
2.3 Orbitales
2.4 De los orbitales a las sustancias
2.5 Disoluciones
2.6 Medida de la concentración
2.7 Acidez
2.8 Formulación y nomenclatura

3 Campos de la química

4 Historia

5 Ver también

Campo de trabajo: el átomo



Los orígenes de la teoría atómica se remontan a la Grecia antigua, a la escuela filosófica de los atomistas.

La base empírica para tratar a la teoría atómica de acuerdo con el método científico se debe a un conjunto de trabajos aportados por Lavoiser, Proust, Richter, Dalton, Gay-Lussac y Avogadro, entre otros, hacia principios del siglo XIX.

El átomo es la menor fracción de materia de interés directo para la química, está constituído por diferentes partículas que poseen diferentes tipos de cargas:

  • los electrones con carga negativa,

  • los protones con carga positiva

  • y los neutrones

que como su nombre lo indica son neutros (sin carga).

Todos ellos aportan masa para contribuir al peso del átomo.

El estudio explícito de las partículas subatómicas es parte del dominio de la física, la química sólo está interesada en estas partículas en tanto en cuanto éstas definan el comportamiento de átomos y moléculas.

Conceptos fundamentales

Partículas

Los átomos son las partes más pequeñas de un elemento (como el carbono, el hierro o el oxígeno). Todos los átomos de un mismo elemento son (casi) iguales.

Las moléculas son las partes más pequeñas de una sustancia (como el azúcar), y se componen de átomos.

Si tienen carga eléctrica, tanto átomos como moléculas se llaman iones: cationes si son positivos, aniones si son negativos.

Como los átomos, las moléculas y los iones son muy pequeños, normalmente se trabaja con enormes cantidades de ellos.



El mol se usa como contador de unidades, como la docena (12) o el millar (1000), y equivale a . Se dice que 12 gramos de carbono, o un gramo de hidrógeno, o 56 gramos de hierro, contienen aproximadamente un mol de átomos.

Dentro de los átomos, podemos encontrar un núcleo atómico y uno o más electrones. Los electrones son muy importantes para las propiedades y las reacciones químicas.

De los átomos a las moléculas



Los enlaces son las uniones entre átomos para formar moléculas.

Siempre que existe una molécula es porque ésta es más estable que los átomos que la forman por separado.



A la diferencia de energía entre estos dos estados se le denomina energía de enlace.

Generalmente, los átomos se combinan en proporciones fijas para dar moléculas.



Por ejemplo, dos átomos de hidrógeno se combinan con uno de oxígeno para dar una molécula de agua. Esta proporción fija se conoce como estequiometría.

Orbitales





Para una descripción y comprensión detalladas de las reacciones químicas y de las propiedades físicas de las diferentes sustancias, es muy útil su descripción a través de orbitales, con ayuda de la mecánica cuántica.

Un orbital atómico es una función matemática que describe la disposición de uno o dos electrones en un átomo.

Un orbital molecular es análogo, pero para moléculas.

De los orbitales a las sustancias



Los orbitales son funciones matemáticas para describir procesos físicos: un orbital solo existe en el sentido matemático, como pueden existir una suma, una parábola o una raíz cuadrada.

Los átomos y las moléculas son también idealizaciones y simplificaciones: un átomo sólo existe en vacío, una molécula sólo existe en vacío, y, en sentido estricto, una molécula sólo se descompone en átomos si se rompen todos sus enlaces.

En el "mundo real" sólo existen los materiales y las sustancias.

Si se confunden los objetos reales con los modelos teóricos que se usan para describirlos, es fácil caer en falacias lógicas.

Disoluciones



En agua, y en otros disolventes (como la acetona o el alcohol), es posible disolver sustancias, de forma que quedan disgregadas en las moléculas o iones que las componen (las disoluciones son transparentes).

Cuando se supera cierto límite, llamado solubilidad, la sustancia ya no se disuelve, y queda, bien como precipitado en el fondo del recipiente, bien como suspensión, flotando en pequeñas partículas (las suspensiones son opacas o traslúcidas).

Se denomina concentración a la medida de la cantidad de soluto por unidad de cantidad de disolvente.

Medida de la concentración

La concentración de una disolución se puede medir de diferentes formas, en función de la unidad empledad para determinar las cantidades de soluto y disolvente.

Las más usuales son:



  • g/l (Gramos por litro)

  • % p (Concentración porcentual en peso)

  • % V (Concentración porcentual en volumen)

  • M (Molaridad)

  • N (Normalidad)

  • m (molalidad)

  • x (fracción molar)

Acidez

El pH es una escala logarítmica para describir la acidez de una disolución acuosa.

Los ácidos, como el zumo de limón y el vinagre, tienen un pH bajo (inferior a 7).

