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UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 1 Universidad de Concepción Facultad de Ciencias Químicas Química General para Ingeniería Unidad 1 Tema: Herramientas de la química.

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1 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 1 Universidad de Concepción Facultad de Ciencias Químicas Química General para Ingeniería Unidad 1 Tema: Herramientas de la química

2 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 2 Unidad 1: HERRAMIENTAS PARA EL ESTUDIO DE LA QUIMICA Algunas definiciones fundamentales El método científico Mediciones en el estudio científico Incertidumbre en las mediciones y cifras signi- ficativas

3 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 3 Algunas definiciones fundamentales Materia: cualquier cosa que tenga masa y volumen (todo lo que está en el universo) La materia se presenta en tres formas físicas llamadas estados de la materia: gas líquido sólido

4 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 4 partículas muy separadas, desordenadas Gas en movimiento caótico llenan todo el espacio (sin forma propia) partículas juntas, con algún orden Líquidose mueven poco se adapta al recipiente pero forma superficie partículas muy juntas, orden perfecto Sólidono se mueven tienen forma propia.

5 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 5 La materia tiene propiedades. Propiedades: son las características que dan a cada sustancia su identidad única. Se distinguen dos tipos de propiedades: –físicas –químicas

6 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 6 Propiedades físicas: son las que la sustan- cia tiene por sí misma. –Ej: densidad, color, volumen, conductividad térmica, punto de fusión, … Propiedades químicas: son las que presen- ta una sustancia a medida que cambia o que interactúa con otra sustancia. –Ej: corrosividad, inflamabilidad, reactividad frente a ácido, …

7 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 7 Las propiedades pueden ser: Extensivas : dependen de la cantidad de materia. Ej: masa, volumen, energía Intensivas: no dependen de la cantidad de materia. Ej: densidad, temperatura

8 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 8 La materia experimenta cambios de estado. Los cambios de estado pueden ser: - cambios físicos - cambios químicos

9 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 9 Cambio físico: alteración de la forma física de una sustancia, (no cambia su composi- ción, conserva su identidad) Cambio químico: ocurre cuando una o más sustancias se convierten en otra u otras sustancias, hay cambio de identidad. El cambio químico se denomina reacción química.

10 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 10 Determine si el cambio de estado que se describe corresponde a cambio físico o a cambio químico: En una noche húmeda de invierno se forma escarcha a medida que la temperatura baja. Físico Crece una planta una siembra que se riega y fertiliza. Químico Un artesano talla una silla a partir de un madero. Físico Se prepara un huevo duro Químico

11 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 11 ¿Y éstos? Un tenedor se deslustra (empaña) en el aire. Cuando se calienta yodo sólido se desprenden vapores de yodo de color púrpura. Una chispa enciende vapores de gasolina en un cilindro de un automóvil. Se forma una costra en una herida. Se come una manzana.

12 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 12 Clasificación de la materia: Sustancias Puras Mezclas Materia Elementos Compuestos Heterogéneas Homogéneas Hidrógeno Oxígeno Sodio Cobre Kriptón Agua Cloruro de plata Óxido de hierro etanol Sal en agua Aire Acero Arena Sal y azúcar se llaman SOLUCIONES

13 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 13 Sustancia pura: materia cuya composición es fija (única). Puede ser un elemento. Puede ser un compuesto.

14 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 14 Elemento: Es el tipo de materia más simple con propiedades físicas y químicas únicas. Existen: 89 elementos naturales 20 elementos sintéticos Se clasifican en : Metales (78 %) No metales (10 %) Semimetales (7 %) Gases nobles (5 %)

15 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 15 Compuesto: Materia constituida por dos o más elementos (diferentes) unidos químicamente en proporciones fijas de masa. para amoníaco: para dióxido de carbono:

16 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 16 Mezcla: dos o más sustancias (elementos y/o compuestos) que están físicamente mezclados. Los componentes de una mezcla pueden variar su proporción en masa, esto es, la composición de una mezcla es variable. Los componentes de una mezcla pueden ser separados por métodos químicos o por métodos físicos.

17 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 17 Mezcla homogénea: composición idéntica en cualquier punto de ella. No es posible distinguir los componentes entre sí. Se denomina solución. Mezcla heterogénea: composición puede variar de un punto a otro de la mezcla. Es posible distinguir los componentes.

18 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 18 Las partículas más pequeñas que forman la materia, para efectos del estudio de la QUÍMICA son: Átomo Molécula Ion

19 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 19 Los átomos son neutros. Hay tantas clases de átomos como número de elementos existen (109). Las moléculas son agrupaciones de átomos iguales o diferentes. Las moléculas son neutras. Los iones son átomos o agrupaciones de átomos que han adquirido carga eléctrica. Los elementos están formados por una sola clase de átomos, pero éstos en algunos casos están agrupados formando moléculas.

