Introducción a la Química Objetivos ,Métodos y Mediciones Marcela Rodríguez Baeza
La química y la base molecular de la vida Los seres vivos y la materia inerte están formados por el mismo tipo de átomos y moléculas. Todos los constituyentes de la materia están formados por átomos, los átomos son las partículas más pequeñas que conservan las propiedades de la materia y representan las características de un elemento. Los átomos están constituidos por partículas subatómicas de las cuales las más importantes son los protones, neutrones y los electrones.
Los protones y neutrones se encuentran en el núcleo central del átomo y los electrones en la nube o envoltura electrónica, cada partícula subatómica se distingue por su carga, localización y masa.
Los átomos tienden a unirse para dar lugar a moléculas, que pueden estar constituidas por dos o más átomos iguales o diferentes, cuando dos átomos de una misma clase se unen forman las moléculas llamadas diatómicas, como el oxígeno.
También se pueden unir tres átomos iguales formando una molécula triatómica, como el ozono.
Los elementos están formados siempre por átomos iguales. No pueden separarse en materia mas simple por ningún método. Un compuesto químico es un tipo de materia constituida por dos o mas elementos diferentes unidos químicamente ente ellos.
Los compuestos a su vez se unen para formar mezclas.
Elementos Se conocen 92 elementos naturales y 17 elaborados mediante reacciones nucleares. De los elementos naturales, solo 25 son esenciales para los seres vivos, y de éstos los más abundantes son: carbono ( C ), hidrógeno (H), oxígeno (O), nitrógeno (N), fósforo (P) y azufre (S),
Estos son conocidos como elementos biogenésicos, también son llamados CHONPS.
Compuestos Un compuesto es una unión de elementos mediante una reacción química. Existen
diversos tipos de compuestos, de acuerdo a la manera en que se unen sus elementos. Los más comunes son: los covalentes, y los iónicos. En el compuesto covalente, no acepta ni cede electrones; los electrones compartidos están sujetos a la atracción de los núcleos de cada átomo. En los enlaces iónicos un átomo cede un electrón y otro lo acepta, se realiza por la atracción de cargas distintas
Mezclas Una mezcla es la unión de dos o más substancias diferentes (compuestos o elementos) que no se combinan químicamente entre sí. Los componentes de una mezcla se pueden separar por medios físicos o mecánicos. En una mezcla no ocurre una reacción química y cada uno de sus componentes mantiene su identidad y propiedades químicas.
Las mezclas pueden ser solidas, liquidas o gaseosas
Las mezclas pueden ser: Homogéneas: Son uniformes. En este tipo de mezclas no se pueden distinguir sus componentes .Ejemplo: el agua de mar, el aire,
Heterogéneas: No son uniformes. Sus componentes se distinguen a simple vista o al microscopio.
Definición de química Se denomina química a la ciencia que estudia tanto la composición, estructura y propiedades de la materia como los cambios que ésta experimenta durante las reacciones químicas y su relación con la energía.
Propiedades y cantidades físicas Se identifican las sustancias por sus propiedades y su composición. Las propiedades físicas de una sustancia son las características que se pueden observar o medir sin cambiar la composición de la sustancia. Ejemplo: • • • • • • • • •
Densidad, Estado físico (solido, liquido, gaseoso), Propiedades organolépticas (color, olor, sabor), Temperatura de ebullición Punto de fusión Solubilidad Dureza Conductividad eléctrica Conductividad calorífica
Las propiedades físicas a su vez se clasifican de acuerdo con su dependencia de la masa de la muestra. -Las propiedades intensivas son propiedades independientes de la masa de la muestra. Ejemplo: temperatura, densidad, color, olor, sabor, calor latente de fusión -Las propiedades extensivas: son propiedades que dependen de la masa de la muestra. Ejemplo: volumen, masa, peso , presión de gas, calor ganado y perdido
Magnitud física Todas aquellas propiedades de los cuerpo que se pueden medir, es decir, a aquellas a las cuales podemos otorgar un numero o valor, se representa por un símbolo que pude ser una letra.
Unidades y estándares de medida Una unidad de medida es una cantidad estandarizada de una determinada magnitud física.
Sistema internacional de medidas El Sistema Internacional de Unidades (abreviado SI, del francés: Le Système International d'Unités), también denominado Sistema Internacional de Medidas, es el nombre que recibe el sistema de unidades que se usa en casi todos los países.
Son siete unidades básicas, todas las demás se derivan de ellas.
Masa La masa de un objeto se define como la cantidad de materia que hay en el. La unidad utilizada para medir la masa en el Sistema Internacional de Unidades es el kilogramo (kg). 3
1kg = 1000 g =1x10 g
El peso es la fuerza que ejerce la gravedad sobre un objeto, se cuantifica con el Newton (N) .
Estas cantidades se obtienen aplicando la fórmula para conocer el peso, que es:
P=m•g Donde P = peso, en Newtons (N) m = masa, en kilogramos (kg)
g = constante gravitacional, que es 9,8 en la Tierra (m/s). En la Luna, pesa seis veces menos .
Longitud y Volumen Longitud proviene del vocablo latino longitudo” y significa en Física la distancia que une dos puntos. La unidad de longitud del Sistema internacional de unidades es el metro (m).