Las bases, como la sosa o el bicarbonato de sodio, tienen un pH alto (superior a 7).

Formulación y nomenclatura



La IUPAC, un organismo internacional, mantiene unas reglas para la formulación y nomenclatura química.

De esta forma, es posible referirse a los compuestos químicos de forma sistemática y sin equívocos.



Mediante el uso de fórmulas químicas es posible también expresar de forma sistemática las reacciones químicas, en forma de ecuación química.

Doble hélice de la molécula de ADN



Campos de la química

  • Bioquímica - la química de los seres vivos y los procesos de la vida

  • Química analítica - determinación cualitativa y cuantitativa de la composición de las muestras

  • Química física - determinación de las leyes y las constantes fundamentales que rigen los procesos

  • Química inorgánica - síntesis y estudio de los compuestos que no se basan en cadenas de carbono

  • Química orgánica - síntesis y estudio de los compuestos basados en cadenas de carbono

  • Química técnica - la química aplicada a procesos industriales

  • y otras disciplinas de la química

Historia

  • Historia de la química

  • Químicos famosos

  • Premio Nobel de Química

Ver también

  • IUPAC

  • Lista de compuestos

  • Propiedades periódicas

  • Tabla periódica de los elementos

  • Física

  • Matemáticas

  • Biología

Obtenido de "http://es.wikipedia.org/wiki/Qu%C3%ADmica"

Química analítica

La química análitica es la parte de la química que tiene como finalidad el estudio de la composición quimica de un material o muestra, mediante diferentes métodos.

Estos métodos pueden ser:



  • Métodos químicos (se basan en reacciones químicas) o clásicos:

    • análisis volumétrico

    • análisis gravimétrico

  • Métodos fisicoquímicos (se basan en interacciones físicas) o instrumentales:

    • métodos espectrométricos

    • métodos electroanalíticos

    • métodos cromatográficos

Los métodos químicos han sido utilizados tradicionalmente, ya que no requieren intrumentos complejos (tan sólo pipeteas, buretas, matraces, balanzas...)

Los métodos fisicoquímicos, sin embargo, requieren intrumental complejo, tal como cromatógrafos...



El estudio de los métodos químicos está basado en el equilibrio químico, que puede ser de los siguientes tipos:

  • equilibrio ácido-base

  • equilibrio redox

  • equilibrio de solubilidad

  • equilibrio de complejos

Obtenido de "http://es.wikipedia.org/wiki/Qu%C3%ADmica_anal%C3%ADtica"

Química física

La química física es una disciplina científica que trata de explicar las propiedades químico-físicas de los materiales desde un punto de vista puramente físico.

Las áreas de la química de las que más trata la química física son la termodinámica química, cinética química y química cuántica.

La química física también está fuertemente ligada a la ciencia de los materiales.

De acuerdo con la clásificación de la UNESCO el corpus de la química física lo formarían los siguientes temas:

  • Catálisis

  • Equilibrio químico

  • Cinética química

  • Química de coloides

  • Electroquímica

  • Electrolitos

  • Espectroscopía electrónica

  • Emulsiones

  • Transferencia de energía

  • Reacciones rápidas y explosivos

  • Teoría de células de combustible

  • Sales fundidas

  • Física de fases gas

  • Química de altas temperaturas

  • Química de interfases

  • Intercambio iónico

  • Física del estado líquido

  • Fenómenos de membrana

  • Espectroscopía molecular

  • Equilibrio de fases

  • fotoquímica

  • Teoría cuántica

  • Procesos de relajación

  • Fenómenos de dispersión

  • Química del estado sólido

  • Física del estado sólido

  • Disoluciones

  • Termodinámica

  • Termoquímica

  • Fenómenos de transporte

  • Química de fase gaseosa

  • Química de polímeros

  • Física de polímeros

  • Cristales líquidos

Químicos físicos importantes

  • Svante Arrhenius

  • Peter Debye

  • Erich Hückel

  • J.W. Gibbs

  • J.H. van 't Hoff

  • Lars Onsager

  • Wilhelm Ostwald

  • Linus Pauling

Literatura

  • Physical Chemistry, P.W. Atkins, 1978, Oxford University Press ISBN 0-7167-3539-3

  • Introduction to Modern Colloid Science, R.J. Hunter, 1993, Oxford University Press ISBN 0198553862

  • Principles of Colloid and Surface Chemistry, P.C. Hiemenz, R. Rajagopalan, 1997, Marcel Dekker Inc., New York ISBN 0824793978

  • Química Física, M. Diaz Peña, A. Roig Muntaner, 1984, Alhambra. Madrid ISBN 84-205-0569-2

  • Química Física, J. Bertran Rusca, J. Núñez Delgado, 2002, Ariel, Barcelona ISBN 84-344-8050-6

Obtenido de "http://es.wikipedia.org/wiki/Qu%C3%ADmica_f%C3%ADsica"

Mecánica cuántica

La Mecánica cuántica, también conocida como física cuántica, es la parte de la física que estudia el movimiento de las partículas muy pequeñas, el comportamiento de la materia a escala muy pequeña.

