Química General QQ-103 Primer Parcial

Ing. Roque Castillo rocas.qq103@gmail.com

Alquimia • Conjunto de especulaciones y experiencias, generalmente de carácter

esotérico, relativas a las transmutaciones de la materia, que influyó en el origen de la ciencia química. (RAE)

• Tuvo como fines principales la búsqueda de la piedra filosofal y de la panacea universal.

¿Que es la Química? • Es la ciencia que estudia la materia y los

cambios que sufre la misma.

Ciencia Central • La química es frecuentemente llamada la

ciencia central, porque un conocimiento básico es necesario para estudiantes de biología, física, geología, ecología y muchas otras ciencias.

Áreas que involucran la química • Salud y Medicina - Antibióticos, Vitaminas, analgésicos

• Energía y medio ambiente - Celdas fotovoltaicas y celdas de hidrógeno. • Materiales y Tecnología - Polímeros (caucho, nylon, polietileno), cerámicas, cristales líquidos

(como en la pantalla de los aparatos eléctricos), adhesivos (como el usado en las notas Post-It), y recubrimientos (por ejemplo, pintura látex).

• Alimentos y Agricultura - Pesticidas, hormonas, biotecnología

El método científico (del griego: -μετά = hacia, a lo largo- -οδός = camino-; y el latín scientia = conocimiento; camino hacia el conocimiento)

METODO CIENTIFICO

Materia • Materia es todo que ocupa un lugar en el

espacio y tiene una masa.

Sustancia – Es una forma de la materia que tiene una composición definida (constante) y propiedades distintivas.

Mezcla • Una mezcla es la combinación de una o

más sustancias en la cual las sustancias retienen sus propiedades distintivas.

• Ejemplo: leche, agua con azúcar

• Las mezclas pueden ser homogéneas y heterogéneas.

Mezcla Homogénea • En la mezcla homogénea la composición

es misma en toda ella. • Ejemplo: bebidas carbonatadas, leche

• Pueden ser separadas por medios físicos • Ejemplo: calentamiento, filtración,

centrifugación.

Mezcla Heterogénea • En la mezcla homogénea la composición

NO es misma en toda ella. • Ejemplo: arena + virutas de hierro, cereal

+ leche

• También pueden ser separadas por medios físicos

• Ejemplo: calentamiento, filtración, centrifugación.

Elemento y Compuesto • Las sustancias pueden ser elementos o

compuestos.

• Un elemento es una sustancia que no puede ser separada en sustancias mas simples por medios químicos.

• Ejemplo: oro, hierro, cobre

Compuesto • Una sustancia compuesta de átomos de

dos o más elementos unidos químicamente en proporciones fijas.

• Los compuestos pueden separarse por medios químicos.

• Ejemplo: agua, alcohol etílico, propano

materia

mezclas

homogéneas

heterogéneas

sustancias puras

elementos

compuestos

Medios físicos

Medios químicos

Estados de la Materia

sólido gas líquido Forma y volumen

definidos Forma variable y

volumen fijo Forma variable

y volumen variable

fusión

evaporación

solidificación

solidificación

sublimación

Licuefacción o Condensación

Propiedades Físicas y Químicas

• Una propiedad física puede ser medida y observada sin cambio de la composición o identidad de la sustancia.

• Ejemplo: color, olor, punto de ebullición, masa

Propiedades Físicas y Químicas

• Para observar una propiedad química debe realizarse un cambio químico en la sustancia.

• Ejemplo: el hidrógeno se quema en oxígeno para formar agua.

Propiedades Extensivas e Intensivas

• Cuando se mide una propiedad extensiva, esta depende de la cantidad de materia considerada.

• Ejemplo: masa, volumen

Propiedades Extensivas e Intensivas

• Cuando se mide una propiedad intensiva, esta NO depende de la cantidad de materia considerada.

• Ejemplo: densidad, temperatura.

Notación Científica • Moviendo el punto decimal hacia la izquierda, incrementa la potencia del factor 10 en +1 por cada espacio. • Moviendo el punto decimal hacia la derecha, decrece la potencia del factor 10 en -1 por cada espacio.

Exactitud y Precisión

Exactitud y Precisión • La exactitud nos dice que tan cercano

está una medición al valor verdadero de la cantidad que fue medida.

• La precisión se refiere que tan cercano dos o más medidas de la misma cantidad están unas de la otras.

