Quimica

De las propiedades de las sustancias a las interacciones químicas


1 ¿De qué están hechas las cosas?


Todos los objetos, los cuerpos y los seres que existen, están hechos de diversos materiales. Los materiales, a su vez, pueden estar formados por uno o varios constituyentes llamados sustancias. Las sustancias consisten de pequeñas partículas llamadas iones, moléculas y átomos. Éstas, a suvez, poseen una naturaleza eléctrica: partes positivas (los núcleos) y partes negativas (los electrones), como se observa en la Figura 1.

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Figura 1. Mapa conceptual sobre De qué están hechas las cosas

Los materiales, entonces, son todas las sustancias y mezclas de sustancias de que están hechos los objetos, los seres y los cuerpos. Un determinado material puede estar constituido poruna o por varias sustancias.

Las sustancias, por tanto, son materiales de aspecto homogéneo que constan de un solo constituyente. Cada sustancia posee un conjunto de propiedades específicas que la distingue de las demás sustancias.

Las propiedades macroscópicas de las sustancias son consecuencia de la estructura interna y de las interacciones eléctricas de sus partículas. Se tienenregistradas más de 30 millones de sustancias[1].

2 Clasificación de sustancias


¿Cómo agrupar tantas sustancias? Puede haber muchas maneras: por su color, por su textura, por su estado físico, por sus propiedades químicas o por cualquier otro criterio que se nos ocurra. Aquí, en este texto, se van a clasificar según sus propiedades eléctricas y su punto de fusión. Esta clasificación es útil porqueguarda una relación directa con el tipo de estructura de las sustancias: partículas independientes o enormes entramados donde las partículas están interconectadas. Considerando sus propiedades eléctricas y su punto de fusión, las sustancias se pueden clasificar en cuatro categorías: sustancias metálicas (los metales), sustancias iónicas (las sales), sustancias covalentes reticulares (lascerámicas) y sustancias no reticulares (las sustancias moleculares y atómicas).

Sustancias Metálicas (M).


Son los metales. Conducen la electricidad en estado líquido y en estado sólido. Están constituidas por enormes entramados de tamaño indefinido llamados redes metálicas. La estructura de la red consiste en un número muy grande de núcleos positivos (cationes) interactuandoeléctricamente con un número muy grande de electrones. Los núcleos se ocupan posiciones fijas en un arreglo geométrico perfectamente ordenado pero “sumergidos” en la región donde se encuentran los electrones.

Las aleaciones son materiales metálicos que contienen varias sustancias. Por ejemplo, el latón, el bronce, las amalgamas.

No es fácil describir matemáticamente esta estructura en la que hay unsinnúmero de cargas y un sinnúmero de interacciones, por tanto. Sin embargo, los científicos han encontrado una manera de simplificar la descripción mediante un modelo matemático (más simple) al que le han dado, precisamente, el nombre de modelo del mar de electrones.

No todas las sustancias metálicas son sólidas. El mercurio, por ejemplo, es líquido en condiciones ambientales.

En la Figura 2, sepuede apreciar una imagen de dicho modelo. Las letras (el símbolo químico del oro) representan la parte positiva de la estructura. Cada símbolo se refiere al núcleo y todos los electrones internos. La región sombreada representa la parte negativa de la estructura, es decir, la zona donde se mueven los electrones más externos. Como se puede apreciar, las interacciones no son de un solo electrón conun solo núcleo, sino... ¡de todos con todos! Esto es exactamente lo que se quiere resaltar con el modelo del “mar de electrones”. Algunos ejemplos de sustancias metálicas son: sodio, Na, mercurio, Hg, uranio, U, plomo, Pb, etc. Por definición, los otros 3 tipos de sustancias (iónicas, covalentes reticulares y no reticulares) se consideran no metálicas.

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Figura 2. Modelo del mar de...