De igual modo que en todas las áreas del conocimiento, uno de los principales obstáculos para comprender ciertos fenómenos que se presentan en nuestro acuario o para determinar la actuación adecuada frente a problemas de índole química o biológica radica en la carencia de conocimientos fundamentales en la materia. La consolidación de conceptos esenciales de química y biología se vuelve imprescindible para asimilar las explicaciones y artículos que se expondrán posteriormente, así como para disponer de las herramientas mínimas que permitan plantear un mantenimiento personalizado del acuario de acuerdo con nuestros objetivos.
En este artículo se abordarán los principios esenciales de la química, dividiéndolos en dos partes para evitar que la asimilación resulte tediosa, dada la complejidad inicial del tema. Sin embargo, creedme: una vez comprendidos los conceptos aquí expuestos, aquellos artículos que parecen extraídos de una tesis doctoral en física cuántica empezarán a tener sentido. Y lo más importante, esto nos permitirá ejercer un mayor control sobre nuestro pequeño ecosistema, lo que, sin duda, hará que nuestra afición en la acuariofilia marina sea aún más emocionante y gratificante.
En esta primera parte abordaremos los conceptos de:
- Sustancias
- Elementos químicos
- Átomos
- Números atómico (Z) y másico (A)
- Isótopos, moléculas y iones
SUSTANCIAS:
A nivel químico, una sustancia es cualquier tipo de materia con una composición química definida y propiedades características. Se clasifica en dos grandes categorías:
- Sustancias puras: Son aquellas que tienen una composición química uniforme y constante, independientemente de su estado físico. Se dividen en:
- Elementos: Formados por un solo tipo de átomo, como el oxígeno (O₂) o el hierro (Fe).
- Compuestos: Formados por la combinación química de dos o más elementos en proporciones fijas, como el agua (H₂O) o el dióxido de carbono (CO₂).
- Mezclas: Son combinaciones de dos o más sustancias sin una composición química fija, en las que cada componente conserva sus propiedades Se dividen en:
- Mezclas homogéneas: Presentan una composición uniforme en toda su extensión, como una solución salina o la leche.
- Mezclas heterogéneas: Sus componentes pueden distinguirse visualmente, como el agua con arena.
ELEMENTO QUÍMICO:
De acuerdo, ¿pero que es un elemento químico?
Un elemento químico es una sustancia pura que está compuesta por un solo tipo de átomo y que forma la base de todos los compuestos y sustancias conocidas.
Cada elemento está representado en la tabla periódica por un símbolo químico (por ejemplo, H para el hidrógeno, O para el oxígeno, Fe para el hierro) y posee propiedades físicas y químicas únicas. Actualmente, se conocen 118 elementos, de los cuales algunos son naturales y otros han sido sintetizados en laboratorio.
Los elementos pueden clasificarse en diferentes categorías según sus propiedades:
- Metales: Buenos conductores del calor y la electricidad, maleables y dúctiles (ejemplo: cobre, hierro, oro).
- No metales: Malos conductores, frágiles en estado sólido y con una gran
diversidad de propiedades químicas (ejemplo: oxígeno, nitrógeno, carbono).
- Semimetales o metaloides: Poseen características intermedias entre metales y no metales (ejemplo: silicio, boro).
ÁTOMO:
Un átomo es la unidad fundamental de la materia y la partícula más pequeña de un elemento químico que conserva sus propiedades. Está compuesto por tres tipos principales de partículas subatómicas:
- Protones (con carga positiva, +1), ubicados en el núcleo del átomo.
- Neutrones (sin carga, carga neutra), también presentes en el núcleo y que contribuyen a la masa del átomo.
- Electrones (con carga negativa, -1), que orbitan alrededor del núcleo en diferentes niveles de energía.
NÚMEROS ATÓMICO (Z) Y MÁSICO (A):
Número Z: El número atómico representa el número de protones que posee un átomo. Los átomos neutros poseen el mismo número de protones (+) que de electrones (-).
Si nos vamos a la tabla periódica y visualizamos el elemento con número Z=6 (CARBONO) significa que tiene 6 protones en su núcleo y 6 electrones en sus orbitales.
