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MATERIALES DE
FABRICACIÓN
TEMA 3: FUNDAMENTOS QUÍMICOS
DOCENTE: ING. JONATHAN SÁNCHEZ PAREDES
OBJETIVOS:
a) Reconocer y analizar los elementos
químicos mas usados en ingeniería.
b) Describir la estructura básica de los
átomos y sus efectos en las
propiedades.
c) Analizar los distintos tipos de
agrupamientos entre elementos y
compuestos.
CONTENIDO:
1. CONCEPTOS DE QUÍMICA.
2. CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA.
2.1 ELEMENTOS QUÍMICOS.
2.2 ÁTOMO Y SU ESTRUCTURA.
3. ESTRUCTURA ELECTRÓNICA.
4. COMPUESTOS.
1. CONCEPTOS DE QUÍMICA
La química es una ciencia. Su objeto de estudio es la
materia y sus transformaciones, aunque se distingue de
la física por la escala en la que trabaja: la unidad básica
de la química es la molécula (donde quedan incluidas
las moléculas monoatómicas y las moléculas gigantes
como los polímeros).
Las partes del átomo (protones, neutrones y electrones)
son de interés en cuanto que sirven para entender las
transformaciones químicas: sus energías, velocidades,
descripciones detalladas de cada paso de la
transformación de una molécula en otra.
 Una molécula es la mínima cantidad de materia que
conserva las propiedades de una sustancia particular.
A su vez, las moléculas están formadas por átomos.
 Los átomos son la mínima cantidad de materia que
conserva las propiedades de un elemento químico
particular.
 Las moléculas monoatómicas están formadas por un
solo átomo, por ejemplo los gases nobles, Helio (He)
y Neón (Ne).
 Las moléculas poliatómicas están formadas por dos o
más átomos, por ejemplo Agua (H2O), Oxígeno (O2) y
Glucosa (C6H12O6)
 Las moléculas homoatómicas están formadas por
átomos iguales como en Oxígeno (O2) Cloro, (Cl2) y
Nitrógeno (N2).
 Las moléculas heteroatómicas están formadas por
dos o más tipos de átomos como en cloruro de sodio
(NaCl) alcohol etílico (C2H6O) y ácido nítrico (HNO3).
2. CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA
En forma práctica, la materia se puede clasificar como
heterogénea y homogénea.
 Se dice que la materia es heterogénea cuando no
tiene propiedades uniformes en toda su extensión,
debido a que está constituida por una mezcla de dos
o más sustancias.
 En una mezcla los componentes conservan sus
propiedades individuales y forman dos o más fases.
Cuando la mezcla es estable, o sea que no se separa
por si misma en un tiempo prolongado, se trata de
un coloide, y si no lo es, entonces es una suspensión.
 La materia es homogénea cuando tiene propiedades
uniformes en toda su extensión. Cuando la materia
homogénea está formada por dos o más sustancias
es una solución, y cuando está formada por una sola
sustancia se trata de una sustancia pura.
 Si la materia es una sustancia pura, puede ser un
elemento químico, que contiene moléculas
homoatómicas, o un compuesto si está formada por
moléculas heteroatómicas.
2.1 ELEMENTOS QUÍMICOS
Según sabemos ya, un elemento es una sustancia pura
que ya no se puede separar más en otras más simples
por métodos (reacciones) químicos.
Cada elemento químico está constituido por átomos
con las mismas propiedades químicas como la
reactividad, el potencial de ionización, etc.
Los elementos químicos se identifican mediante nombres
dados en la antigüedad, derivados de alguna propiedad
de los mismos, del nombre de su descubridor, del lugar
de descubrimiento.
La gran mayoría de elementos químicos se encuentran en
la naturaleza ( 1atm-25°C), pero otros se sintetizan en
laboratorios.
Los símbolos de los elementos más antiguos no se
relacionan con facilidad con los nombres modernos, los
más difíciles se resumen en la tabla siguiente.
CLASIFICACIÓN DE LOS ELEMENTOS QUÍMICOS
ELEMENTOS REPRESENTATIVOS
2.1 ÁTOMO Y SU ESTRUCTURA
El átomo es la mínima porción de materia que conserva
las propiedades de un elemento químico. A pesar de su
nombre, el átomo está constituido por numerosas
partículas llamadas subatómicas, que se organizan
formando un núcleo con carga positiva, rodeado de una
nube de carga negativa.
Modelos de Dalton, Rutherford,
Thomson.
Los átomos constan principalmente de tres partículas
subatómicas: protones, neutrones y electrones.
Las propiedades físicas de estas partículas se resumen en
la tabla siguiente.
La nube de carga electrónica constituye así casi todo el
volumen del átomo, pero sólo representa una parte muy
pequeña de su masa.
