Los principios de la química hacen referencia al conjunto de conceptos y conocimientos básicos de esta ciencia. Dichos principios fundan las bases de un estudio especializado en las distintas ramas de esta disciplina. Una vez que los estudiantes y profesionales manejan estos principios, serán capaces de desarrollar una visión integral e intuitiva sobre la manera en que la estructura de los átomos define la forma de las moléculas.
Estas propiedades también influyen sobre las características físicas y químicas de materiales, líquidos, gases, sólidos, así como de las macromoléculas conformadas por diversos componentes. Los principios de la química también permiten enfocar los estudios de esta ciencia, con relación a otras disciplinas como la física y la biología.
Si comienzas a estudiar Ingeniería Industrial, serás capaz de dominar los principios de la química, así como una variedad de habilidades técnicas que te permitirán desenvolverte en áreas de trabajo muy valiosas. En la Universidad de San Sebastián existen muchas opciones de estudio, relevantes y con altas demandas en el mundo actual.
Principios de la química y estructura molecular
Los principios de la química abarcan el estudio de las propiedades de la materia, con respecto a la función de su estructura. Estos fundamentan las bases del desarrollo de la química, lo cual ha permitido que se determinen distintas características de la materia como su disposición atómica.
Entre los principios de esta disciplina se encuentran los conceptos fundamentales de lo que es una molécula, cómo se encuentra ordenada, la longitud de los enlaces entre los átomos, entre otros. A continuación mencionamos algunos conceptos que conforman los principios de la química.
Átomos y elementos
Los átomos y elementos representan, no solo, los conceptos básicos de esta ciencia, sino sus unidades estructurales de estudio. Estos componentes cuentan con tres tipos de partículas fundamentales, que son el protón y neutrón, encontrados en un núcleo, así como el electrón, que se ubica en orbitales que rodean dicho núcleo.
Los elementos subatómicos se componen a su vez de otras unidades más pequeñas, aunque estas son temas de estudio de otras ciencias, pues no intervienen de manera relevante en los procesos químicos. Los protones se caracterizan por presentar una carga positiva +1, y su cantidad en el núcleo atómico permite distinguir diversos átomos químicos.
El hidrógeno, por ejemplo, cuenta con nada más que un protón dentro de su núcleo. Se conoce también que posee neutrones con propiedades parecidas al protón, como su masa, aunque carece de carga. Según el número de neutrones y protones que tenga un núcleo, los átomos se clasifican en distintos tipos. Por ejemplo, un átomo que posee un protón y un neutrón es conocido como deuterio.
El deuterio y el hidrógeno tienen propiedades muy similares y se encuentran relacionados, por lo cual se consideran isótopos. Los electrones son el tercer tipo de estructura fundamental y poseen una carga negativa -1. Sin embargo, estos elementos tienen una masa 1,8 veces mayor que los protones. Los orbitales donde se ubican los electrones suelen ser esféricos con un núcleo central.
Enlace iónico y covalente
Entre los átomos químicos se forman enlaces que permiten que estos se mantengan unidos y le den cierta estabilidad a las moléculas y sustancias. La reactividad o estabilidad de los compuestos depende, en gran medida, de la fuerza de dichos enlaces. Existen dos tipos de enlaces principales que son los iónicos y los covalentes.
Los enlaces iónicos se establecen gracias a la transferencia de electrones entre átomos o grupos de átomos. Los compuestos con enlaces iónicos tienen algunas características particulares, como puntos de fusión altos y elevada solubilidad en solventes polares, como el agua. Los enlaces covalentes, por su parte, se forman cuando dos átomos comparten uno o más pares de electrones.
Las moléculas y compuestos que tienen enlaces covalentes, suelen tener puntos de fusión muy bajos y, en su mayoría, son insolubles en solventes polares, pero solubles en sustancias apolares. En este tipo de enlaces se aplican principios de la química como la teoría de los orbitales moleculares, que considera las propiedades ondulatorias de los electrones.
Un gran número de elementos cuentan con enlaces iónicos, por lo que las sustancias que conforman suelen tener configuraciones con cargas negativas o positivas. Estos se tratan comúnmente de sólidos cristalinos, como la sal de mesa o cloruro de sodio. Por otro lado, las sustancias naturales cuentan con enlaces covalentes, como el dióxido de carbono y el agua.
Termodinámica
Otro de los principios de la química se encuentra conformado por el estudio de la termodinámica. Esta no es más que el análisis de la transferencia de calor y trabajo en las reacciones químicas. En la química, la termodinámica involucra trabajo experimental de laboratorio, además del empleo de métodos matemáticos sobre los comportamientos de los procesos químicos.
En la termodinámica se conocen dos leyes fundamentales, de las cuales se establecen 4 ecuaciones basales denominadas “Ecuaciones de Gibbs”. A partir de estos principios matemáticos, se derivan una amplia variedad de sistemas o fórmulas matemáticas, capaces de relacionar las propiedades termodinámicas de la materia.
La primera ley de la termodinámica abarca el concepto de la energía interna, que conecta el trabajo y calor que se transfiere durante los procesos de un sistema químico. En otras palabras, la energía de una masa o material determina sus posibilidades de realizar un trabajo. Este último se refiere a una fuerza que actúa a distancias.
La segunda ley de la termodinámica se trata de la entropía. En este principio de la química se define que, aunque todo el trabajo mecánico es transformado en calor, este no es un proceso reversible. Es decir, que no en todas las ocasiones el calor puede ser transformado en trabajo.
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