El volumen es una magnitud definida como el espacio ocupado por un objeto. Es una función derivada de longitud, ya que se halla multiplicando las tres dimensiones. La unidad de medida de volumen en el Sistema 3
Internacional de Unidades es el metro cúbico (m ). Otra unidad de volumen muy usada es el litro (L) 1L = 1000 ml 3 3 1 ml = 1 cm = 1000 cm
Temperatura Es una magnitud física que refleja la cantidad de calor, ya sea de un cuerpo, de un objeto o del ambiente. Está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como «energía cinética», que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema.
A medida de que sea mayor la energía cinética de un sistema, se observa que éste se encuentra más «caliente»; es decir, que su temperatura es mayor. En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de temperatura es el kelvin (K)
Actualmente se utilizan tres escalas para medir al temperatura, la escala Celsius es la que todos estamos acostumbrados a usar, la Fahrenheit se usa en los países anglosajones y la escala Kelvin de uso científico.
Temperatura en Kelvin = Temperatura en °C + 273.15 Temperatura en °C = Temperatura en Kelvin – 273.15
En la escala Fahrenheit el intervalo entre la temperatura de congelación y la de evaporación del agua se divide en 180 intervalos iguales. Al punto de congelación del agua se le asigna 32°F y al punto de ebullición 212°F. Temperatura en °F = (9/5 x Temperatura en °C) + 32 Temperatura en °C = 5/9 x (Temperatura en °F – 32).
Densidad En física y química, la densidad es una magnitud referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen de una sustancia. La densidad media es la razón entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa.
Tiempo El tiempo es una magnitud física con la que medimos la duración o separación de acontecimientos de los sistemas sujetos a observación. Su unidad básica en el Sistema Internacional es el segundo, cuyo símbolo es s
Calcular la densidad en g/cm ³ de a) granito, si una pieza rectangular de 0,05 m x 0,1 m x 23 cm, tiene una masa de 3,22 g
b) cemento, si una pieza rectangular de 2 cm x 2 cm x 9 cm, tiene una masa de 108 g.
c) d) nafta, si 9 litros tienen una masa de 6.120 g.
d) leche, si 2 litros tienen una masa de 2,06 kg.
Calcular la masa de: a) 6,96 cm ³ de cromato de amónio y magnesio si la densidad es de 1,84 g/cm ³. b) 86 cm ³ de fosfato de bismuto si la densidad es de 6,32 g/cm ³. c) 253 mm ³ de oro si la densidad es de 19,3 g/cm ³.
d) 3,28 cm ³ de antimonio si la densidad es de 6,7 g/cm ³.
Calcular el volumen de: a) 3,37 g de cloruro de calcio si la densidad es de 2,15 g/cm ³.
b) 40,5 g de silicato de cromo si la densidad es de 5,5 g/cm ³.
c) 2,13 kg de estaño si la densidad es de 7,28 g/cm ³.
e) 706 g de sulfato de cerio si la densidad es de 3,17 g/cm ³.
f) 32,9 g de magnesio si la densidad es de 1,74 g/cm ³.
Tablas de conversión Tabla que muestra los valores numéricos equivalentes en dos o más unidades deseadas. Si se da el valor en una unidad, se puede leer directamente en la tabla el valor correspondiente en otra unidad. Un ejemplo es convertir de medidas inglesas a métricas y viceversa.
Notación científica La notación científica es una manera rápida de representar un número utilizando potencias de base diez. Esta notación se utiliza para poder expresar muy fácilmente números muy grandes o muy pequeños. 2468 2.468 x 10
2.468 (el decimal se recorre tres lugares a la izquierda) 3
Recorrido hacia la izquierda es positivo Recorrido a la derecha es negativo
Diluciones Una disolución es una mezcla homogénea de dos o más sustancias que tiene las siguientes partes: Disolvente: usualmente es la sustancia que se encuentra en mayor concentración en la mezcla. El o los solutos: son el o los componentes minoritarios de la mezcla, y decimos que se han disuelto en el disolvente.
”Dilución es disminuir la concentración de una disolución añadiendo un disolvente”
a) Porcentaje peso a peso (% P/P): indica el peso de soluto por cada 100 unidades de peso de la solución.
b) Porcentaje volumen a volumen (% V/V): se refiere al volumen de soluto por cada 100 unidades de volumen de la solución.
c) Porcentaje peso a volumen (% P/V): indica el número de gramos de soluto que hay en cada 100 ml de solución
1. Un comprimido de aspirina que pesa 0,600 g contiene 580 mg de ácido acetil salicílico (AAS) y el resto son excipientes. Calcular el contenido en AAS y expresarlo en % p/p.
Condensado de Bose-Einstein Son superfluídos gaseosos enfriados a temperaturas muy cercanas al cero absoluto. Pueden fluir sin tener ninguna fricción entre sí. Aún más extraño es que los condensados B-E pueden “atrapar” luz, para después soltarla cuando el estado se rompe. Un cubo de hielo frío sigue siendo un sólido. Cuando llegas a una temperatura cercana al cero absoluto, algo especial sucede. Los átomos empiezan agruparse. Cuando la temperatura baja tanto, las partes atómicas no pueden moverse. Pierden casi toda su energía. Como ya no hay más energía que transferir (como en los sólidos o líquidos), todos los átomos tienen exactamente los mismos niveles de energía, como gemelos. El resultado de este agrupamiento es la BEC.
Estado condensado de Fermiónico Es un estado de agregación de la materia en el que la materia adquiere superfluidez. Se produce a temperaturas muy bajas cercanas al cero absoluto.
Los bosones son átomos cuyos electrones, protones y neutrones se encuentran en pares mientras que los fermiones los poseen en número impar.