Los electrones, en especial los más externos, determinan
la mayoría de las propiedades eléctricas, mecánicas,
químicas y térmicas de los átomos y, por consiguiente, es
importante un conocimiento básico de la estructura
atómica para el estudio de los materiales de ingeniería.
3. ESTRUCTURA ELECTRÓNICA DE LOS ÁTOMOS
El átomo de hidrógeno es el átomo más simple y consta
de un electrón que rodea a un núcleo de un protón. Si
se considera el movimiento del electrón del hidrógeno
alrededor de su núcleo, sólo se permiten determinados
niveles (orbitales) de energía definidos.
Niels Bohr propuso una teoría para explicar la distribución
de los electrones en los átomos (configuración
electrónica) según la cual los electrones se mueven
alrededor del núcleo atómico en órbitas circulares fijas,
cambiando de órbita sólo cuando absorben o liberan
energía.
Este modelo fue modificado al descubrirse que no es
posible determinar valores precisos para las órbitas de los
electrones sino que la energía y localización de los
electrones se puede describir en forma probabilística, en
términos de niveles, subniveles y orbitales usando la
Mecánica Cuántica.
Es importante señalar que el término “orbital atómico” no
representa la órbita de un electrón alrededor del núcleo;
representa tan sólo el estado energético del electrón. La
razón de los valores restringidos de energía es que los
electrones cumplen las leyes de la mecánica cuántica que
sólo permiten determinados valores de energía y no
cualquier valor arbitrario.
De este modo, si el electrón del hidrógeno pasa a un nivel
energético superior, se absorbe una cantidad definida de
energía. De igual modo, si el electrón cae a un nivel
energético inferior, se emite una cantidad definida de
energía.
ENLACES PRIMARIOS Y SECUNDARIOS
Los enlaces atómicos primarios, en los cuales intervienen
grandes fuerzas interatómicas, pueden subdividirse en las
tres clases siguientes:
 Enlace Iónico.
 Enlace Covalente.
 Enlace Metálico.
Dentro de los enlaces atónicos secundarios y moleculares
tenemos:
 Enlaces de dipolo permanente.
 Enlaces dipolares variables.
4. COMPUESTOS
HETEROGÉNEA
Mezclas
Soluciones
MATERIA
Sistemas
Dispersos
Coloides
Suspensiones
HOMOGÉNEA
Elementos
Sustancias
Puras
Compuestos
Según sabemos, un compuesto es una sustancia pura que
aún se puede separar en otras más simples por métodos
(reacciones) químicos.
Por ejemplo, el agua es una sustancia pura, pero si la
sometemos a electrolisis (proceso químico) la podemos
separar en sus elementos constituyentes: el oxígeno y el
hidrógeno.
La fórmula molecular es la fórmula química que indica el
número y tipo de átomos distintos presentes en la
molécula. La fórmula molecular es la cantidad real de
átomos que conforman una molécula. Sólo tiene sentido
hablar de fórmula molecular si el elemento o el
compuesto están formados por moléculas; en el caso de
que se trate de cristales, se habla de su fórmula empírica.
Molécula de
benceno
La fórmula empírica nos muestra la proporción entre los
átomos de un compuesto químico. A veces puede
coincidir con la fórmula molecular del compuesto. La
fórmula empírica se puede usar tanto en compuestos
formados por moléculas como en los que forman
cristales y macromoléculas.
Compuestos binarios
Son los formados por dos elementos diferentes. Los más
importantes son:
 Óxidos. Son combinaciones del oxígeno con otro
elemento, metálico o no metálico.
 Hidruros. Son combinaciones entre el hidrógeno y
otro elemento metálico o no metálico.
 Sales binarias. Son combinaciones entre un metal y
un no metal.
Compuestos ternarios
Son los formados por tres elementos diferentes. Los más
importantes son:
 Hidróxidos. Son combinaciones de un metal con
grupos hidroxilo (OH-). Tienen propiedades
antagónicas a los ácidos.
 Ácidos oxoácidos. Son combinaciones entre un no
metal con oxígeno e hidrógeno. Se disuelven muy bien
en agua. Sus propiedades son ácidas.
 Sales oxisales. Son combinaciones entre un metal, un
no metal y oxígeno. Las oxisales son compuestos que
tienen combinados oxígeno, hidrógeno y un metal.
GRACIAS POR SU ATENCIÓN
Fuentes:
 Internet – Wikipedia.
 Fundamentos de Química - María de la Luz Velázquez Monroy &
Miguel Ángel Ordorica Vargas.
 Elementos y Compuestos -- Cidecad
 Química la ciencia central – Brown, LeMay, Bursten.