Matter and Measurement Lectures written by John Kotz Chemistry and Chemical Reactivity 6th Edition John C. Kotz Paul M. Treichel Gabriela C. Weaver CHAPTER 1 Matter and Measurement Lectures written by John Kotz © 2006 Brooks/Cole - Thomson

Bienvenidos al mundo de la Química

T e x t o

El Lenguaje de la Química ELEMENTOS QUÍMICOS - Sustancias puras que no pueden ser descompuestas por medios ordinarios a otras sustancias. Aluminio Bromo Sodio

Aluminio + Bromo

El Lenguaje de la Química Los elementos, sus nombres y símbolos están dados en la TABLA PERIODICA ¿Cuántos elementos hay allí? 116 elementos

La Tabla Periódica Dmitri Mendeleev (1834 - 1907)

Glenn Seaborg (1912-1999 ) Descubrió 8 nuevos elementos. La única persona que vivía en honor a la cual se nombró un elemento.

Átomos de cobre en una superficie de silice. Vea el CD-ROM Screen 1.4 Un átomo es la partícula más pequeña de un elemento que aún retiene las propiedades del elemento químico. Átomos de cobre en una superficie de silice. Vea el CD-ROM Screen 1.4 Distancia entre = 1.8 nanometer (1.8 x 10-9 m)

El Átomo nucleo (de protones y neutrones) Un átomo consiste de nucleo (de protones y neutrones) electrones en el espacio alrededor del núcleo. Nube electrónica Núcleo

COMPUESTOS QUÍMICOS están compuestos de átomos y por tanto pueden ser descompuestos en tales átomos. El compuesto rojo está formado por: • niquél (Ni) (plata) • carbono (C) (negro) • hidrógeno (H) (blanco) • oxígeno (O) (rojo) • nitrógeno (N) (azul)

Una MOLÉCULA es la unidad más pequeña de un compuesto que aún retiene las características químicas del compuesto. La composición de una molécula está dada por su FORMULA MOLECULAR H2O C8H10N4O2 - cafeína

Elementos de Compuestos

La Naturaleza de la Materia Oro Mercurio Los químicos están interesados en la naturaleza de la materia y como esto se relaciona a sus átomos y moléculas constituyentes.

Grafito — la estructura es una capa de átomos de carbono que refleja ciertas propiedades físicas.

Química y Materia Podemos explorar el muno MACROSCOPICO — lo que podemos ver — Para entender el mundo PARTICULADO que no podemos ver. Escribimos SÍMBOLOS tpara describir estos mundos.

El punto de vista químico de la materia.

El punto de vista químico de la materia. Macroscópico H2O (gas, liquido, sólido) Simbólico Particulado

El punto de vista químico Macroscópico 2 H2(g) + O2 (g) 2 H2O(g) Particulado Simbólico

La Naturaleza Cinética de la Materia. La materia consiste de átomos y moléculas en movimiento..

ESTADOS DE LA MATERIA

ESTADOS DE LA MATERIA SÓLIDOS — tienen forma rígida y volumen fijo. La forma externa puede reflejar los arreglos átomicos y moleculares. Bastante bien entendido. LÍQUIDOS — no tienen forma fija y pueden no llenar completamente un envase. No bien entendido. GASES — se expanden para llenar un envase. Buen entendimiento teórico.

Propiedades Físicas ¿Qué son propiedades físicas? color Punto de fusión y ebullición. Olor.

Cambios Físicos Algunos cambios físicos podrián ser: Punto de ebullición Derretir un sólido. Disolver un sólido en un líquido para producir una mezcla homógenea — una SOLUCIÓN.

DENSIDAD – una propiedad física importante y útil.  = masa/volumen Aluminum Platinum Mercury 13.6 g/cm3 21.5 g/cm3 2.7 g/cm3

Densidades Relativas de los Elementos

Problema Un pedazo de cobre tiene una masa de 57. 54 g. Mide 9 Problema Un pedazo de cobre tiene una masa de 57.54 g. Mide 9.36 cm de largo, 7.23 cm ancho, y 0.95 mm thick. Calcule su densidad (g/cm3).

Estrategia Escribir las dimensiones en unidades comunes. Calcular volumen en centímetros cúbicos. Calcular la densidad.

Estrategia Escribir las dimensiones en unidades comunes. Calcular volumen en centímetros cúbicos. Calcular la densidad.

Estrategia Escribir las dimensiones en unidades comunes. Calcular volumen en centímetros cúbicos. Calcular la densidad.

Note dos cifras significativas Estrategia Escribir las dimensiones en unidades comunes. Calcular volumen en centímetros cúbicos. Calcular la densidad. Note dos cifras significativas

Estrategia Escribir las dimensiones en unidades comunes. Calcular volumen en centímetros cúbicos. Calcular la densidad.

DENSIDAD Densidad es una propiedad INTENSIVA de la materia. NO depende en la cantidad de materia. temperatura Contraste con EXTENSIVA depende en cantidad de materia. masa y volumen. Ladrillo Styrofoam

DENSIDAD Densidad es una propiedad INTENSIVA de la materia. NO depende en la cantidad de materia. temperatura Contraste con EXTENSIVA depende en cantidad de materia. masa y volumen.

