para el estudio de la Química Conceptos claves para el estudio de la Química Prof. Wilmer Enríquez

QUÍMICA Es el estudio de la materia y sus propiedades, los cambios que experimenta esta materia, y la energía asociada a estos cambios

Ciencias Atmosféricas La Química como la ciencia central Ciencias Atmosféricas Física Oceanografía Medicina Economía Gobierno Química Gente Geología Biología Política Astronomía Antropología

Química de los Plásticos bolsas (PE) lapiceros terminales de PC mesas y sillas (PEs) recipiente de comida paneles de autos teléfono movil marco de lentes

Química de los Nuevos Materiales kevlar gore-tex zapatillas buzos trajes térmicos para el agua tencel (fibra) teflón (PTFE)

Química en tu Baño perfumes crema hidratante crema de afeitar desodorante spray para el pelo protector solar gel de baño

agua, amoniaco, sacarosa, oro, oxígeno. La química es el estudio de la materia y de los cambios que experimenta. La materia es cualquier cosa que ocupa un espacio y que tiene masa. Una sustancia es una forma de materia que tiene una composición definida y propiedades características. agua, amoniaco, sacarosa, oro, oxígeno. 1.4

Propiedades : Son las características que cada sustancia tiene y que le dan su identidad única. Propiedades físicas : Son las que la materia muestra por sí misma, sin cambiar o interactuar con otra sustancia (color, punto de fusión, punto de ebullición, densidad, etc.). Propiedades químicas : Son las que muestra una sustancia a medida que que cambia o interactúa con otra(s) sustancia(s) (inflamabilidad, corrosividad, etc.).

bebida no alcohólica, leche, soldadura Una mezcla es una combinación de dos o más sustancias en la cual las sustancias conservan sus propiedades características. Mezcla homogénea: la composición de la mezcla es la misma en toda la disolución. bebida no alcohólica, leche, soldadura Mezcla heterogénea: la composición no es uniforme en todas partes. cemento, virutas de hierro en arena

Los medios físicos puede usarse para separar una mezcla en sus componentes puros. destilación imán

Se han identificado 115 elementos Un elemento es una sustancia que no se puede separar en sustancias más simples por medios químicos. Se han identificado 115 elementos 83 elementos se encuentran en forma natural en la Tierra oro, aluminio, plomo, oxígeno, carbono, 32 elementos se han obtenido por medios científicos tecnecio, americio, seaborgio

Un compuesto es una sustancia formada por átomos de dos o más elementos unidos químicamente en proporciones definidas. Los compuestos sólo pueden separarse en sus componentes puros (elementos) por medios químicos. Agua (H2O) Glucosa (C6H12O6) Amoniaco (NH3)

Clasificación de la materia Separación por Sustancias puras Mezclas métodos físicos Separación por Mezclas homogéneas Mezclas heterogéneas Compuestos Elementos métodos químicos

Los tres estado de la materia Sólido Líquido Gas

Energía involucrada en cambios de fase Gas Libera energía Ebullición Condensación Líquido Fusión Congelamiento Sólido Requiere energía

Definiciones Energía – ¡La habilidad para realizar trabajo! Energía Potencial – Es la energía de un objeto como resultado de su posición. O la energía de una reacción química. Energía Cinética – Es la energía de un objeto debida a su movimiento.

2H2 (g) + O2 (g) = 2 H2O (g) + Energía ¡El hidrógeno y el oxígeno son gases diatómicos! ¡El agua puede ser un gas! ¡Se liberó energía!– ¡Esto es característico de una reacción Exotérmica ¡Ésta es una reacción química balanceada!

El enfoque científico: Desarrollo de un modelo Observaciones : Fenómenos naturales y eventos medidos; aquellos universalmente consistentes pueden ser establecidos como una ley natural. Hipótesis: Propuesta tentativa que explica las observaciones. Experimento: Procedimiento para probar la hipótesis; mide una variable a la vez. Modelo (Teoría): Conjunto de postulados que explican los datos obtenidos en experimentos acumulados; predice fenómenos relacionados. Experimento posterior: Prueba las predicciones basadas en el modelo.

Definiciones - Masa y peso Masa – Es la cantidad de materia que contiene un objeto. Kilogramo - ( kg ) – Unidad básica de masa en el SI, es un cilindro de platino-iridio resguardado en París como un estándar. Peso – Depende de la masa de un objeto y de la fuerza del campo gravitacional que lo atrae.

