La carga eléctrica es la propiedad física de la materia que
hace que experimente una fuerza cuando se coloca en un campo electromagnético.
Hay dos tipos de carga eléctrica por polaridad: positiva y negativa (comúnmente
transportada por protones y electrones respectivamente).
Las cargas iguales se repelen entre sí y las cargas
diferentes se atraen entre sí. Un objeto con ausencia de carga neta se denomina
neutral. El conocimiento temprano de cómo interactúan las sustancias cargadas
ahora se denomina electrodinámica clásica y sigue siendo preciso para problemas
que no requieren la consideración de efectos cuánticos.
La unidad de carga eléctrica derivada del SI es el culombio
(C) que lleva el nombre del físico francés Charles-Augustin de Coulomb. En
ingeniería eléctrica también es común utilizar el amperio-hora (Ah).
La
conservación de la carga fue propuesta por primera vez por el científico
británico William Watson en 1746 y el estadista y científico estadounidense en
1747, aunque la primera prueba convincente fue dada por Michael Faraday en
1843.
La ley de
la conservación de la carga se debe mantener ya sea en la interpretación de
partículas o en la interpretación de cuerpos. Adicionalmente para no caer en la
paradoja del Sorites (Vlaardingerbroek,
2012), entenderemos como cuerpo a la
agrupación de dos partículas semejantes hasta la agrupación de todas las
partículas semejantes en el universo, aunque lo común para un cuerpo sea
entenderlo como la cantidad de partículas cercana a un número de Avogadro, o a órdenes de magnitud cercanos al número de
Avogadro.
Una de las
principales dificultades para poder entender la carga es que existen varias
variables para describirla dependiendo de la situación.
👉 La carga (Q) medida en
culombios (C).
👉 La carga de una partícula (q)
medida en culombios (C).
👉 La carga molar (F) medida en
culombios sobre mol (C/mol).
👉 La constante de carga relativa (z)
adimensional.
👉 El estado de oxidación (OS)
adimensional, que normalmente representaremos con el parámetro (z) para
simplificar las ecuaciones.
👉 Equivalente (e) medido en
equivalentes (eq)
👉 Equivalente molar (em) medido
en equivalentes sobre mol (eq/mol)
Constantes de carga
👉 La carga de Faraday (Qe)
de valor 96485 C
👉 La constante de carga elemental (qe)
de valor 1,602 x 10-19 C.
👉 La constante de Faraday (Fe)
de valor 96485 C/mol
👉 La constante de carga relativa (ze)
de valor 1.
👉 Constante de equivalencia (ee)
de valor 1 eq.
👉 Constante de equivalencia molar (em)
de valor 1 eq/mol.
Cómo se
pueden dar cuenta en la Ecuación 4.6 tenemos que el parámetro de carga relativa
(z) se puede calcular a través de otros parámetros diferentes, en
consecuencia, es el parámetro de carga que normalmente emplearemos en los
ejercicios de lápiz y papel en el contexto de química básica o química general
Podemos
emplear las cargas ya sean de partículas o de cuerpos como variables de estado,
es decir, donde lo que nos interesa es la relación entre un momento inicial y
otro final. En ese orden de ideas establecemos que, la ley de la conservación
de la carga para un sistema cerrado establece que la carga se conserva.
Durante
nuestra discusión sobre los modelos atómicos físicos, llegamos a un punto
después de discutir el modelo del núcleo atómico, y fue el hecho de que, para
los químicos, existen varios tipos de modelos atómicos relevantes.
Figura 4‑1. Modelo de planetario con representación de
las partículas del núcleo de berilio.
Para este
punto de nuestra discusión el modelo del átomo que requerimos tener en cuenta
es el átomo planetario de Rutherford-Bohr más el modelo del núcleo atómico de
protones más neutrones de Chadwick (Figura 4‑1).
En este
modelo del átomo tenemos 3 partículas que lo componen, los protones, los
electrones, y los neutrones. La carga de un solo protón es (q(pr) =
1,602 x 10-19 C), mientras que la carga de un solo electrón es su
inverso (q(el) = 1,602 x 10-19 C). Adicionalmente los físicos
han establecido que la carga de un solo protón es igual a una de las constantes
fundamentales del universo de la física, y la denominan la constante de carga
elemental, con un símbolo especial (qe). dado lo anterior
podemos establecer la relación entre carga de un protón, carga de un electrón, y
la constante de carga elemental de la siguiente forma:
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