LA MATERIA UNIDAD III

Hoy día, son incambiables los aspectos que conforman la química tanto orgánica como inorgánica, de allí que el presente ensayo esta centrado en esquematizar coherentemente temas sobre: Historia de la tabla periódica, estructura y organización de los elementos químicos en la tabla periódica, la periodicidad química, incluyendo los periodos, grupos y familias. De igual manera, las propiedades que dependen de la corona del átomo, las propiedades que dependen del núcleo atómico, los modelos atómicos, la reactividad, el radio atómico, el radio iónico y la radiactividad. Además argumentos sobre la química inorgánica y su importancia en la utilización de los recursos mineros, la química orgánica, el carbono en la industria petrolera, la química del agua y la bioquímica de la vida.

Partiendo de los supuestos anteriores, según Lunar (2006) la historia de la tabla periódica a tabla o sistema periódico, surge de interpretar que todos los elementos químicos están dispuestos por orden de número atómico creciente y en una forma que refleja la estructura de los elementos. Su base es la "Ley Periódica", la cual establece que las propiedades físicas y químicas de los elementos tienden a repetirse de forma sistemática conforme aumenta el número atómico.

Seguidamente, las etapas previas antes de abordar la clasificación de los elementos en función de sus pesos atómicos fueron: primero, la comprobación de la teoría atómica de Dalton; segundo, la aceptación de la hipótesis de Avogadro de que las moléculas de los gases eran diatómicas y se componen de dos átomos, lo que permitió corregir algunos valores de los pesos atómicos; tercero, la introducción de los símbolos químicos para determinar los elementos a partir de la primera o primeras dos letras del nombre en latín o griego llevada a la práctica por Berzelius en 1813; y, por último, la celebración del primer congreso de Química de Karslruhe, en 1860. Anteriormente hubo intentos de establecer un orden en los elementos conocidos en función del peso atómico a cargo de Chancourtois con su tornillo telúrico, Döbereiner y sus tríadas, Newlands con sus grupos y períodos y su ley de las octavas, mejorada por Odling, que hizo ya una clasificación más próxima a la de Mendeleiev.

Asimismo, en el siglo XVIII, Antoine−Laurent Lavoisier obtuvo pruebas experimentales que justificaron la adopción del concepto del elemento de Boyle. El químico francés publicó la que puede considerarse como la primera enumeración de sustancias elementales basadas en esta definición y que, aunque incluía sustancias como la cal, la alúmina y la sílice, compuestos estables que la técnica química de la época era incapaz de descomponer, constituyó un importante punto de partida para posteriores clasificaciones. La famosa tabla que Mendeleiev publicaba en 1869, proponía una ordenación de similar aspecto a la que los químicos emplean en la actualidad. Clasificó los 60 elementos conocidos hasta entonces, predijo la existencia de otros 10 aún desconocidos, y llegó a pronosticar algunas características de los elementos aún pendientes de descubrir.

Las ideas expuestas, permiten indicar la estructura y organización de los elementos químicos en la tabla periódica, donde se observa con facilidad que la tabla de los elementos esta escrita en orden secuencial de peso o número atómico y dispuesta en hileras horizontales (periodos) y columnas verticales (grupos), para ilustrar las semejanzas que se dan en las propiedades de los elementos como una función periódica de la secuencia. Cada elemento, representado por un símbolo y número atómico, ocupa un cuadro separado, y la disposición secuencial sigue el orden del número atómico. En general, los elementos de un mismo grupo exhiben una valencia semejante. La tabla periódica efectúa también una división natural de los elementos en su estado elemental o no combinado en metales y no metales. Cabe considerar por otra parte que, existe también una periodicidad química establecida por la teoría del químico y médico inglés William Prout quien consideró todos los elementos químicos estaban formados por agregados sucesivos de hidrógeno. Así, según él, sería posible dar un orden a los elementos conocidos, ya que el peso atómico de cada elemento de esta clasificación, correspondería al peso atómico del hidrógeno multiplicado por un número entero, en orden ascendente. En concordancia con lo indicado, al hacer referencia a los periodos, se aclara que en la tabla periódica de los elementos, un periodo es cada fila de la tabla. El número de niveles energéticos que tiene un átomo determina el periodo al que pertenece. Cada nivel está dividido en distintos subniveles, que conforme aumenta su número atómico se van llenando en este orden. Puesto que los electrones situados en niveles más externos determinan en gran medida las propiedades químicas, estos tienden a ser similares dentro de un grupo de la tabla periódica.