PROBLEMA: Mercurio (Hg) tiene una densidad de 13. 6 g/cm3 PROBLEMA: Mercurio (Hg) tiene una densidad de 13.6 g/cm3. ¿Cuál es la masa de 95 mL of Hg en gramos? ¿En libras? Resuelva usando ANALISIS DIMENSIONAL.

PROBLEMA: Mercurio (Hg) tiene una densidad de 13. 6 g/cm3 PROBLEMA: Mercurio (Hg) tiene una densidad de 13.6 g/cm3. ¿Cuál es la masa de 95 mL of Hg? Primero, note que 1 cm3 = 1 mL Estrategia 1. Use densidad para calcular masa (g) a partir del volumen. 2. Convierta masa (g) a masa (lb) Debe conocer el factor de conversión = 454 g / 1 lb

2. Convierta masa(g) a masa en (lb) PROBLEMA: Mercurio (Hg) tiene una densidad de 13.6 g/cm3. ¿Cuál es la masa de 95 mL of Hg? 1. Convierta volumen a masa ( 95 cm3 )(13.6 g/cm3) = 1.3 x 103 g 2. Convierta masa(g) a masa en (lb)

Propiedades Químicas y Cambios Químicos Cambio Químico o Reacción Química — transformación de uno o más átomos o moléculas a una o más moleculas diferentes.

Tipos de Observaciones y Medidas Hacemos observaciones CUALITATIVAS de reacciones — cambios en color y estado físico. Tabién hacemos medidas CUANTITATIVAS, que envuelven números. Use SI units — basadas en el sistema métrico.

UNIDADES DE MEDIDAS Use unidades SI — basadas en el sistema métrico Longitud Masa Tiempo Temperatura Metro, m Kilogramo, kg Segundo, s Grados Celsius, ˚C Kelvins, K

UNIDADES DE MEDIDAS Use unidades SI — basadas en el sistema métrico Cantidad Corriente Luminosidad Velocidad Mol, mol Amperio, A Candela, cd Metros/segundo

Unidades de Longitud Distancia O—H = 9.58 x 10-11 m 9.58 x 10-9 cm 1 kilometro (km) = ? metros (m) 1 metro (m) = ? centímetros (cm) 1 centimetro (cm) = ? millimetros (mm) 1 nanometero (nm) = 1.0 x 10-9 meter Distancia O—H = 9.58 x 10-11 m 9.58 x 10-9 cm 0.0958 nm

Longitud Unidad SI: metro (m) 1 kilometro = 1,000 metros = 0.62137 millas 1 metro = 100 centimetros 1 centimetro = 10 milímetros 1 nanometro = 1.00 x 10-9 metros 1 picometro = 1.00 x 10-12 metros 1 pulgada = 2.54 centimetros 1 Ångstrom = 3.00 x 10-10 metros

Masa Unidad SI: kilogramo (kg) 1 kilogramo = 1.000 gramo 1 gramos = 1.000 miligramo 1 libra = 453.59237 gramos = 16 onzas 1 ton = 2000 libras

Volumen Unidad SI: metro cúbico (m2) 1 litro (L) = 1.00 x 10-3 m3 = 1,000 cm3 = 1.056710 cuartos 1 galón = 4.00 cuartos

Energía Unidad SI: 1 Kg-m2/s2 = 0.23901 calorías 1 caloría = 4.184 Joules

Presión Unidad SI: Pascal (Pa) 1 Pascal = 1 N/m2 = 1 Kg/m-s2 1 atmósfera = 101.325 kilopascales = 760 mmHg = 760 torr = 14.70 lb/pulg2 = 1.01325 bar 1 bar = 105 Pa

Temperatura Unidad SI: Kelvin (K) 0 K = --273.15 oC oK = oC + 273.15 oC ? oC = (5oC/9 oF)(oF – 32oF) ? F = (9oF/5 oC)oC + 32 oF

Tabla de Prefijos FACTOR PREFIJO SIMBOLO 1018 1015 1012 109 106 103 102 10 Exa Peta Tera Giga Mega Kilo Hecto Deca E P T G M k h d 10-1 10-2 10-3 10-6 10-9 10-12 10-15 10-18 Deci Centi Mili Micro Nano Pico Femto Atto c m μ n p f a

Escalas de Temperatura Fahrenheit Celsius Kelvin Anders Celsius 1701-1744 Lord Kelvin (William Thomson) 1824-1907

Escalas de Temperatura Fahrenheit Celsius Kelvin Punto de ebullición del agua 32 ˚F 212 ˚F 180˚F 100 ˚C 0 ˚C 100˚C 373 K 273 K 100 K Punto de congelación del agua Notie que 1 grado kelvin = 1 grado Celsius

Escalas de Temperatura 100 oF 38 oC 311 K oF oC K

Cálculos Usando Temperatura Generalmente se requiere temp en kelvins T (K) = t (˚C) + 273.15 Temperatura corporal = 37 ˚C + 273 = 310 K Nitrógeno Líquido = -196 ˚C + 273 = 77 K

F i n

Problemas de práctica de Kotz 1.1 Elementos Empleando la Tabla Periódica encuentre : Los nombres de los elementos que tienen los símbolos Na, Cl, y Cr Los símbolos para los elementos zinc, níquel y potasio.

