Las transformaciones de la materia

La materia puede sufrir cambios mediante diversos procesos. No obstante, todos esos cambios se pueden agrupar en dos tipos: cambios físicos y cambios químicos.

Cambios físicos

En estos cambios no se producen modificaciones en la naturaleza de las sustancia o sustancias que intervienen. Ejemplos de este tipo de cambios son:

Cambios de estado.

Mezclas.

Disoluciones.

Separación de sustancias en mezclas o disoluciones.

Cambios químicos

En este caso, los cambios si alteran la naturaleza de las sustancias: desaparecen unas y aparecen otras con propiedades muy distintas. No es posible volver atrás por un procedimiento físico (como calentamiento o enfriamiento, filtrado, evaporación, etc.)

Una reacción química es un proceso por el cual una o más sustancias, llamadas reactivos, se transforman en otra u otras sustancias con propiedades diferentes, llamadas productos.

En una reacción química, los enlaces entre los átomos que forman los reactivos se rompen. Entonces, los átomos se reorganizan de otro modo, formando nuevos enlaces y dando lugar a una o más sustancias diferentes a las iniciales.

Características de las reacciones químicas

La o las sustancias nuevas que se forman suelen presentar un aspecto totalmente diferente del que tenían las sustancias de partida.
Durante la reacción se desprende o se absorbe energía:

1. Reacción exotérmica: se desprende energía en el curso de la reacción.
2. Reacción endotérmica: se absorbe energía durante el curso de la reacción.
Se cumple la ley de conservación de la masa: la suma de las masas de los reactivos es igual a la suma de las masas de los productos. Esto es así porque durante la reacción los átomos ni aparecen ni desaparecen, sólo se reordenan en una disposición distinta.
Ecuaciones químicas
Una reacción química se representa mediante una ecuación química. Para leer o escribir una ecuación química, se deben seguir las siguientes reglas:

Las fórmulas de los reactivos se escriben a la izquierda, y las de los productos a la derecha, separadas ambas por una flecha que indica el sentido de la reacción.

A cada lado de la reacción, es decir, a derecha y a izquierda de la flecha, debe existir el mismo número de átomos de cada elemento.
Cuando una ecuación química cumple esta segunda regla, se dice que está ajustada o equilibrada. Para equilibrar reacciones químicas, se ponen delante de las fórmulas unos números llamados coeficientes, que indican el número relativo de átomos y moléculas que intervienen en la reacción.
Nota: estos coeficientes situados delante de las fórmulas, son los únicos números en la ecuación que se pueden cambiar, mientras que los números que aparecen dentro de las fórmulas son intocables, pues un cambio en ellos significa un cambio de sustancia que reacciona y, por tanto, se trataría de una reacción distinta.
Si se quiere o necesita indicar el estado en que se encuentran las sustancias que intervienen o si se encuentran en disolución, se puede hacer añadiendo los siguientes símbolos detrás de la fórmula química correspondiente:
(s) = sólido.
(metal) = elemento metálico.
(l) = líquido.
(g) = gas.
(aq) = disolución acuosa (en agua).

Geometría molecular

La geometría molecular o estructura molecular se refiere a la disposición tri-dimensional de los átomos que constituyen una molécula. Determina muchas de las propiedades de las moléculas, como son la reactividad, polaridad, fase, color, magnetismo, actividad biológica, etc. Actualmente, el principal modelo de geometría molecular es la Teoría de Repulsión de Pares de Electrones de Valencia (TRePEV), empleada internacionalmente por su gran predictibilidad.

Geometría de la molécula de agua

Determinación de la geometría molecular
Las geometrías moleculares se determinan mejor a temperaturas próximas al cero absoluto porque a temperaturas más altas las moléculas presentarán un movimiento rotacional considerable. En el estado sólido la geometría molecular puede ser medida por Difracción de rayos X. Las geometrías se pueden calcular por procedimientos mecánico cuánticos ab initio o por métodos semiempíricos de modelamiento molecular.
La posición de cada átomo se determina por la naturaleza de los enlaces químicos con los que se conecta a sus átomos vecinos. La geometría molecular puede describirse por las posiciones de estos átomos en el espacio, mencionando la longitud de enlace de dos átomos unidos, ángulo de enlace de tres átomos conectados y ángulo de torsión de tres enlaces consecutivos.
Enlaces atómicos
Por definición, los átomos en las moléculas suelen estar unidos unos a otros con enlaces covalentes, que pueden ser simples, dobles o triples, donde un "enlace" es un par de electrones compartidos entre átomos vecinos. Otro método de unión entre átomos se denomina enlace iónico en el que intervienen cationes positivos y aniones negativos, sin que se formen moléculas sino redes iónicas.
La geometría molecular puede ser especificada en términos de longitud de enlace, ángulo de enlace y ángulo torsional. La longitud de enlace está definida como la distancia media entre los centros de dos átomos enlazados en una moléculada dada. Un ángulo de enlace es el ángulo formado por tres átomos enlazados consecutivamente. Para cuatro átomos unidos consecutivamente en una cadena línea, el ángulo torsional es el ángulo entre el plano formado por los tres primeros átomos y el plano formado por los tres últimos átomos.