Unidades derivadas SI Cantidad Definición de Cantidad Unidad SI Área Longitud cuadrada m2 Volumen Longitud cúbica m3 Densidad Masa por unidad de volumen kg/m3 Velocidad Distancia recorrida por unidad m/s de tiempo Aceleración Velocidad cambiada por unidad de m/s2 tiempo Presión Fuerza por unidad de area kg/(ms2) ( = pascal, Pa)

Equivalencias comunes Cantidad Unidad SI Equivalentes SI Longitud 1 kilómetro (km) 1000 (103) metros 1 metro (m) 100 (102 ) centímetros 1000 (103) millímetros 1 centímetro (cm) 0.01 (10-2) metros Volumen 1 metro cúbico (m3) 1,000,000 (106) centímetros cúbicos 1 decímetro cúbico 1000 centímetros cúbicos (dm3) 1 centímetro cúbico 0.001 dm3 (cm3) Masa 1 kilogramo (kg) 1000 gramos 1 gramo (g) 1000 miligramos

Algunas relaciones de volumen en el SI

Material volumétrico de vidrio común en el laboratorio

Factores de conversión Las conversiones en el sistema métrico son fáciles, como: 1 km = 1000 m y 1 metro (m) = 100 centímetros(cm) y 1 cm = 10 milímetros(mm) Por lo tanto en m y cm: 8.89 km x 1000m / 1 km = 8,890 m 8890 m x 100 cm / m = 889,000 cm

Factores de conversión Factores de conversión múltiple Convertir 3.56 lbs/hr en unidades de miligramos/seg 3.56 lbs/hr x (1kg/2.205 lbs) x(1000g/1kg) x (1000mg/1g) x (1hr/60 min) x (1min/60 seg) = 448 mg/seg

Factores de conversión Volumen métrico a volumen métrico 1.35 x 109 km3 = Volumen de los océanos del mundo 1.35 x 109 km3 x (103 m/1 km )3 x ( 103 litros/1m3) = 1.35 x 1021 litros Factores de conversión: 1000m = 1km 1000 l = 1m3

Ejemplos Masa (kg) de cable Longitud (km) de Fibra 1 km = 103 m Las comunicaciones internacionales por computadora podrán transmitirse dentro de poco por cables de fibra óptica en el fondo del mar. Si un hilo de fibra óptica pesa 1.19 x 10 -3 lbs/m, ¿cuál es la masa (en kg) de un cable hecho de 6 hilos de fibra óptica, cada una lo suficientemente larga para unir Nueva York y París (8.84 x 103 km)?. Masa (kg) de cable Longitud (km) de Fibra 1 km = 103 m Longitud (m) de Fibra 2.205 lb = 1 kg 1m = 1.19 x 10 -3 lb 6 fibras = 1 cable Masa (lb) de Fibra Masa (lb) de Cable

Ejemplos Longitud (m) de fibra = 8.84 x 103 km x 103m / km Masa (lb) de fibra = 8.84 x 106 m x 1.19 x 10-3 lb / 1m = 1.05 x 104 lb Masa (lb) de cable = 1.05 x 104 lb / 1 fibra x 6 fibras / 1 cable = 6.30 x 104 lb / cable Masa (kg) de cable = 6.30 x 104 lb / 1 cable x 1kg / 2.205 lb = 2.86 x 104 kg / cable

Densidad : Relación masa dividida en Volumen Masa Volumen D = La densidad es una caracteristica fisica de una sustancia, aunque su masa y volumen varíen. Propiedades Extensivas: Depende de la cantidad de sustancia presente . Ej: Masa y Volumen Propiedades Intensivas: Es independiente de la cantidad de sustancia presente Ej: Densidad

Densidades de algunas sustancias comunes Sustancia Estado físico Densidad (g/cm3) Hidrógeno Gas 0.000089 Oxígeno Gas 0.0014 Alcohol de grano Líquido 0.789 Agua Líquido 1.0 Sal de mesa Sólido 2.16 Aluminio Sólido 2.70 Plomo Sólido 11.3 Oro Sólido 19.3

Ejemplos El litio (Li) es un sólido suave y gris que tiene la menor densidad de los metales. Si un pequeño bloque de litio pesa 1.49 x 103 mg y sus lados miden 20.9 mm by 11.1 mm por 11.9 mm, ¿cuál es la densidad del litio en g/ cm3 ? Longitud (mm) de los lados Masa (mg) de Li Longitud (cm) de los lados Masa (g) de Li Volumen (cm3) Densidad (g/cm3) de Li