20 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 20 Unidad 1: HERRAMIENTAS PARA EL ESTUDIO DE LA QUIMICA Algunas definiciones fundamentales El método científico Mediciones en el estudio científico Incertidumbre en las mediciones y cifras signi- ficativas

21 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 21 El método científico Proceso flexibe de pensamiento y pruebas creativas orientadas a descubrimientos objetivos y verificables de cómo funciona la naturaleza. Conduce a la formulación de un MODELO (TEORIA)

22 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 22 Observaciones Hipótesis Experimentación Modelo (Teoría) Experim. posteriores El enfoque científico para comprender la naturaleza consta de las siguientes etapas:

23 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 23 Observaciones: sobre hechos que se desean explicar, cuali y cuantitativas => datos. Hipótesis: es una propuesta tentativa que se hace para explicar las observaciones. Debe ser comprobable => obliga a hacer experimentos. Experimentación: relaciona las ideas con la hipótesis y la naturaleza. Los resultados experimentales ponen a prueba la hipótesis => mantenerla, modificarla, rechazarla. Modelo (o Teoría): conjunto de suposiciones concep- tuales que explican los datos experimentales acumu- lados. Permite predecir fenómenos relacionados. Experimentos posteriores: prueban predicciones basadas en el modelo.

24 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 24 Un modelo no es una representación exacta de la naturaleza; es una versión simplificada. Las investigaciones posteriores permiten mejorar el modelo o alterarlo para explicar nuevos hechos. Un modelo es válido hasta que experimentos demuestren inconsistencias. LEY. Como resultado de las OBSERVACIONES, los fenómenos naturales, medidos y que son universal- mente consistentes pueden ser propuestos como LEY.

25 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 25 Mediciones en el estudio científico En el estudio experimental de un sistema es necesario realizar mediciones cuantitativas. Las mediciones corresponden a propiedades físicas del sistema. Un comité internacional se encargó de establecer un sistema métrico revisado y aceptado por los científicos a nivel mundial: SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES SI

26 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 26 Características generales de la unidades SI Consta de 7 unidades básicas, c/u corresponde a una cantidad física. Todas las restantes unidades son derivadas, corresponden a combinaciones de las básicas. Las unidades básicas del sistema SI son: masa, longitud, tiempo, temperatura, corriente eléctrica, cantidad de sustancia, intensidad luminosa

27 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 27 Unidades básicas SI Cantidad física (dimensión) Nombre de la unidad Símbolo de la unidad Masa kilógramo kg Longitud metro m Tiempo segundo s Temperatura kelvin K Corriente eléctrica amper A Cantidad de sustancia mol mol Intensidad luminosa candela cd

28 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 28 Ejemplos de unidades derivadas SI: Para DENSIDAD: La unidad SI para ENERGIA es: Para PRESION:

29 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 29 En ciertas ocasiones es necesario manejar equivalencias comunes entre SI y otros sistemas de unidades. Ejemplos: Longitud: pulgada (in), pie (ft), yarda (yd), milla (mi) Volumen: litro (L), galón (gal) Masa: libra (lb) Temperatura: grado Celcius (°C), grado Fahrenheit (°F)

30 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 30 Problema La fibra óptica que se utiliza en comunicaciones de redes computacionales tiene masa 1,19 ×10 -3 lb/m. Con un cable de esta fibra óptica que consta de 6 hebras, se desea conectar dos puntos que distan 8,85×10 3 km entre sí, (distancia aproximada entre Nueva York y París). ¿Cuál es la masa de cable que se necesita? Exprésela en kg.

31 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 31 Solución:

32 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 32 Relación entre escalas de TEMPERATURA: K°C °F K °C °F 0-273,15 ? tarea 273, , K180°F100 °C Tamaño grado K = tamaño grado °C > tamaño de grado °F

33 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 33 Conversión entre K, °C y °F: T(K) = T(°C) + 273,15 T(K) = ? T(°F) Tarea

34 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 34 Problema La temperatura corporal de un niño, medida con un termómetro en escala Farenheit, es T = 101,7 °F. a)¿Tiene fiebre el niño? b)Si se hubiese utilizado un termómetro en escala Kelvin, ¿qué valor de temperatura se hubiese leído?

35 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 35 Equivalencias entre algunas unidades comunes: 1 Angstrom = m = 0,1 nm 1 pulgada = 2,54 cm 1 L = m 3 = 1dm 3 1 galón = 3,785 L 1 libra = 453,6 g 1 atm = 1,01325 x 10 5 Pa = 760 torr = 760 mmHg = 1,01325 bar

36 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 36 Es necesario conocer el orden de magnitud de algunas cantidades. Orden de magnitud se refiere a la potencia de 10 del valor de una propiedad, expresada en una determinada unidad. Ejemplos: Si m = 3,6 x 10 4 kg, su orden de magnitud es 10 4 kg. Si P = 0, Pa, su orden de magnitud es Pa.