Número A: El número másico representa la suma del número de protones y el número de neutrones que posee ese átomo en su núcleo. Como su nombre indica, es el número que nos proporciona la masa del átomo. Por ejemplo:
El elemento carbono tiene un número Z = 6 y un número A=12. Esto quiere decir, según el número Z
tiene 6 protones y según el número A debe tener 6 neutrones para que se cumpla la igualdad de
A = número de protones + número de neutrones
También se concluye que la masa del átomo es de 12 u. (unidad de masa atómica unificada uma) o 12 Da (dalton), ambas unidades equivalentes. Esta información resultará de gran utilidad para comprender la composición de mezclas, la determinación de concentraciones, la acidez y las proporciones en diversos contextos químicos.
MOLÉCULAS:
Una molécula es una estructura química estable formada por la unión de dos o más átomos, del mismo o diferente elemento, desempeñando un papel esencial en la constitución de la materia y en las reacciones químicas.
Formación por enlaces químicos: Los átomos dentro de una molécula están unidos por enlaces covalentes, iónicos o metálicos.
Enlace covalente: Enlace producido entre elementos No metálicos, ambos comparten ciertos electrones formando uno o varios enlaces (simple, doble o triple enlace) y que además tienen una diferencia de cargas relativamente baja. Ejemplo: H2O, O2, CO2, CH4.
Aquí podemos ver tres átomos, uno de oxigeno y dos de hidrógeno. Si nos fijamos, se puede apreciar como el oxígeno tiene 6 electrones en el orbital externo, mientras que los hidrógenos solamente tienen 1 electrón en el orbital.
En el mundo atómico hay una regla llamada “regla del octeto” que básicamente es que todos los átomos tienden a intentar tener 8 electronesen su último orbital, para conseguir la máxima estabilidad.
Todos los átomos menos dos, el helio y el hidrógeno, que solamente pueden aspirar a dos electrones como máximo en su orbital.
Según esta regla, los tres átomos de arriba podrían conseguirlo si compartieran algunos electrones entre ellos, así pues, quedaría la siguiente configuración para formar agua (H2O) mediante dos enlaces covalentes.
Enlace iónico: son aquellos que se forman cuando un átomo transfiere uno o más electrones a otro átomo, generando iones con carga opuesta que se atraen electrostáticamente. Ejemplo: NaCl, CaCl2, MgO.
En ciertos casos algunos átomos tienen tanta diferencia de electronegatividad (afinidad por conseguir electrones) entre ellos que lo que ocurre es que, en lugar de compartir electrones, un átomo le roba el electrón a otro. Este es el caso del cloro y el sodio, por ejemplo.
Cuando esto ocurre, el sodio, como ha perdido un electrón (una carga negativa), queda cargado positivamente. Y en el caso del cloro, como ha ganado una carga negativa, queda cargado negativamente.
Esta diferencia de potencial eléctrico es lo que permite que se atraigan fuertemente entre ellos, creando así, el enlace iónico. Y en el caso del ejemplo, creando el cloruro sódico NaCl, es decir, la sal común.
* (la mayoría de enlaces que nos serán útiles en el terreno de la acuariofilia serán los enlaces covalentes y los enlaces iónicos).
Composición fija: Las moléculas tienen una fórmula química específica que indica la cantidad y el tipo de átomos que las componen (por ejemplo, H₂O para el agua o CO₂ para el dióxido de carbono).
Podemos distinguir dos tipos generales de moléculas:
- Moléculas elementales: Formadas por átomos del mismo elemento, como O₂ (oxígeno molecular) o N₂ (nitrógeno molecular).
- Moléculas compuestas: Formadas por átomos de diferentes elementos, como CO₂ (dióxido de carbono) o H₂O (agua).
*El subíndice con el número que acompaña la letra indica la cantidad de átomos de un mismo elemento que compone esa molécula. Ejemplo: H2O (2 hidrógenos y 1 oxígeno) CO2 (1 carbono y 2 oxígenos).
IONES:
Los iones son átomos o grupo de átomos con carga neta positiva o negativa. Si bien el elemento Sodio representado como Na, decimos que tiene carga neutra, lo cierto es que el elemento Na en estado libre se encuentra en forma Na+ (carga positiva). Al igual ocurre con el elemento Cloro representado como Cl, en forma libre se encuentra con carga neta negativa Cl¯.
Por tanto, podemos distinguir dos tipos de iones.
Aniones: Elementos o moléculas con carga negativa (Cl¯, OH¯) Cationes: Elementos o moléculas con carga positiva (K+, Na+, NH4+)
Una vez se asimilen estos conceptos y se asimilen correctamente, pasaremos a la segunda parte donde abordaremos temas como concentraciones, densidades, acido/base y neutralización, reacciones de síntesis o redox entre otros conceptos.
Autor: Aarón Rodríguez