Lo que a los grupos se refiere, son las columnas verticales de la tabla periódica. Todos los elementos que pertenecen a un grupo tienen la misma valencia atómica, y por ello, tienen características o propiedades similares entre sí. Los grupos de la tabla periódica son: Grupo 1 (I A): los metales alcalinos, Grupo 2 (II A): los metales alcalinotérreos, Grupo 3 (III B): Familia del Escandio, Grupo 4 (IV B): Familia del Titanio, Grupo 5 (V B): Familia del Vanadio, Grupo 6 (VI B): Familia del Cromo, Grupo 7 (VII B): Familia del Manganeso, Grupo 8 (VIII B): Familia del Hierro, Grupo 9 (VIII B): Familia del Cobalto, Grupo 10 (VIII B): Familia del Níquel, Grupo 11 (I B): Familia del Cobre, Grupo 12 (II B): Familia del Zinc, Grupo 13 (III A): los térreos, Grupo 14 (IV A): los carbonoideos, Grupo 15 (V A): los nitrogenoideos, Grupo 16 (VI A): los calcógenos o anfígenos, Grupo 17 (VII A): los halógenos, Grupo 18 (VIII A): los gases nobles.

Es de hacer notar que las columnas de la tabla constituyen familias de elementos, que tienen en común la estructura electrónica. Debido a ello presentan importantes similitudes en sus propiedades químicas y físicas y variaciones muy regulares de las mismas. Ejemplos de familias importantes son la de los metales alcalinos (IA), familia del oxígeno (VIA) halógenos (VIIA). En resumen, se especifica que Grupos y familias de elementos: a las columnas verticales de elementos en la tabla periódica se les llaman grupos, existen 8 grupos de familias divididos en A y B.

En la perspectiva que se adopta, Díaz (2008) explica que sobre las propiedades que dependen de la corona del átomo se puede describir que la corona electrónica puede tener un máximo de siete capas electrónicas identificadas por las letras K, L, M, N, O, P, y Q que corresponden a los niveles de energía 1, 2, 3, 4, 5, 6 y 7 y se ordenan según la distancia del núcleo. Representan el tamaño del átomo. Los electrones de la capa K poseen menor energía y están más cerca del núcleo por lo que éste los atrae con más fuerza, en cambio los electrones de la capa Q son los más lejanos al núcleo, poseen mayor energía y son atraídos con menor fuerza por el núcleo. En este orden de ideas, las propiedades que dependen del núcleo atómico se operacionalizan abordando la forma nuclear, si un núcleo es perfectamente esférico ejerce una fuerza eléctrica sobre los electrones atómicos que cumple con exactitud la Ley de Coulomb.

En cuanto a lo referente a los modelos atómicos, se destacan: Modelo atómico de Dalton, en 1808 introduce la idea de la discontinuidad de la materia, es decir, es la primera teoría científica que considera que la materia está dividida en átomos. Los postulados básicos de esta teoría son: La materia está dividida en unas partículas indivisibles e inalterables llamadas átomos; los átomos son partículas muy pequeñas y no se pueden ver a simple vista; todos los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí, igual masa e iguales propiedades; los átomos de distintos elementos tienen distinta masa y distintas propiedades; los compuestos se forman cuando los átomos se unen entre sí, en una relación constante y sencilla; en las reacciones químicas los átomos se separan o se unen, pero ningún átomo se crea ni se destruye, y ningún átomo de un elemento se convierte en átomo de otro elemento.