Teoría de repulsión de pares de electrones de valencia
Existen formas experimentales que permiten determinar la geometría de una molécula, y teorías que permiten predecirla.
Hay una teoría muy sencilla que permite predecir la geometría tanto de moléculas como de iones poliatómicos. Es la teoría de repulsión de pares de electrones de valencia (TRePEV). Esta teoría se basa en cuatro postulados:


1º ) El factor más importante que determina la geometría de una molécula son los pares de electrones de valencia (de la CEE) de los átomos involucrados en las uniones.
2º ) Dichos pares de electrones se distribuyen en el espacio de manera tal que la distancia entre ellos sea la máxima posible (lo más lejos posible) para que la repulsión entre ellos sea la mínima posible.
3º ) Los pares de electrones no compartidos o libres (que no forman uniones) “ocupan” más espacio que los pares compartidos. Esto hace que el ángulo de enlace entre los pares compartidos se achique.
4º ) A los efectos de determinar la geometría, las uniones múltiples (dobles o triples) se deben considerar como si fueran simples (como si se compartiera un solo par de electrones).


Teniendo en cuenta los postulados de TRePEV podemos predecir en general, no en todos los casos, y de una forma bastante satisfactoria la geometría de diversas moléculas.

 Forma: Molécula diatómica - ejemplos: HF, O₂, CO₂
 Forma: Lineal - ejemplos: BeCl₂, HgCl₂, CO₂
Forma: Angular - ejemplos: NO₂⁻, SO₂, O₃, H₂O, OF₂, SCl₂
Forma: Trigonal plana - ejemplos: BF₃, CO₃²⁻, NO₃⁻, SO₃

Forma: Pirámide trigonal - ejemplos: NH₃, PCl₃
Forma: Forma de T - ejemplos: ClF₃, BrF₃
Forma: Tetraédrica - ejemplos: CH₄, PO₄³⁻, SO₄²⁻, ClO₄⁻
Forma: Balancín - ejemplos: SF₄
Forma: Cuadrada plana - ejemplos: XeF₄
Forma: Bipirámide trigonal - ejemplos: PCl₅
Forma: Pirámide cuadrangular - ejemplos: ClF₅, BrF₅
Forma: Octaédrica - ejemplos: SF₆
Forma: Pirámide pentagonal-ejemplos: XeOF-5
Forma: Bipirámide pentagonal - ejemplos: IF₇

Formulación y nomenclatura

Formular es representar las moléculas mediante unas fórmulas que tienen: Los símbolos de los átomos que forman parte de ellas, unos subíndices que indican el número de átomos de un elemento que entran a formar parte de una molécula determinada. Por ejemplo Fe₂ O₃ tiene dos átomos de Hierro y tres de Oxígeno.

Las reglas de nomenclatura son formas acordadas internacionalmente, de nombrar las moléculas y las fórmulas que la representan, hay tres tipos: La Tradicional, la Stock y la Sistemática o IUPAC (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada). La tendencia actual es utilizar la nomenclatura Sistemática.

¿Cómo se formula?

¿Cómo se formulan los óxidos?

Los óxidos tienen la siguiente formula, que se aplica a todas las combinaciones: X₂O_n, donde X es el símbolo del elemento, el ₂ corresponde a la valencia del oxígeno, la O es el símbolo del Oxígeno y la _n es la valencia del otro elemento, sea metal o no metal.

¿Cómo se formulan los Hidruros?

• Hidruros Metálicos

Para formular los hidruros metálicos se escribe primero el símbolo del metal, a continuación el símbolo del Hidrógeno (H) y después la valencia del metal. Fórmula: XH_n

• Ácidos Hidrácidos

Para formular los ácidos hidrácidos se escribe primero el símbolo del Hidrógeno (H), a continuación la valencia del no metal y por últimos el símbolo del Azufre, Selenio, Teluro, Flúor, Cloro, Bromo o Yodo. Fórmula: X_nH

• Hidruros Volátiles

Para formular los hidruros volátiles se escribe primero el símbolo del nitrógeno, fósforo, arsénico, antimónio, boro, carbono o silicio, a continuación el símbolo del Hidrógeno (H) y después la valencia del no metal correspondiente. Fórmula: XH

¿Cómo se formulan las sales volátiles?

