Qumica: el estudio del cambioUnidad 1

Origen e Historia de la Qumica

Origen e historia de la qumicaEn el desarrollo de la qumica se identifican los siguientes periodos:Prehistoria y antigedadGriegosAlquimiaLa Iatroqumica: (relacinaba la qumica con la medicina)Flogisto: (o principio inflamable)Moderno

La prehistoriaEste perodo corresponde a la edad de piedra.El descubrimiento del fuego le permite defenderse de depredadores, protegerse del fro, cocinar y transformar los materiales Termina el ser nmada

La piedra y el fuegoLos primeros hombres que empezaron a utilizar instrumentos se servan de la naturaleza tal como la encontraban. El fmur de un animal de buen tamao o la rama arrancada de un rbol eran magnficas garrotas. Y, qu mejor proyectil que una piedra?

El calor generado por el fuego serva para producir nuevas alteraciones qumicas: los alimentos podan cocinarse, y su color, textura y gusto cambiaban.

El barro poda cocerse en forma de ladrillos o de recipientes. Y, finalmente, pudieron confeccionar cermicas, piezas barnizadas e incluso objetos de vidrio.

Los primeros materiales que us el hombre eran universales, en el sentido de que se encuentran en cualquier parte: madera, hueso, pieles, piedras De todos ellos la piedra es el ms duradero, y los tiles de piedra tallada son los documentos ms claros de que disponemos actualmente para conocer aquel dilatado perodo. Por eso hablamos de la Edad de Piedra.

Antigedad En la antigedad, no hay en realidad, qumica cientfica, solo es emprica; ms que una ciencia, era un arte.Una de las caractersticas distintivas de la antigedad es la de un complejo filosfico-religioso-tcnico (interpretaciones fantsticas entre lo racional y lo incoherente)

En la edad del cobre se aplican las primeras tcnicas para trabajar un mineral. El cobre se obtena al calentar malaquita, sin embargo, era un metal muy blando para fabricar herramientas y armas.

Luego observaron que al mezclarlo con estao, formaba un metal duro y resistente, inicindose la edad del bronce.

Simultneamente, se utiliza el hierro, que era ms resistente que el bronce. Obtener hierro por calentamiento era muy difcil. Fueron los hititas quienes perfeccionaron las tcnicas de fundicin, dando comienzo a la edad del hierro.

El periodo griegoA los sabios o filsofos no solo les preocupaba estudiar el aspecto intelectual y moral del hombreSe preocupaban de estudio del universo mediante las ciencias fsicas y naturales, astronoma, matemticas.Proponen la existencia de los llamados elementos. A partir de ellos se constituiran todas las cosas y organismos en la naturaleza

Tales de Mileto: el agua es el principio de todas las cosas (hindes igual)

Anaxmenes: Todo viene del aire y todo a l retorna

Herclito de feso: El fuego es la fuerza primordial, que tiene bajo su dependencia todos los fenmenos Los cuerpos pueden transformarse, pero no el fuego, que modifica todo lo que es

Empdocles: Agrego la Tierra, divulga en forma amplia los Cuatros Elementos

Aristteles de EstagiraAristteles: Discpulo de Platn, agreg un quinto elemento, el ter, ms mvil que los dems elementos (aire, agua, fuego y tierra), formara el cielo, y de l hace derivar Aristteles el calor de los animales. Estos elementos han sido designados los elementos aristotlicos.

Todas las sustancias son originadas por la combinacin de estos elementos y no se podrn convertir en otras unidades ms simples. De este modo un elemento puede convertirse en otro a medida que una propiedad va primando sobre la opuesta

Hiptesis atmicaLos filsofos griegos discutieron mucho sobre la naturaleza de la materia y concluyeron que el mundo era ms sencillo de lo que pareca.En el siglo V a.C., Leucipo pensaba que slo haba un tipo de materia. Sostena, adems, que si dividamos la materia en partes cada vez ms pequeas, acabaramos encontrando una porcin que no se podra seguir dividiendo.

Un discpulo suyo, Demcrito, bautiz a estas partes indivisibles de materia con el nombre detomos, trmino que en griego significa que no se puede dividir.