Ejemplos 1 g Masa (g) de Li = 1.49 x 103 mg x = 1.49 g 103 mg Longitud (cm) de un lado = 20.9 mm x 1cm/10 mm = 2.09 cm Similarmente, los otros lados miden 1.11 cm y 1.19 cm Volumen (cm3) = 2.09 cm x 1.11 cm x 1.19 cm = 2.76 cm3 2.76 cm3 1.49 g Densidad del Li = = 0.540 g/cm3

Problema de aplicación - Densidad de un Metal Problema: El cesio es el metal más reactivo de la tabla periódica, ¿cuál es su densidad si un cubo de 3.4969 kg de Cs tiene lados de 125.00 mm cada uno? Plan: Calcule el volumen de las dimensiones del cubo, y calcule la densidad a partir de la masa y el volumen. Solución: longitud = 125.00 mm = 12.500 cm masa = 3.4969 kg x 1000g/kg = 3,496.9 g Volumen = (longitud)3 = (12.500 cm)3 = 1,953.125 cm3 densidad = = = 1.7904 g/ml masa 3496.9 g volumen 1,953.125 cm3

Problema del principio de Arquímedes Problema: Calcule la densidad de un objeto de metal de forma irregular que tiene una masa de 567.85 g si cuando es puesto en una probeta graduada de 2.00 litros conteniendo 900.00 ml de agua, el volumen final del agua en la probeta es 1,277.56 ml. Plan: Calcule el volumen de acuerdo a los distintos datos descritos en el problema , y calcule la densidad usando la masa dada . Solución: Volumen = 1,277.56 ml - 900.00 ml = 377.56 ml Densidad = = = 1. 50 g / ml masa 567.85 g volumen 377.56 ml

Temperatura: Es una medida de que tan fría o caliente es una sustancia en relación a otra. Calor: Es la energía que fluye entre objetos que están a diferentes temperaturas

Escalas de temperatura e interconversiones Kelvin ( K ) - La “escala absoluta de temperatura” comienza en el cero absoluto y sólo tiene valores positivos. Celsius ( oC ) – La escala de temperatura usada en las ciencias, formalmente llamada centígrada, es la escala más comúnmente usada en el mundo, el agua se congela a 0oC, y hierve a 100oC. Fahrenheit ( oF ) – La escala usada comúnmente en Estados Unidos para los reportes del clima; el agua se congela a 32oF, y hierve a 212oF. T (en K) = T (en oC) + 273.15 T (en oC) = T (en K) - 273.15 T (en oF) = 9/5 T (en oC) + 32 T (en oC) = [ T (en oF) - 32 ] 5/9

Temperaturas de congelamiento y ebullición del agua Punto de ebullición del agua Punto de congelamiento 100 Grados Celsius Kelvin 180 Fahrenheit

Ejemplos El volumen de un sólido irregular se puede determinar por la cantidad de agua que desplaza. Una probeta graduada contiene 19.9 ml. de agua. Cuando se agrega una pequeña pieza de galena, un mineral de plomo, se hunde y el volumen del agua aumenta a 24.5 ml. ¿Cuál es el volumen de la pieza de galena en cm3 y en litros. Vol (ml) = 24.5 ml – 19.9 ml = 4.6 ml Vol (cm3) = 4.6 ml x 1 cm3/ 1 ml = 4.6 cm3 Vol (litros) = 4.6 ml x 10 –3 litros/ml = 4.6 x 10 -3 litros

Conversiones de temperatura El punto de ebullición del Nitrógeno líquido es - 195.8 oC, ¿cuál es la temperatura en grados Kelvin y Fahrenheit? T (en K) = T (en oC) + 273.15 T (en K) = -195.8 + 273.15 = 77.35 K = 77.4 K T (en oF) = 9/5 T (en oC) + 32 T (en oF) = 9/5 ( -195.8oC) +32 = -320.4 oF La temperatura normal del cuerpo humano es 98.6oF, ¿cuál es ésta en grados Celsius y Kelvin? T (en oC) = [ T (en oF) - 32] 5/9 T (en oC) = [ 98.6oF - 32] 5/9 = 37.0 oC T (en K) = T (en oC) + 273.15 T (en K) = 37.0 oC + 273.15 = 310.2

Notación científica El número de átomos en 12 g de carbono: 602,200,000,000,000,000,000,000 6.022 x 1023 La masa de un solo átomo de carbono en gramos: 0.00000000000000000000000199 1.99 x 10-23 N x 10n N es un número entre 1 y 10 n es un entero positivo o negativo