Aunado a lo manifestado anteriormente, está el Modelo atómico de Thomson, tras el descubrimiento del electrón, Thomson propuso un modelo atómico que tomaba en cuenta la existencia de dicha partícula subatómica. Su modelo era estático, ya que suponía que los electrones estaban en reposo dentro del átomo, y que el conjunto era eléctricamente neutro. Dentro de este marco, se señala el Modelo atómico de Rutherford, tras el descubrimiento del protón, Rutherford formuló su modelo atómico. Algunas partículas se desvían (0,1%). Al ver que no se cumplía el modelo propuesto por Thomson, Rutherford formuló el modelo nuclear del átomo. Según este modelo, el átomo está formado por un núcleo y una corteza; en el núcleo se concentra casi la totalidad de la masa del átomo, y tiene carga positiva; en la corteza está formada por los electrones, que giran alrededor del núcleo describiendo órbitas circulares (sistema solar en miniatura). Es de hacer notar que el Modelo atómico de Böhr esta tras el descubrimiento del neutrón. En 1913 Böhr intentó mejorar el modelo atómico de Rutherford aplicando las ideas cuánticas de Planc a su modelo.

De lo antes expuesto se desprende, lo perteneciente a Reactividad, la cual es explicada por Vázquez (2005) al indicar que la reactividad química de una sustancia o de una especie química es la capacidad de reacción química que presenta ante otros reactivos. La química orgánica y la química inorgánica estudian la reactividad de los distintos compuestos. La química física trata de calcular o predecir la reactividad de los compuestos, y de racionalizar los caminos de reacción.

Desde este punto de vista, el radio atómico refiere que al aumentar el número atómico, Z, muchas de las propiedades fisicoquímicas de los elementos varían de forma periódica. En un mismo grupo (columna), el radio atómico aumenta al aumentar Z, y en un mismo periodo (fila), disminuye a medida que aumenta el número atómico. Asimismo, el radio atómico es la distancia entre el núcleo del átomo y el electrón estable más alejado del mismo. Se observa también que la radiactividad, puede ser precisada al comprender que en general son radiactivas las sustancias que no presentan un balance correcto entre protones o neutrones. Eventualmente el desequilibrio se corrige mediante la liberación del exceso de neutrones o protones, en forma de partículas alfa que son realmente núcleos de helio, o partículas beta que pueden ser electrones o positrones. En cuanto a lo que respecta a la química inorgánica y su importancia en la utilización de los recursos mineros, Bustillo y López (2006) expone que una materia natural se llama inorgánica cuando no es del tipo que constituye y caracteriza los organismos, dicho de otro modo, cuando no está constituida básicamente por átomos de carbono (C) e hidrógeno (H). Estos son los dos elementos indispensables para formar la materia orgánica, que es la que constituye los organismos. Un ejemplo de materia inorgánica es el cloruro sódico (NaCl) y ejemplos de materia orgánica son los lípidos que básicamente están formados por C y H.

De esta manera, los minerales presentan una composición química definida, es decir la proporción entre los elementos químicos que lo forman es constante, o sólo presenta pequeñas variaciones. Por ejemplo el mineral galena posee un átomo de azufre por cada átomo de plomo. Además puede contener átomos de plata, oro y otros elementos, pero sin llegar a superar el 0,3% (se denominan "impurezas"), de hacerlo ya no se consideraría galena sino otro mineral distinto. Cualquier elemento o compuesto químico que se encuentre en la naturaleza; en mineralogía y geología, compuestos y elementos químicos formados mediante procesos inorgánicos. El petróleo y el carbón, que se forman por la descomposición de la materia orgánica, no son minerales en sentido estricto. Se conocen actualmente más de 3.000 especies de minerales, la mayoría de los cuales se caracterizan por su composición química, su estructura cristalina y sus propiedades físicas. Se pueden clasificar según su composición química, tipo de cristal, dureza y apariencia (color, brillo y opacidad). En general los minerales son sustancias sólidas, siendo los únicos líquidos el mercurio y el agua. Los depósitos de minerales metálicos de valor económico y cuyos metales se explotan se denominan yacimientos.

En este orden de ideas, con respecto a la química orgánica o química del carbono, se puede decir que es la rama de la química que estudia una clase numerosa de moléculas que contienen carbono formando enlaces covalentes carbono-carbono o carbono-hidrógeno, también conocidos como compuestos orgánicos. Friedrich Wöhler y Archibald Scott Couper son conocidos como los "padres" de la química orgánica.