El concepto de partícula "muy pequeña" atiende al tamaño en el cual comienzan a notarse efectos como la imposibilidad de conocer con exactitud arbitraria y simultáneamente la posición y el momento de una partícula (véase Principio de indeterminación de Heisenberg), entre otros.

A tales efectos suele denominárseles "efectos cuánticos".

Así, la Mecánica cuántica es la que rige el movimiento de sistemas en los cuales los efectos cuánticos sean relevantes.

Se ha documentado que tales efectos son importantes en materiales mesoscópicos (unos 1.000 átomos).

Las suposiciones más importantes de esta teoría son las siguientes:



  • La energía no se intercambia de forma continua, sino que en todo intercambio energético hay una cantidad mínima involucrada (cuantización de la energía).

  • Al ser imposible fijar a la vez la posición y el momento de una partícula, se renuncia al concepto de trayectoria, vital en Mecánica clásica. En vez de eso, el movimiento de una partícula queda regido por una función matemática que asigna, a cada punto del espacio y a cada instante, la probabilidad de que la partícula descrita se halle en tal posición en ese instante (al menos, en la interpretación de la Mecánica cuántica más usual, la probabilística o "de Copenhague"). A partir de esa función, o función de ondas, se extraen teóricamente todas las magnitudes del movimiento necesarias.

Aunque la estructura formal de la teoría está bien desarrollada, y sus resultados son coherentes con los experimentos, no sucede lo mismo con su interpretación, que sigue siendo objeto de controversias.

La teoría cuántica fue desarrollada en su forma básica a lo largo de la primera mitad del siglo XX.

El hecho de que la energía se intercambie de forma discreta se puso de relieve por hechos experimentales como los siguientes, inexplicables con las herramientas teóricas "anteriores" de la mecánica clásica o la electrodinámica:


  • Espectro de la radiación del Cuerpo negro, resuelto por Max Planck con la cuantización de la energía. La energía total del cuerpo negro resultó que tomaba valores discretos más que continuos. Este fenómeno se llamó cuantización, y los intervalos posibles más pequeños entre los valores discretos son llamados quanta (singular: quantum, de la palabra latina para "cantidad", de ahí el nombre de mecánica cuántica.") El tamaño de los cuantos varía de un sistema a otro.

  • Bajo ciertas condiciones experimentales, los objetos microscópicos como los átomos o los electrones exhiben un comportamiento ondulatorio , como en la interferencia. Bajo otras condiciones, las mismas especies de objetos exhiben un comportamiento corpuscular, de partícula, ("partícula" quiere decir un objeto que puede ser localizado en una región especial del Espacio), como en la dispersión de partículas. Este fenómeno se conoce como dualidad onda-partícula.

  • Las propiedades físicas de objetos con historias relacionadas pueden ser correlacionadas en una amplitud prohibida por cualquier teoría clásica, en una amplitud tal que sólo pueden ser descritos con precisión si nos referimos a ambos a la vez. Este fenómeno es llamado entrelazamiento cuántico y la desigualdad de Bell describe su diferencia con la correlación ordinaria. Las medidas de las violaciones de la desigualdad de Bell fueron de las mayores comprobaciones de la mecánica cuántica.

  • Explicación del efecto fotoeléctrico, dada por Albert Einstein, en que volvió a aparecer esa "misteriosa" necesidad de cuantizar la energía.

  • Efecto Compton.

El desarrollo formal de la teoría fue obra de los esfuerzos conjuntos de muchos y muy buenos físicos y matemáticos de la época como Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg, Albert Einstein, P.A.M. Dirac, Niels Bohr y Von Neumann entre otros (la lista es larga).

Algunos de los aspectos fundamentales de la teoría están siendo aún estudiados activamente.

La Mecánica cuántica ha sido también adoptada como la teoría subyacente a muchos campos de la física y la química, incluyendo en:

Materia condensada,

Química cuántica

y Física de partículas.

La región de origen de la Mecánica cuántica puede localizarse en la Europa central, en Alemania y Austria, y en el contexto histórico del primer tercio del siglo XX.

Tabla de contenidos

1 Descripción de la teoría

2 Formulación matemática

3 Ver también

4 Referencias

Descripción de la teoría



La mecánica cuántica describe el estado instantáneo de un sistema (estado cuántico) con una función de ondas que codifica la distribución de probabilidad de todas las propiedades medibles, u observables.