Buena Exactitud y Buena Precisión

Mala Exactitud y Buena Precisión

Mala Exactitud y Mala Precisión

Cifras Significativas

• Son cifras significativas (c.s) todos aquellos dígitos que pueden leerse directamente del aparato de medición utilizado, tienen un significado real o aportan alguna información, son dígitos que se conocen con seguridad (o existe cierta certeza).

• Cuando uno hace ciertos cálculos, las cifras significativas se deben escribir de acuerdo a la incertidumbre del instrumento de medición.

SITUACIONES PARTICULARES Cuando las cifras no tienen sentido. La medida 2.04763 kg obtenida con una balanza con resolución de 0.0001 kg, tiene cinco cifras significativas: 2,0,4 7 y 6. El 3, no puede leerse en esta balanza y por consiguiente no tiene sentido. El punto decimal. Cuando tenemos que 3.714 m = 37.14 dm = 371.4 cm = 3714 mm, en todos los casos hay 4 cifras significativas. La posición del punto decimal es independiente de ellas.

Números diferentes de cero como cifras significativas. Cualquier dígito distinto de cero es significativo. Ejm: 351mm tiene tres cifras significativas 1124g tiene cuatro cifras significativas El cero como cifra significativa.

Los ceros utilizados para posicionar la coma (antes de números diferentes de él), no son cifras significativas. Ejm: 0.00593, tres cifras significativas (en notación científica 5.93 x 103 ) 3.714 m = 0.003714 km = 3.714 x10-3 km Tomando en cuenta la segunda igualdad se ve que el número de c.s es 4 y los ceros agregados no cuentan como c.s

Los ceros situados entre dígitos distintos de cero son significativos Ejm: 301mm tiene tres cifras significativas 1004g tiene cuatro cifras significativas

Si un número es mayor que la unidad, todos los ceros escritos a la derecha de la coma decimal cuentan como cifras significativas Ejm: 3.501m tiene cuatro cifras significativas 9.050g tiene cuatro cifras significativas Para números sin coma decimal, los ceros ubicados después del último dígito distinto de cero pueden ser o no cifras significativas. Ejm: Así 23000 cm puede tener 2 cifras significativas (2.3 x 104), 3 cifras significativas (2.30 x 104) ó 4 cifras significativas (2.300 x 104). Sería más correcto indicar el error, por ejemplo 23000 ± 1 (5 cifras significativas)

REDONDEO EN NÚMEROS Es muy común que en cocientes como por ejemplo 10/3 o 1/6 o en

números irracionales como son π o e, se tenga un sin número de cifras decimales. En estos casos, el redondeo se efectúa usando los siguientes criterios:

a) Si el dígito que sigue a la derecha de la última cifra

significativa es menor que cinco, simplemente se suprime éste y todos los demás que le siga. E. g., si se

trata de redondear a décimas: 7.83 (3 c.s) redondeado, da 7.8 (2 c.s) 12.5438 (6 c.s) redondeado, da 12.5 (3 c.s)

b) Si lo que sigue a la derecha de la última cifra significativa es mayor

que cinco, la última cifra significativa crece una unidad. Ejm: si se trata de redondear a milésimas: 3.4857 ( 5 c.s) redondeado, da 3.486 (4 c.s) 6.1997 (5 c.s) redondeado, da 6.200 (4 c.s) c) Si la cifra que sigue a la que se quiere redondear es

precisamente cinco, la cifra redondeada sube una unidad si es impar, y se conserva suprimiendo el cinco, si es par.

Ejm: si la última cifra significativa es la de las centésimas. 1.485 redondeado, da 1.48 45.335 redondeado, da 45.34

Mediciones • El realizar observaciones es fundamental

para todas las ciencias. Una observación cuantitativa o medición siempre tiene dos partes: un número y una escala (unidad). Ambas partes deben estar presentes en las mediciones para que estas tengan significado.

Sistemas de Medición • Sistema Inglés • Sistema Métrico Decimal

• En 1960, un acuerdo internacional

estableció el Sistema Internacional o SI. Este sistema está basado en el sistema métrico.

Sistema SI

Prefijos utilizados en el sistema SI

Prefijo Símbolo Cantidad Notación Exponencial

Peso y Masa • Los términos "masa" y "peso" a menudo se usan

en forma equivalente, sin embargo, estrictamente hablando, son cantidades distintas.

• La masa es una medida de la cantidad de materia en un objeto, mientras que el peso, desde el punta de vista técnico, es la fuerza que ejerce la gravedad sobre el objeto.

Escalas de Temperaturas Punto Ebullición

del agua

Temperatura del cuerpo

Temperatura ambiente

Punto de congelación del

agua

Temperatura

• Es una medida de lo caliente o lo frío de la materia y se expresa habitualmente en grados Fahrenheit, grados Celsius o Kelvin.