En referencia a la descripción anterior, es importante destacar la importancia del carbono en la industria petrolera, ya que por ser el carbón es un mineral compacto, cuyo color va del pardo oscuro al negro, está compuesto principalmente por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Arde fácilmente y es uno de los combustibles para uso doméstico e industriales. En eras geológicas remotas, en el periodo carbonífero, grandes extensiones del planeta estaban cubiertas por una vegetación abundante que crecía en pantanos. Al morir las plantas, quedaban sumergidas por el agua y se descomponían poco a poco. A medida que se producía esa descomposición, la materia vegetal perdía átomos de oxígeno e hidrógeno, con lo que quedaba un depósito con un elevado porcentaje de carbono.

Se puede ver que la química orgánica mediante sus compuestos se encuentra interactuando a diario con todas las especies vivientes por lo que se hace clave para la vida y por ello es importante estudiarla. Además que el carbono debidamente procesado se puede utilizar para fabricar plásticos, cauchos, asfaltos y también combustibles, lubricantes y aceites los cuales son derivados de la industria petrolera.

Para culminar, en los marcos de las observaciones anteriores, la química del agua es la sustancia químicamente pura compuesta por moléculas integradas por dos átomos de hidrógeno de número másico A=1 y un átomo de oxígeno de número másico A=16: H²O, con esta forma: H—O—H. En realidad, el agua nunca se obtiene en la naturaleza en estado de pureza total; sino que debe purificarse mediante diversos procedimientos. Básicamente, el agua está constituida por la unión de dos átomos de hidrógeno con uno de oxígeno, que se unen formando un ángulo de 105º. El enlace, se produce por la atracción electrónica predominante del átomo de oxígeno, que es un elemento fuertemente electronegativo; lo cual determina que el par de electrones del enlace sea fuertemente atraído por el átomo de oxígeno.

Es también relevante, establecer que la bioquímica de la vida esta ciencia se encarga del estudio de las sustancias presentes en los organismos vivos y de las reacciones químicas en las que se basan los procesos vitales. Esta ciencia es una rama de la Química y de la Biología. El prefijo bio- procede de bios, término griego que significa vida. Su objetivo principal es el conocimiento de la estructura y comportamiento de las moléculas biológicas, que son compuestos de carbono que forman las diversas partes de la célula y llevan a cabo las reacciones químicas que le permiten crecer, alimentarse, reproducirse y usar y almacenar energía. Los ácidos nucleicos son responsables del almacén y transferencia de la información genética. Son moléculas grandes formadas por cadenas largas de unas subunidades llamadas bases, que se disponen según una secuencia exacta.

A manera de conclusión, cabe resaltar que cualquier aspecto del bienestar material depende de la química en cuanto esta ciencia proporciona los medios adecuados que lo hacen posible y así, por ejemplo, en lo que se refiere a los medios de locomoción, la Química suministra aceros especiales y aleaciones ligeras, por lo tanto todo está vinculado con la química. Pero todos los progresos químicos, con ser enormes, son únicamente un comienzo, pues los más intrigantes y prometedores secretos de la Naturaleza permanecen aún impenetrables. El químico ha llegado a resolver el misterio del átomo y dispone hoy de métodos para liberar las enormes reservas de energía dentro de él, pero nada se sabe definitivamente acerca de las fuerzas químicas que distinguen la materia viva de la no-viviente.

Referencias bibliográficas.

• Bustillo M y López C. (2006). Recursos Minerales, La Química Activa. Tipología, prospección, evaluación, explotación, impacto ambiental. Entorno Gráfico S.L. (Madrid).
• Díaz P. (2008). Glosario de términos mineros (Inglés-Español/Español-Inglés). Secretariado de Publicaciones. Universidad de León.
• Lunar R (2006). Generalidades químicas. Técnicas de estudio, tipos, evolución, Ed. Centro de Estudios Ramón Areces.
• Vázquez F. (2005). Elementales de química orgánica e inorgánica. Fundación Gómez Pardo (Madrid).