Las sales volátiles tienen la siguiente formula, que se aplica a todas las combinaciones: M_nN_m, donde N y M son no metales y _n y _m sus respectivas valencias. Para formular, hay que tener en cuenta que el elemento que este más a la izquierda de los que se vayan a combinar de la siguiente tabla es M y el que este más a la derecha de los dos que se vaya a combinar es N.

B, Si, C, Sb, As, P, N, Te, Se, S, I, Br, Cl, O, F

¿Cómo se formulan las sales neutras?

Las sales neutras tienen la siguiente formula, que se aplica a todas las combinaciones: M_nN_m, donde M es el metal y _m su valencia y donde N es el no metal y _n su valencia.

¿Cómo se nombran los óxidos?

Para nombrar los óxidos se utilizan las 3 nomenclaturas, la tradicional la Sistemática y la Stock.

Tradicional

Óxidos Básicos

Provienen de la combinación entre el oxígeno y un metal. Si el metal con el que se combina tiene una sola valencia se nombran con las palabras óxido de, y el nombre del metal con el que se combina.

Ejemplos:

CaO-------------------------------------Óxido de Calcio.

Na₂O------------------------------------Óxido de Sodio.

Si el metal con el que se combina tiene dos valencias, se pone como en el de una valencia pero el nombre del metal acaba en oso cuando actúa con la valencia menor y en ico cuando actúa con la valencia mayor y se le quita el prefijo de.

Ejemplos:

FeO-------------------------------------Óxido ferroso (El hierro tiene en este caso valencia 2 y se simplifica).

Fe₂O₃-----------------------------------Óxido férrico (El hierro tiene en este caso valencia 3).

Óxidos Ácidos

Provienen de la combinación entre el oxígeno y un no metal. Si el no metal con el que se combina tiene una sola valencia se nombran con las palabras óxido de, y el nombre del metal con el que se combina acabado en ico.

Ejemplo:

B₂O₃------------------------------------Óxido bórico.

Si el no metal con el que se combina tiene dos o más valencias, se ponen al nombre las siguientes terminaciones:

Símbolo	Valencia	Prefijo	Sufijo
S, Se, Te	2	Hipo-	-oso
	4	------------------------	-oso
	6	------------------------	-ico
N, P, As, Sb	1	Hipo-	-oso
	3	------------------------	-oso
	5	------------------------	-ico
Cl, Br, I	1	Hipo-	-oso
	3	------------------------	-oso
	5	------------------------	-ico
	7	Per-	-ico

Ejemplos:

Br₂O₅-------------------------------------Óxido brómico.

_Br2O₇-------------------------------------Óxido perbrómico.

Sistemática

Los óxidos, tanto ácidos como básicos se nombran escribiendo delante de la palabra óxido y del nombre del elemento unos prefijos, que indican el número de átomos del mismo elemento que tiene en esa molécula.

Prefijo	Número de átomos
mono-	1
di-	2
tri-	3
tetra-	4
penta-	5
hexa-	6
hepta-	7
octo-	8

La nomenclatura se aplica a la formula que ya está simplificada. El prefijo mono se puede suprimirse, esto significa que si un elemento no tiene prefijo significa que solo interviene un átomo de ese elemento en la misma formula.

Ejemplos:

As₂S₃-------------------------------------Trisulfuro de diarsénico.

PF₅----------------------------------------Pentafluoruro de fósforo.

Stock

Los óxidos, tanto ácidos como básicos se nombran mediante las palabras óxido de seguida del nombre del elemento y un paréntesis donde se pone la valencia del elemento en números romanos, tal y como estaba al principio sin simplificar. Si un elemento tiene solo una valencia no se pone paréntesis.

Ejemplos:

Fe_2O3-------------------------------------Óxido de Hierro (III).

SO₃----------------------------------------Óxido de Azufre (VI) Está simplificado.

Fe_O-----------------------------------------Óxido de Hierro (II) Está simplificado.

Na₂O-------------------------------------- Óxido de Sodio. No se pone paréntesis porque el Sodio solo tiene una valencia.

¿Cómo se nombran los hidruros?

Hidruros Metálicos

Provienen de la combinación entre el Hidrógeno y un metal. Si el metal con el que se combina tiene una sola valencia se nombran con las palabras Hidruro de, y el nombre del metal con el que se combina. En las demás nomenclaturas que igual que en los óxidos, lo único que en vez de óxido se pone hidruro.

 Ejemplos: Tradicional / Stock / Sistemática.

CaH₂-------------------------------------Hidruro de Calcio / Hidruro de Calcio / Dihidruro de Calcio.