Notación científica Adición o sustracción 568.762 0.00000772 mover decimal a la izquierda mover decimal a la derecha n > 0 n < 0 568.762 = 5.68762 x 102 0.00000772 = 7.72 x 10-6 Adición o sustracción Escribir cada cantidad con el mismo exponente n Combinar N1 y N2 El exponente, n, permanece igual 4.31 x 104 + 3.9 x 103 = 4.31 x 104 + 0.39 x 104 = 4.70 x 104

Notación científica Multiplicación División (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 Multiplicar N1 y N2 Sumar exponentes n1 y n2 División 8.5 x 104 ÷ 5.0 x 109 = (8.5 ÷ 5.0) x 104-9 = 1.7 x 10-5 Dividir N1 y N2 Restar exponentes n1 y n2

Cifras significativas: Son los digitos que registramos en una medición tanto los ciertos como los inciertos

El número de cifras significativas en una medida depende del instrumento de medición

Cifras significativas Cualquier dígito que no es cero es significativo 1.234 kg 4 cifras significativas Los ceros entre los dígitos no cero son significativos 606 m 3 cifras significativas Los ceros a la izquierda del primer dígito no cero no son significativos 0.08 L 1 cifra significativa Si un número es mayor que 1, entonces todos los ceros a la derecha del punto decimal son significativos 2.0 mg 2 cifras significativas Si un número es menor que 1, entonces sólo los ceros que están al final y en medio del número son significativos 0.00420 g 3 cifras significativas

Reglas para determinar cuáles dígitos son significativos Todos los dígitos son significativos, excepto los ceros que se usan sólo para posicionar el punto decimal. 1. Asegúrese de que la cantidad medida tenga un punto decimal. 2. Inicie a la izquierda del número y siga a la derecha hasta encontrar el primer dígito que no sea cero. 3. A partir inclusive de ese dígito, todos los dígitos a la derecha son significativos. Los ceros que terminan un número y están antes o después del punto decimal son significativos; por tanto 1.030 ml tiene cuatro cifras significativas, y 5300. L tiene también cuatro cifras significativas. Debería asumirse que números como 5300 L tienen sólo dos cifras significativas. Un punto decimal terminal es a menudo utilizado para clarificar la situación, ¡pero la notación científica es la mejor!

¿Cuántas cifras significativas están en cada una de las medidas siguientes? 24 mL 2 cifras significativas 3001 g 4 cifras significativas 0.0320 m3 3 cifras significativas 6.4 x 104 moléculas 2 cifras significativas 560 kg 3 cifras significativas

Cifras significativas Adición o sustracción La respuesta no puede tener más dígitos a la derecha del punto decimal que cualquiera de los números originales. 89.332 1.1 + 90.432 una cifra significativa después del punto decimal redondeo a 90.4 3.70 -2.9133 0.7867 dos cifra significativa después del punto decimal redondeo a 0.79

Cifras significativas Multiplicación o división El número de cifras significativas en el resultado está determinado por el número original que tiene el número más pequeño de figuras significativas. 4.51 x 3.6666 = 16.536366 = 16.5 3 cifra sig redondeo a 3 cifra sig 6.8 ÷ 112.04 = 0.0606926 = 0.061 2 cifra sig redondeo a 2 cifra sig

Errores de precisión y exactitud en mediciones científicas Precisión –Se refiere a la reproducibilidad o cuán cerca están unas de otras las mediciones de una serie . Exactitud –Se refiere a qué tan próxima está la medida del valor real. Error Sistemático -Produce valores que son o bien todos mayores o todos menores que el valor real. Error Aleatorio -En ausencia de error sistemático, produce algunos valores mayores y menores que el valor real.

exactitud y precisión buenas exactitud deficiente y buena precisión exactitud y precisión deficientes

En este experimento se representan 4 medidas con una probeta diferente En este experimento se representan 4 medidas con una probeta diferente. La gráfica representa : Masa (g) de agua Número de prueba A: Alta Precisión, Alta exactitud B: Alta Precisión, Baja exactitud.(Error Sistemático) C: Baja Precisión, el valor promedio esta cerca del valor real (E.A) D: Baja Precisión y Baja Exactitud (Error Aleatorio)

El método del factor unitario para la resolución de problemas Determine qué factor(es) unitario de conversión se necesita. Lleve las unidades a través del cálculo Si todas las unidades se cancelan excepto para la unidad(es) deseada, entonces el problema se resolvió correctamente. ¿Cuántos mL están en 1.63 L? 1 L = 1000 mL 1L 1000 mL 1.63 L x = 1630 mL 1L 1000 mL 1.63 L x = 0.001630 L2 mL

FIN