Elementos y compuestos químicos

La materia se divide principalmente en dos grandes grupos:

1. Mezclas: Formadas por varias sustancias que no reaccionan entre sí (como el agua de mar o el aire).
2. Sustancias puras: Son aquellas que tienen una composición química definida y propiedades características constantes (densidad, punto de fusión, punto de ebullición) independientemente de su origen.

Una sustancia pura es homogénea, lo que significa que presenta el mismo aspecto y propiedades en todas sus partes.

Un elemento químico es una sustancia pura que no puede descomponerse en otras más sencillas mediante procesos químicos. Esto se debe a que está formada por átomos del mismo tipo (con el mismo número de protones).

• Ejemplos: El oxígeno ($O_2$), el oro ($Au$), el hierro ($Fe$).
• Aunque un elemento como el oxígeno se presente en parejas ($O_2$), sigue siendo un elemento porque todos sus átomos son iguales.

Un compuesto químico es una sustancia pura formada por la combinación de dos o más elementos diferentes en una proporción fija.

• Propiedades: Los compuestos tienen propiedades totalmente distintas a las de los elementos que los forman. Por ejemplo, el sodio es un metal explosivo y el cloro es un gas tóxico, pero al combinarse forman la sal común ($NaCl$), que es comestible.
• Descomposición: A diferencia de los elementos, los compuestos pueden descomponerse en sus elementos constituyentes mediante métodos químicos como la electrólisis.

El átomo es la unidad más pequeña de un elemento químico que mantiene sus propiedades. Se compone de tres partículas subatómicas principales:

• Núcleo: La parte central, muy pequeña y densa. Contiene protones (carga positiva) y neutrones (sin carga).
• Corteza: La parte exterior donde se mueven los electrones (carga negativa) a gran velocidad.

En un átomo neutro, el número de protones es igual al número de electrones, por lo que la carga eléctrica total es cero.

Los átomos raramente se encuentran aislados en la naturaleza. Suelen unirse mediante enlaces químicos para ganar estabilidad:

• Moléculas: Agrupaciones de un número definido de átomos unidos entre sí. Pueden ser de un mismo elemento ($O_2$) o de varios ($H_2O$).
• Cristales o redes atómicas: Estructuras gigantes y ordenadas donde millones de átomos se unen formando un patrón repetitivo (como el diamante o la sal).

Es vital no confundir estos términos:

• Átomo: La partícula individual (ej. una "pieza de LEGO" de un color).
• Molécula: La agrupación estable de dos o más átomos (ej. varias piezas de LEGO encajadas).

Actualmente conocemos 118 elementos. Se organizan según su número atómico ($Z$), que es la cantidad de protones que tiene cada átomo.

• Periodos: Son las filas horizontales.
• Grupos: Son las columnas verticales. Los elementos de un mismo grupo tienen propiedades químicas similares.

Cada elemento se representa mediante un símbolo químico único, establecido por la IUPAC (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada).

• Consiste en una letra mayúscula (ej. $C$ para Carbono) o una mayúscula seguida de una minúscula (ej. $Ca$ para Calcio).
• Muchos nombres provienen del latín: el Hierro es $Fe$ (Ferrum) y el Oro es $Au$ (Aurum).
• La primera letra siempre es mayúscula y la segunda siempre minúscula; esto es vital para no confundir, por ejemplo, el Cobalto ($Co$) con el monóxido de carbono ($CO$).

Podemos dividir los elementos en tres grandes categorías:

1. Metales: (Hierro, Cobre, Oro). Son brillantes, conducen bien el calor y la electricidad, y son maleables.
2. No metales: (Oxígeno, Nitrógeno, Carbono). No suelen brillar y son malos conductores.
3. Gases nobles: (Helio, Neón, Argón). Se encuentran al final de la tabla y se caracterizan por su inercia química, es decir, casi nunca reaccionan con otros elementos.

Una fórmula como el ácido sulfúrico, $H_2SO_4$, nos da mucha información:

• Símbolos: Nos dicen qué elementos hay (Hidrógeno, Azufre y Oxígeno).
• Subíndices: Los números pequeños indican cuántos átomos de ese elemento hay en la molécula. Si no hay número, se entiende que es 1.
  • En $H_2SO_4$ hay: 2 átomos de H, 1 átomo de S y 4 átomos de O.

Son aquellos formados por solo dos tipos de elementos. Los más comunes son:

• Óxidos: Combinación de un elemento con Oxígeno ($O$). Ej: $FeO$ (óxido de hierro).
• Hidruros: Combinación con Hidrógeno ($H$). Ej: $LiH$ (hidruro de litio).
• Sales binarias: Combinación de un metal y un no metal. Ej: $NaCl$ (cloruro de sodio).

Para nombrar compuestos de forma sistemática, usamos prefijos que indican la cantidad de átomos:

• 1: mono-
• 2: di-
• 3: tri-
• 4: tetra-

Ejemplo: El $CO_2$ se llama dióxido de carbono porque tiene dos átomos de oxígeno.

La corteza de la Tierra no tiene todos los elementos en la misma proporción. Los más abundantes son el Oxígeno (aprox. 46%) y el Silicio (aprox. 28%), que forman la mayoría de los minerales y rocas (silicatos). Los metales como el aluminio o el hierro se extraen de estos minerales mediante procesos mineros y químicos.

Los seres vivos estamos compuestos principalmente por seis elementos llamados bioelementos: Carbono ($C$), Hidrógeno ($H$), Oxígeno ($O$), Nitrógeno ($N$), Fósforo ($P$) y Azufre ($S$).

• El Carbono es el elemento clave, ya que puede formar cadenas largas que dan lugar a proteínas, grasas y ADN.
• El Agua ($H_2O$) es el compuesto químico más importante para la vida, actuando como disolvente universal en nuestras células.

Los elementos en la naturaleza se mueven en ciclos (como el ciclo del carbono). Sin embargo, la actividad humana altera estos ciclos:

• Contaminación: La creación de compuestos sintéticos (como plásticos o gases CFC) que la naturaleza no puede degradar fácilmente.
• Sostenibilidad: Es fundamental el reciclaje de materiales químicos (como el litio de las baterías o el aluminio de las latas) para evitar el agotamiento de los recursos naturales y reducir la energía necesaria para su extracción.