NaH---------------------------------------Hidruro de Sodio / Hidruro de Sodio / Hidruro de Sodio.

Si el metal con el que se combina tiene dos valencias, se pone como en el de una valencia pero el nombre del metal acaba en oso cuando actúa con la valencia menor y en ico cuando actúa con la valencia mayor y se le quita el prefijo de.

Ejemplos:

FeH₃-------------------------------------Hidruro férrico.

FeH₂-------------------------------------Hidruro ferroso.

Ácidos Hidrácidos

Son las combinaciones binarias entre el Hidrógeno y los siguientes no metales:

Elemento	Valencia	Elemento	Valencia
Azufre	2	Flúor	1
		Cloro
Selenio		Bromo
Teluro		Iodo

Los Ácidos Hidrácidos solo se nombran en las nomenclaturas Tradicional y Sistemática, y no en la Stock.

Tradicional

Se nombran con la palabra ácido seguida del nombre del no metal terminado en hídrico.

Ejemplos:

HCl-------------------------------------Ácido Clorhídrico.

H₂S-------------------------------------Ácido Sulfhídrico.

Sistemática

Se nombran primero poniendo el nombre del no metal acabado en uro. y sigue con las palabras de hidrógeno.

Ejemplos:

HCl-------------------------------------Cloruro de hidrógeno.

H₂S-------------------------------------Sulfuro de hidrógeno.

Hidruros Volátiles

Son las combinaciones del hidrógeno con los siguientes elementos químicos, y que contienen las siguientes valencias:

Elemento	Símbolo	Valencia
Nitrógeno	N	3
Fósforo	P
Arsénico	As
Antimonio	Sb
Boro	B
Carbono	C	4
Silicio	Si

Los Hidruros Volátiles se nombran en la sistemática, en vez de la tradicional tienen un nombre especial cada uno de ellos, y se indican en este cuadro:

Formula	Nombre Común	Sistemática
NH3	Amoniaco	Trihidruro de Nitrógeno
PH3	Fosfina	Trihidruro de fósforo
AsH3	Arsina	Trihidruro de arsénico
SbH3	Estibina	Trihidruro de antimonio
BH3	Borano	Trihidruro de boro
CH4	Metano	Tetrahidruro de carbono
SiH4	Silano	Tetrahidruro de silicio

Los Hidruros Volátiles no se nombran en la Stock.

¿Cómo se nombran las Sales Volátiles?

Para nombrar las sales volátiles solo se utilizan 2 nomenclaturas, la Sistemática y la Stock.

Sistemática

En la Sistemática se nombra primero el elemento que este más a la derecha de la formula, y se le añade una terminación: -uro y un "prefijo" que dice el número de átomos de ese elemento que nombramos. Después de eso se pone la palabra de, y se pone el prefijo del otro no metal y a continuación el nombre del otro metal.

Ejemplos:

As₂S₃-------------------------------------Trisulfuro de diarsénico.

PF₅----------------------------------------Pentafluoruro de fósforo.

Stock

En la Stock se nombra como la Sistemática pero sin poner el "prefijo", y después de nombrarlo se pone en paréntesis, mayúsculas y números romanos la valencia del no metal situado a la izquierda de la fórmula.

Ejemplos:

As₂S₃-------------------------------------Sulfuro de arsénico (III).

PF₅----------------------------------------Fluoruro de fósforo (V).

¿Cómo se nombran las sales neutras?

Para nombrar las sales neutras se utilizan 3 nomenclaturas, la Tradicional la Sistemática y la Stock.

Tradicional

Se pone primero el nombre del no metal, seguido de la palabra uro. A continuación se coloca el nombre del metal terminado en ico. Si el metal tiene dos valencias se emplea la terminación oso para la menor e ico para la mayor.

Ejemplos:

FeCl₃-------------------------------------Cloruro Férrico.

CaBr₂-----------------------------------Bromuro Cálcico.

Sistemática

Se empieza poniendo el nombre del no metal acabado en uro, pero se añaden dos prefijos (que son los números pequeños lo único que escritos), que indican el número de átomos del metal y del no metal que intervienen en la formula

Ejemplos:

FeCl₃-------------------------------------Tricloruro de Hierro.

Co₂S₃------------------------------------Trisulfuro de dicobalto.

Stock

Es la más utilizada para nombrar estos compuestos. Se nombra de manera similar a la tradicional: se escribe primero el nombre del no metal terminado en uro y después la preposición de y por último el nombre del metal, indicando su valencia en números romanos y entre paréntesis.

Ejemplos:

FeCl₃-------------------------------------Cloruro de Hierro (III).

CaBr₂-------------------------------------Bromuro de cálcico.