Alquimia (100 a.C a 1500 d.C)Alquimia proviene del rabe: al y Khum, que significa ciencia oscura o arte negro. La Alquimia es un conjunto de especulaciones y experiencias, generalmente de carcter esotrico, relativas a las transmutaciones de la materia y que influy en el origen de las ciencias qumicas. Tena dos metas fundamentales:Transmutacin de metales comunes en oro o plata. Encontrar medios de prolongaran definidamente la vida humana.

La alquimia fue practicada en Mesopotamia, el Antiguo Egipto, Persia, la India y China, en la Antigua Grecia y el Imperio Romano, en el Imperio Islmico y despus en Europa hasta el siglo XIX, en una compleja red de escuelas.

La alquimia rabe La Alquimia rabe consideraba la transmutacin como algo real y dejaba de ser un fenmeno enigmtico. El alquimista que dominara su arte sabra transmutar los metales siendo esto tan natural como la curacin realizada por un mdico. Razi fue el mayor exponente de la alquimia rabe, sin embargo hubieron otros importantes.Crearon el fuego griego a base de petrleo y azufre. La gran diferencia radica en que estos se basaban generalmente en experimentos cientficos, es decir fueron ms hacia lo prctico.

La alquimia chinaSe hallan vestigios de los cientos de emperadores que probaban estos elixires para la vida eterna, los que murieron envenenados, debido a los ingredientes usados en las formulas. Esto conllev a los alquimistas a moderar el uso de algunos elementos. A travs de esto, la alquimia china termino por desaparecer.Es importante tambin destacar el descubrimiento de la plvora.Nace mucho antes que de alquimia de occidente (s. 8 a.C). Planteaba la inmortalidad fsica, con drogas mgicas denominadas el elixir de la vida

La alquimia egpciaLa leyenda cuenta que el fundador de la alquimia egipcia fue el Dios Thot.En manos de sacerdotes, la alquimia era un juego mstico que llevaba a sucesos mgicos, para convertir un oscuro metal en una brillante pieza de la metalurgiaLa alquimia para los egipcios tenia un fin netamente materialista. Utilizando este termino para reconocer el trabajo de hacer crecer el oro

La alquimia medievalDebido a sus fuertes conexiones con las culturas griega y romana, la alquimia fue bastante fcilmente aceptada por la filosofa cristiana y los alquimistas medievales europeos absorbieron extensivamente el conocimiento alqumico islmico.

La piedra filosofal, o elixir de la vida era algo ansiosamente buscado y codiciado porque se le suponan virtudes maravillosas, no slo la de conseguir el oro sino la de curar algunas enfermedades y otorgar la inmortalidad. La piedra filosofal

La piedra filosofal es una sustancia que segn los creyentes en la alquimia tendra propiedades extraordinarias, como la capacidad de trasmutar los metales vulgares en oro.

La alquimia se mantuvo viva gracias a hombres como Nicols Flamel, digno de mencin slo porque fue uno de los pocos alquimistas que escribieron en esos tiempos difciles.

No fue un investigador religioso como muchos de sus predecesores y todo su inters por el arte giraba en torno a la bsqueda de la piedra filosofal, que se dice que hall. Sus obras dedican gran cantidad de espacio a describir procesos y reacciones, pero nunca llegan realmente a dar la frmula para conseguir las transmutaciones.

Iatroqumica (S. XVI)Perodo que se caracteriza por la introduccin de productos qumicos en la prctica mdica. Se aplican los conocimientos y las tcnicas de la alquimia para elaborar remedios y drogas. Se curan enfermedades usando extractos minerales y vegetales.

ParacelsoLa iatroqumica es una rama de la qumica y la medicina. Teniendo sus bases en la alquimia, la iatroqumica busca encontrar explicaciones qumicas a los procesos patolgicos y fisiolgicos del cuerpo humano, y proporcionar tratamientos con sustancias qumicas. Se le puede considerar como la precursora de la bioqumica.Su lder ms connotado y fundador fue Paracelso, un alquimista suizo del siglo XVI. Los iatroqumicos crean que la fisiologa dependa del balance de fluidos corporales especficos.