Conversión de Temperaturas

Hipotermia Hipotermia (del griego hypo que significa debajo y therme que significa calor) es el descenso involuntario de la temperatura corporal por debajo de 35 °C (95 °F) medida con termómetro en el recto o el esófago.

Hipotermia Se considera hipotermia leve cuando la temperatura corporal se sitúa entre 33 °C y 35 °C (91,4 °F y 95 °F), y va acompañada de temblores, confusión mental y torpeza de movimientos. Entre 30 °C y 33 ºC (86 °F y 91,4 °F) se considera hipotermia moderada y a los síntomas anteriores se suman desorientación, estado de semiinconsciencia y pérdida de memoria. Por debajo de los 30 ºC (86 °F) se trata de una hipotermia grave, y comporta pérdida de la consciencia, dilatación de pupilas, bajada de la tensión y latidos cardíacos muy débiles y casi indetectables.

Densidad • Propiedad intensiva, que se define como

la masa de un objeto dividido entre el volumen que ocupa.

Densidad Relativa • Es el cociente de la masa de cualquier

sustancia entre la masa de un volumen igual de agua en las mismas condiciones. Densidad relativa de una sustancia = Densidad de la sustancia

Densidad del agua

Principio de Arquímides

El principio de Arquímedes afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado.

Ejercicios

Ejercicios Un cilindro graduado es llenado a la marca de 40 mL con aceite mineral. La masa del cilindro antes y después de adicionar el aceite es de 124.966 g y 159.446 g, respectivamente. En un experimento aparte, un balín de masa 18.73g es colocado en el cilindro y el cilindro es lleno nuevamente a la marca de 40.00 mL con aceite mineral. La masa combinada del balín y del aceite mineral es de 50.92 g. Calcular la densidad y radio del balín.

Energía • La energía se define como la capacidad

para realizar trabajo o transferir calor.

• Se realizar trabajo cuando se desplaza una masa a lo largo de una distancia.

Calor

• Es la forma de energía que se transfiere entre muestras de materia debido a diferencias en sus temperaturas respectivas.

• La unidad SI de energía es el joule [J], pero la conocida caloría [cal] también es una unidad métrica de energía calorífica.

Calor

Equivalencias Energéticas

• 1 cal = 4.184 J • 1000 cal = 1 kcal = 4184 J • 1 kcal = 4.184 kJ

• La caloría grande [Cal] se emplea para

medir el contenido energético de los alimentos. La caloría grande es igual a una kilocaloría.

Definición de caloría

• Es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 g de agua en 1 °C.

• Cada sustancia necesita una cantidad de calor diferente para que la temperatura de una muestra de 1 g aumente en 1°C. Este valor se conoce como el calor específico de la sustancia.

Las sustancias con bajo calor específico almacenan poca energía al calentarse y liberan poca energía cuando se enfrían. Mientras aquellas con alto cp, como el agua almacenan bastante energía y liberan igual cantidad al enfriarse. Las sustancias con alto cp son útiles para ser usadas como medios de calentamiento o enfriamiento. Por ejemplo, el agua se usa como medio de enfriamiento en los motores de combustión interna [automóviles].

Transferencia de Calor

Equilibrio Térmico

• Calor ganado o calor perdido = q • q= m x cp x ΔT = m x cp x (Tf – Ti) • m = masa de la sustancia u objeto • cp = calor específico de la sustancia u

objeto • ΔT = diferencia de temperatura,

temperatura final menos temperatura inicial.

Equilibrio Térmico

• En los procesos de transferencia de calor en los cuales, el objeto mas caliente perderá calor por lo cual el valor de q se presentará como negativo.

• En cambio el objeto que gana calor, presentará un valor de q positivo.

Formas de Energía • Energía Cinética – Energía en

movimiento

• Energía Potencial – Energía almacenada. Energía que un objeto posee en virtud de su posición o de su composición química.

Calor en las reacciones • Una reacción que libera energía calorífica

es una reacción exotérmica. Cuando se utiliza el término exergónica en vez de exotérmica, se indica que también puede liberar energía en otras formas distintas del calor.

Calor en las reacciones • Cuando se incorpora o se absorbe calor

en otras formas de energía durante las reacciones, estas se denominan reacciones endotérmicas y endergónicas.

Ley de conservación de la energía

• «No se crea ni se destruye energía durante los procesos químicos»

• Primera Ley de la Termodinámica.