Problemas de práctica de Kotz 1.2 Propiedades Físicas Identifique tantas propiedades físicas en la Tabla 1.1 como sea posible para las siguientes ustancias comunes: a) hierro, b) Agua, c) sal de mesa (nombre químico cloruro de sodio) y d) oxígeno.

Hierro Agua Sal de Mesa Oxígeno

Problemas de Práctica de Kotz 1.3 Densidad La densidad del aire seco es 1.18 x 10-3 g/cm3 (= 0.00118 g/cm3. ¿Qué volumen de aire en centímetros cúbicos tiene una masa de 15.5 g?

Problemas de Práctica de Kotz 1.4 Temperatura El nitrógeno líquido hierve a 77oK. ¿Cuál es esta temperatura en grados Celcius?

Problemas de Práctica de Kotz 1.5 Densidad y Temperatura La densidad del aire a 0oC (y presión de 1 atm) es 1.293 x 10-3 g/cm3. ¿Cuál es la densidad del aire a esta temperatura en gramos por litro? La densidad de mercurio a 0oC es 13.595 g/cm3 y a 20oC es 13.546 g/cm3. Estime la densidad el merucrio a 30oC.

Problemas de Práctica de Kotz 1.6 Reacciones químicas y cambios físicos En un campamento en las montañas se hierve una olla de agua al fuego. ¿Qué cambios químicos y físícos se realizan en este proceso?

Problemas de Práctica de Kotz 1.7 Mezclas y Sustancias Puras La foto al margen muestra mezclas en los vasos de precipitados. ¿Cuál de ellas es homógenea y cual es heterogenea? ¿Cuál de ellas e suna solución?

Problemas de Práctica de Kotz 1.8 Interconversión de unidades de longitud Las páginas de un libro de texto típico miden 25.3 cm de largo y 21.6 cm de ancho. ¿Cuál es us longitud en metros? ¿En milímetros? ¿Cuál es el área de la página en centímtero cuadrados? ¿En metros cuadrados?

Problemas de Práctica de Kotz 1.9 Uso de la densidad Una hoja de platino es un cuadrado de 2.50 cm en cada lado con masa de 1.656 g. La densidad del platino es 21.45 g/cm3. ¿Cuál es el espesor de la hoja d eplatino en milímetros?

Problemas de Práctica de Kotz 1.10 Volumen Una botella de vino normal tiene un volumen de 750 mL. ¿A cuántos litros equivale esto? ¿A cuántos decilitros? Un galón estadounidense equivale a 3.7865 L. ¿Cuántos litros contiene un cartón de leche de 2 qt? (Un galón = 4 qt). ¿Cuántos decímetros cúbicos?

Problemas de Práctica de Kotz 1.11 Masa y Densidad La masa de aspirina en una tableta normal es 125 mg. Calcule su masa en gramos y en kilogramos. La densidad de oro es 19, 320 kg/m3. ¿A cuánto equivale esta densidad en g/cm3? La densidad de platino es 21, 450 g/cm3. ¿Qué masa en gramos tiene un pedazo de un cilindro de platino de 3.0 cm de largo con diámtro de 5.0 mm?

Problemas de Práctica de Kotz 1.12 Error, Precisión y Exactitud Dos estudiantes miden el punto de congelación de un líquido desconocido. El estudiante A empleó un termometro normal de laboratorio calibrado en unidades de 0.1 oC. El estudiante B empleó un termometro certificado por el NIST y calibrado en 0.01 oC. Obtuvieron los siguientes resultados: ESTUDIANTE A: -0.3 oC; 0.2 oC; 0.0 oD; y –0.3 oC ESTUDIANTE B: 273.13 oK; 273.17 oK; 273.15 oK; y 273.19 oK. Calcule el valor promedio y la desviación promedio para cada estudiante. Si el líquido desconocido es agua, calcule el error de cada estudiante. ¿Qué estudiante obtuvo valores más precisos? ¿Cuál tuvo el menor error?

Problemas de Práctica de Kotz 1.13 Usos de cifras Significativas ¿Cuál es la suma y el producto de 10.26 y 0.063? ¿Cuál es el resultado del cálculo siguiente?

Problemas de Práctica de Kotz 1.14 Resolución de problemas Cierta pintura tiene una densidad de 0.914 g/cm3. Se necesita cubrir una pared de 7.6 m de largo y 2.74 m de alto con una cpa de pintura de 0.13 mm de espesor. ¿Qué volumen de pintura en litros se requiere? ¿Cuál es la masa (en gramos) de la capa de pintura?