Flogisto (S. XVII)Lateoradel flogisto intentabaexplicar el fenmeno de la combustiny la causa de que algunos elementos fueran combustibles mientras que otros no. Su creador, el mdico y qumico alemn Georg Ernst Stahl (1660-1734), supona que el calor se presenta en dos formas: libre y en combinacin. ste ltimo, que denomin flogisto palabra que en griego significainflamable, es inherente a todos los cuerpos combustibles.Georg Ernst Stahl

De este modo, la combustin era, segn Stahl, el paso de esta forma de fuego combinado a la forma libre, donde se hace apreciable a los sentidos. Las cenizas y escorias que quedan tras la combustin carecen de flogisto y, por consiguiente, son incapaces de volver a arder. Esta interpretacin de la combustin fue rebatida a finales del siglo XVIII por Lavoisier, al demostrar que se trataba de una reaccin qumica.

Primeros pasos de la qumica modernaAntoine Lavoisier se considera el creador de la qumica moderna, por los detallados estudios sobre: la oxidacin de los cuerpos, el fenmeno de la respiracin animal y su relacin con los procesos de oxidacin, anlisis del aire, uso de la balanza para establecer relaciones cuantitativas en las reacciones qumicas estableciendo su famosa Ley de conservacin de la masa, estudios en calorimetra.

La Qumica: una ciencia para el siglo XXI Salud y medicina Sistemas sanitarios Ciruga con anestesia Vacunas y antibiticosEnerga y medio ambiente Combustibles fsiles Energa solar Energa nuclear

La Qumica: una ciencia para el siglo XXI Materiales y tecnologa Polmeros, cermicos y cristales lquidos Superconductores a temperatura ambiente? Computacin molecular? Agricultura y alimentos Cultivos modificados genticamente Pesticidas naturales Fertilizantes especializados

El estudio de la qumicaMacroscpicoMicroscpico

El mtodo cientfico es un procedimiento sistemtico para investigar.Una hiptesis es una explicacin tentativa para un conjunto de observaciones.

Una teora es un principio unificador que explica un conjunto de hechos y/o aquellas leyes que se basan en ellos.Una ley es un enunciado conciso de una relacin entre fenmenos que es siempre vlido bajo las mismas condiciones.Teora atmicaFuerza = masa aceleracin

La qumica en accin:En 1940 George Gamow propuso la hiptesis de que el universo comenz con una explosin gigantesca conocida como Big Bang.Soporte experimental Expansin del universo Radiacin csmica inicial Helio primitivo El helio y la teora del Big Bang

Materia es todo lo que ocupa un lugar en el espacio y tiene masa. Una substancia es una forma de materia que tiene una composicin dada y propiedades especficas que la distinguen de otras.La qumica es el estudio de la materia, sus cambios y comportamiento.

Una mezcla es una combinacin de dos o ms substancias puras en la que cada una conserva sus propiedades particulares.Una mezcla homognea su composicin de la mezcla es la misma en cualquier punto.Mezcla heterognea su composicin no es igual en cualquier punto de la misma

Los componentes de una mezcla pueden ser separados mediante procesos fsicos.

Un elemento es una substancia que no puede ser separada en substancias ms simples por medios qumicos.

Se han identificado en total 114 elementosSe encuentran naturalmente en la Tierra un total de 82 elementos. Por ejemplo: oro, aluminio, oxigeno, carbono. 32 elementos han sido creados por cientficos, como por ejemplo: el Americio, el Polonio.

Un compuesto es una substancia constituida por tomos de dos o ms elementos qumicos unidos en proporciones fijas definidas.Los compuestos slo pueden ser separados en los elementos qumicos que los forman mediante medios qumicos.

Clasificacin de la materia

Los tres estados de la materia

Un cambio fsico no altera la estructura o la identidad de una substancia.Un cambio qumico altera la estructura o la identidad de las substancias involucradas.Cambios fsicos o qumicos?

Una propiedad extensiva de una substancia depende de la cantidad total de materia considerada.Una propiedad intensiva de un material no depende de la cantidad total de materia considerada. masa longitud volumen densidad temperatura colorPropiedades extensivas e intensivas

Materia - todo lo que ocupa un lugar en el espacio y tiene masa.masa medida de la cantidad de materiaen el SI, la unidad de masa es el kilogramo (kg)1 kg = 1000 g = 1 x 103 gpeso Es el resultado de la fuerza que la gravedad ejerce sobre la masa de un objeto

Unidades del Sistema Internacional (SI)