37 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 37 MAGNITUDES

38 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 38 Prefijos decimales comunes: Prefij o símbolonúmeroNotación exponencialEjemplo con m tera giga mega kilo hecto deca - deci centi mili micro nano pico femto T G M k h da - d c m n p f ,1 0,01 0,001 0, , , , Tm = m 1 Gm = 10 9 m 1 Mm = 10 6 m 1 mm = m 1 m m = m 1 nm = m

39 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 39 Para expresar valores: muy grandes muy pequeños debe utilizarse la notación científica. Ejemplo: V = 0,00055 m 3 => V = 5,5 x m 3

40 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 40 Cifras significativas No es posible medir algo exactamente o conocer una cantidad con absoluta certeza. Cada medición que se hace incluye cierta incertidumbre. La elección del instrumento para una medición depende de cuánta incertidumbre es aceptable en una situación dada.

41 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 41 Ejemplo: Al comprar manzanas por kilogramo es per- fectamente aceptable una balanza cuya escala mida hasta 0,1 kg (mínimo). Así, una medida en esa balanza puede ser: 2,0 ± 0,1 kg ± 0,1 kg expresa la incertidumbre y esta incertidumbre significa que las manza- nas pesan entre 1,9 kg y 2,1 kg

42 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 42 Las cifras (dígitos) que se obtienen de una medición están determinadas por la incertidumbre del instrumento utilizado. Si las mismas manzanas se pesaran en una balanza cuya escala permite leer hasta 0,01kg, el resultado podría ser: 2,03 ± 0,01 kg lo que indicaría que la medida está entre 2,02 kg y 2,04 kg.

43 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 43 Definición Cifras significativas: son todos los dígitos que tienen significado en una cantidad medida o calculada. Todo valor debe ser escrito sólo con las cifras significativas.

44 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 44 En el ejemplo de las manzanas: El valor de la medición hecha en la: - primera balanza tiene DOS CIFRAS SIGNIFICATIVAS: 2,0 kg - segunda balanza tiene TRES CIFRAS SIGNIFICATIVAS: 2,03 kg Mientras mayor es el número de cifras significativas menor es la incertidumbre de la medida.

45 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 45 ¿Cuáles cifras son significativas? Todos los dígitos, contados de izquierda a derecha, desde el primer dígito distinto de cero son cifras significativas. Ejemplos: 45,6789 g 45,6089 g 6 cs 6 cs 45,67890 g 0,0031 L 7 cs 2 cs 0,0031 L 0, kg 2 cs 5 cs 0, kg 0, kg 5 cs 7 cs

46 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 46 … más ejemplos… 500 g500 g 500 g 1 cs 500 g 3 cs 5,00 x 10 2 g 3 cs 5,0 x 10 2 g 2 cs 5 x 10 2 g 1 cs

47 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 47 ¿Cómo se establecen las cs ? En sumas y restas: el resultado debe tener tantas cs después del punto decimal como el sumando que tiene menor número de cs decimales. Ejemplo: 756,230 torr 3 cs después de la coma + 15,9 torr 1 cs después de la coma 721,130 torr debe tener 1cs después de la coma Por lo tanto es necesario redondear el resultado a 721,1 torr

48 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 48 En multiplicación y división: el producto o el cociente resultante debe tener tantas cs como el factor que tiene menor número de cs. (Este factor no debe ser una constante). Ejemplo: 5,387 m x 0,25 m x 1,06 m = 1, m 3 El resultado debe tener 2 cs, ya que 0,25 es el el factor que menos cs tiene, luego debe informarse: 1,4 m 3

49 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 49 El resultado se debe informar con 4 cs, debido a que de todos los números involucrados en la opreación el que tiene menor número de cs tiene 4. Dese cuenta que el número 3 es una constante. La respuesta correcta es: 28,21 m 2 Ejemplo: La siguiente expresión corresponde al cálculo de la tercera Parte de la superficie de un rectángulo de lados 12,30 m y 6,881 m:

50 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 50 ¿Cómo se redondea? 1.Se eliminan los dígitos que siguen al dígito que se debe conservar siempre que sean menores que 5; 50; 500; 5000 etc. Ej redondear el número 4,3123 a: 2 cs después de la coma: 4,31 3 cs después de la coma: 4,312

51 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad Si el dígito que sigue al que debe mantenerse es mayor que 5, entonces se incrementa en una unidad el dígito que lo precede. Ejemplo: redondear 0,2865 a 2 cs 0,29 3.Si el dígito que sigue al que debe mantenerse es igual a 5, entonces el dígito anterior: se mantiene si es par se incrementa en una unidad si es impar Ejemplos: redondear 145,85 a 1 cs después de la coma 145,8 redondear 145,35 a 1 cs después de la coma 145,4

52 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 52 Problema. La masa de una muestra de metal es 68,000 g y su volumen es 5 cm 3. Determine la densidad del metal en g/cm 3. (Debe escribir su resultado con el número de cifras significativas que le permiten los datos).

53 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 53 Solución. De acuerdo a los datos dados, la densidad debe escribirse con: 1 cs La respuesta correcta es: metal = 1x10 g/cm 3

54 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 1 54 Si en el problema anterior el volumen del metal hubiese sido 5,0 cm 3, ¿cuál sería el valor correcto para la densidad del metal? Resuelva, compare, obtenga conclusiones.


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