Algunos observables posibles sobre un sistema dado son la energía, posición, momento, y momento angular.

La mecánica cuántica no asigna valores definidos a los observables, sino que hace predicciones sobre sus distribuciones de probabilidad.

Las propiedades ondulatorias de la materia son explicadas por la interferencia de las funciones de onda.

Estas funciones de onda pueden transformarse con el transcurso del tiempo.

Por ejemplo, una partícula moviéndose en el espacio vacío puede ser descrita mediante una función de onda que es un paquete de ondas centrado alrededor de alguna posición media.

Según pasa el tiempo, el centro del paquete puede trasladarse, cambiar, de modo que la partícula parece estar localizada más precisamente en otro lugar.



La evolución temporal de las funciones de onda es descrita por la Ecuación de Schrödinger.

Algunas funciones de onda describen distribuciones de probabilidad que son constantes en el tiempo.

Muchos sistemas que eran tratados dinámicamente en mecánica clásica son descritos mediante tales funciones de onda estáticas.

Por ejemplo, un electrón en un átomo sin excitar se dibuja clásicamente como una partícula que rodea el núcleo, mientras que en mecánica cuántica es descrito por una nube de probabilidad estática, esférico simétrica, que rodea al núcleo.

Cuando realizamos una medida en un observable del sistema, la función de ondas se convierte en una del conjunto de las funciones llamadas funciones propias, estados propios, eigen-estados...etc del observable en cuestión.

Este proceso es conocido como reducción de la función de onda.

Las probabilidades relativas de ese colapso sobre alguno de los estados propios posibles es descrita por la función de onda instantánea justo antes de la reducción.

Considera el ejemplo anterior sobre la partícula en el vacío.

Si medimos la posición de la misma, obtendremos un valor aleatorio x.

En general, es imposible para nosotros predecir con precisión qué valor de x obtendremos, aunque es probable que obtengamos un cercano al centro del paquete de ondas, donde la amplitud de la función de onda es grande.

Después de que hemos hecho la medida, la función de onda de la partícula colapsa y se reduce a una que esté muy concentrada en torno a la posición observada x.

La ecuación de Schrödinger es determinista en el sentido de que, dada una función de onda a un tiempo inicial dado, la ecuación suministra una predición concreta de qué función tendremos en cualquier tiempo posterior.

Durante una medidad, el eigen-estado al cual colapsa la función es probabilista, no determinista.

Así que la naturaleza probabilista de la mecánica cuántica nace del acto de la medida.

Formulación matemática



En la formulación rigurosa matemática desarrollada por P.A.M. Dirac y John von Neumann, los estados posibles de un sistema cuántico están representados por vectores unitarios llamados (estados) que pertenecen a un Espacio de Hilbert complejo separable (llamado el espacio de estados.)

La naturaleza exacta de este espacio depende del sistema; por ejemplo, el espacio de estados para los estados de posición y momento es el espacio de funciones de cuadrado integrable.

La evolución temporal de un estado cuántico queda descrito por la Ecuación de Schrödinger, en la que el Hamiltoniano, el operador correspondiente a la energía total del sistema, tiene un papel central.

Cada observable queda representado por un operador lineal Hermítico densamente definido actuando sobre el espacio de estados.

Cada estado propio de un observable corresponde a un eigenvector del operador, y el valor propio, o eigenvalor asociado corresponde al valor del observable en aquel estado propio.

Es el espectro del operador es discreto, el observable sólo puede dar un valor entre los eigenvalores discretos.



Durante una medida, la probabilidad de que un sistema colapse a uno de los eigenestados viene dada por el cuadrado del valor absoluto del producto interior entre el eigen-estado (que podemos conocer teóricamente antes de medir) y el vector estado del sistema antes de la medida.

Podemos así encontrar la distribucuón de probabilidad de un observable en un estado dado computando la descomposición espectral del operador correspondiente.

El principio de incertidumbre de Heisenberg se representa por la aseveración de que los operadores correspondientes a ciertos observables no conmutan.

Los detalles sobre la formulación matemática se encuentran en el artículo Formulación matemática de la mecánica cuántica.

Ver también

  • Química cuántica

  • Computación cuántica

  • Teoría de la relatividad

  • Citas célebres de la mecánica cuántica

Referencias

  • Otero Carvajal, Luis Enrique: "Einstein y la revolución científica del siglo XX", Cuadernos de Historia Contemporánea, nº 27, 2005, INSS 0214-400-X (http://www.ucm.es/info//hcontemp/leoc/hciencia.htm)

Obtenido de "http://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_cu%C3%A1ntica"


Compartir con tus amigos:
  1   2   3   4


La base de datos está protegida por derechos de autor ©composi.info 2017
enviar mensaje

    Página principal