Volumen (SI) la unidad derivada para el volumen es el metro cbico (m3)1 cm3 = (1 x 10-2 m)3 = 1 x 10-6 m31 dm3 = (1 x 10-1 m)3 = 1 x 10-3 m31 L = 1000 mL = 1000 cm3 = 1 dm31 mL = 1 cm3

Densidad La unidad derivada en el SI para la densidad es el kg/m3 1 g/cm3 = 1 g/mL = 1000 kg/m3m = d x V= 21.5 g/cm3 x 4.49 cm3 = 96.5 g

K = C + 273.15F = 9/5 x C + 32273.15 K = 0 C 373.15 K = 100 C32 F = 0 C 212 F = 100 C Comparacin entre las tres escalas de temperatura

Conversin de 172.9 F a C .F = (9/5) C + 32F 32 = (9/5) C(5/9) (F 32) = CC = (5/9) (F 32)C = (5/9) (172.9 32) = 78.3

Notacin cientfica6.022 x 10231.99 x 10-23N x 10nN es un nmero entre 1 y 10n es un exponente positivo o negativo

Notacin cientfica568.762n > 0568.762 = 5.68762 x 1020.00000772n < 00.00000772 = 7.72 x 10-6Suma o restaEscriba cada cantidad con el mismo exponente nCombine N1 y N2 El exponente, n, permanece igual4.31 x 104 + 3.9 x 103 =4.31 x 104 + 0.39 x 104 =4.70 x 104

Notacin cientficaMultiplicacinMultiplica N1 y N2Agrega los exponentes n1 y n2(4.0 x 10-5) x (7.0 x 103) =(4.0 x 7.0) x (10-5+3) =28 x 10-2 =2.8 x 10-1 DivisinDivide N1 y N2Resta los exponentes n1 y n28.5 x 104 5.0 x 109 =(8.5 5.0) x 104-9 =1.7 x 10-5

Nmeros significativosCualquier dgito que no sea cero es significativo.1.234 kg 4 nmeros significativos Ceros entre nmeros distintos a cero son significativos.606 m 3 nmeros significativosCeros a la izquierda del primer nmero que no sea cero no son significativos. Slo ubica al punto decimal.0.08 L 1 nmeros significativos Si un nmero es mayor que 1, entonces todos los ceros a la derecha del decimal son significativos. 2.0 mg 2 nmeros significativos Si un nmero es menor que 1, entonces slo los ceros que estn al final y en medio son significativos. 0.00420 g 3 nmeros significativos

Ejemplos24 mL2 nmeros significativos3001 g4 nmeros significativos0.0320 m33 nmeros significativos6.4 x 104 moleculas2 nmeros significativos560 kg2 nmeros significativos(Sin alusin)

Nmeros significativosAdicin y sustraccinLa respuesta no puede tener ms dgitos a la derecha del puntodecimal que ninguno de los datos originales.Un nmero significativo despus del punto decimal.

Nmeros significativosMultiplicacin y divisinLa cantidad de nmeros significativos en los resultados se determina por la cantidad de nmeros significativos del dato original que tenga la menor cantidad de nmeros significativos despus de su punto decimal. 4.51 x 3.6666 = 16.536366= 16.56.8 112.04 = 0.0606926 = 0.061

Nmeros significativosNmeros exactosSe considera que los nmeros de definiciones o los nmeros de objetos tienen una cantidad infinita de nmeros significativos.Cul es el promedio de las siguientes medidas: 6.64, 6.68 y 6.70?Debido a que 3 es un nmero exacto.

Exactitud Que tan cercana est una medida de su valor real?Precisin Que tan cercanas estn un conjunto de medidas entre s?ExactoyprecisoPreciso,perono exactoNi exactoni preciso

Mtodo de anlisis dimensional para la solucin de problemasDetermine qu tipo de factores de conversin se necesitanEscriba las unidades de los valores durante el clculo.Si todas las unidades se cancelan a excepcin de las unidades deseadas, entonces el problema se ha resuelto correctamente. Cantidad dada x factor de conversin = cantidad deseada

Mtodo de anlisis dimensional para la solucin de problemasUnidad de conversin 1 L = 1000 mL

La velocidad del sonido en el aire es de aproximadamente 343 m/s. A cuantos kilmetros por hora equivale? 1 mi = 1609 m1 min = 60 s1 hora = 60 minmetros a millassegundos a horasConversin de unidades