CONCEPTOS BASICOS DE QUIMICA Química es la rama de la ciencias física estrechamente relacionadas con físicas y que trata esencialmente de la composición y el comportamiento de la naturaleza. Química es una ciencia que estudia la composición de la materia y los cambios que en ella ocurren Átomos de un elemento Moléculas de un elemento Moléculas de un compuesto Mezcla de elementos y compuestos Productos químicos de uso cotidiano en el hogar

RELACION CON OTRAS CIENCIAS Física: Se estudia conjuntamente con la química en la ciencia fisicoquímica debido a que muchos fenómenos ocurren simultáneamente combinando las propiedades físicas con las químicas. Arqueología: Para descifrar datos e interrogantes como la antigüedad de piezas arqueológicas. La exactitud se logra por medio de métodos químicos como el del carbono 14. Biología: La ciencia de la vida, se auxilia de la química para determinar la composición y estructura e tejidos y células. Astronomía: Se auxilia de la química para construcción de dispositivos, basados en compuestos químicos para lograr detectar algunos fenómenos del espacio exterior. Medicina: Como auxiliar de la biología y la química, esta ciencia se ha desarrollado grandemente ya que con esta se logra el control de ciertos desequilibrios de los organismos de los seres vivos.

DIVISIONES DE LA QUIMICA General Química Orgánica Aplicada Inorgánica

Química General: Estudia las propiedades comunes de todos los cuerpos y las leyes a las que están sometidos los cambios que en ella se efectúan. Química Aplicada: Estudia las propiedades de cada una de las sustancias en particular, desde el punto de vista útil medicinal, agrícola, industrial, etc. Química Inorgánica: Estudia las sustancias que provienen de los minerales Química Orgánica: Estudia principalmente los compuestos que provienen seres vivos, animales y vegetal

Concepto de QUIMICA? benefactora? Es una ciencia natural que estudia las propiedades y transformaciones de la materia Es el estudio integrado de la preparación, propiedades, estructura y reacciones de los elementos y sus compuestos, así como de los sistemas que forman. AMBIENTAL benefactora? ENERGÍA MATERIALES Nanotecnología

SEPARACIÓN DE MEZCLAS En la naturaleza la gran mayoría de las sustancias se encuentran formando mezclas: Medicinas limpiadores caseros. Mas ejemplos: Cerveza Sangre Aire Agua potable Pintura Aleaciones Hojas de libro En veces es necesario o deseable obtener por separado los componentes de una mezcla o conocer su composición, y a esto se dedica el análisis químico. LOS COMPONENTES DE UNA MEZCLA PUEDEN CONCENTRARSE O SEPARARSE MEDIANTE PROCESOS DE SEPARACION.

LOS TRES ESTADOS DE LA MATERIA

PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS DE LA MATERIA PROPIEDADES FISICAS: Son aquellas que pueden ser observadas sin cambiar la naturaleza de las sustancias ejemplos: Color, olor, dureza, elasticidad, punto de fusión y punto de ebullición. PROPIEDADES QUÍMICAS: Son aquellas que se refieren a la naturaleza intima de la sustancia o a la manera de reaccionar con otra. Ejemplo: La combustión del azufre para producir anhídrido sulfuroso, la explosión producida al quemar hidrogeno, la combustión de un trozo de cinta de magnesio para producir óxido de magnesio.

Todas las propiedades medibles de la materia pertenecen a una de 2 categorías: propiedades extensivas y propiedades intensivas: a) Propiedades extensivas: Son aquellas que varían con la cantidad de materia considerada. Por ejemplo, una bolita de vidrio pesa 5 gramos; una bolita más grande del mismo vidrio pesará más de 5 gramos. Luego, el peso al variar con la cantidad de materia considerada (tamaño de las bolitas), es una propiedad extensiva. b) Propiedades intensivas o específicas: Son aquellas que no varían con la cantidad de materia considerada. Por ejemplo, cuando el agua pura hierve, la temperatura de sus vapores, a presión normal, es de 100º C cualquiera sea la cantidad de agua que se haga hervir.

PROPIEDADES CARACTERÍSTICAS PROPIEDADES GENERALES Estado físico Puntos de cambio de estado Densidad Color, olor y sabor Capacidad de dilatación y contracción Elasticidad Dureza y tenacidad Capacidad de conducir el calor y la electricidad PROPIEDADES GENERALES Gravitación Inercia Divisibilidad Extensión Impenetrabilidad

MASA Y PESO Masa: Es la unidad de la cantidad de materia en un objeto Peso: Es la fuerza que ejerce la gravedad sobre un objeto. La unidad de SI fundamental de masa es el Kilogramo (Kg), pero en química es mas conveniente el gramo (g).I Kg = 1 000 g

Masa La masa es la magnitud física que permite expresar la cantidad de materia que contiene un cuerpo. En el Sistema Internacional, su unidad es el kilogramo (kg.).  Es una cantidad escalar y no debe confundirse con el peso ,que es una cantidad vectorial que representa una fuerza. Tu peso no es igual a tu masa.

VOLUMEN El volumen es una magnitud definida como el espacio ocupado por un cuerpo. La unidad de volumen derivada del SI es el metro cúbico (m3). En Química: centímetro cúbico (cm3) y el decímetro cúbico (dm3). Otra unidad común es el litro (L)= al volumen ocupado por un decímetro cúbico. 1 L = 1000 mL 1 mL = 1cm3 = 1000 cm3 = 1 dm3

DENSIDAD La densidad de una sustancia, es una magnitud referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen. donde ρ es la densidad, m es la masa y V es el volumen del determinado cuerpo

Unidades de densidad Unidades de densidad en el Sistema Internacional de Unidades (SI): kilogramo por metro cúbico (kg/m³). gramo por centímetro cúbico (g/cm³). kilogramo por litro (kg/L) o kilogramo por decímetro cúbico. El agua tiene una densidad próxima a 1 kg/L (1000 g/dm³ = 1 g/cm³ = 1 g/mL). Para los gases suele usarse el gramo por decímetro cúbico (g/dm³) o gramo por litro (g/L)

por su constitución química MATERIA TODO LO QUE OCUPA UN LUGAR EN EL ESPACIO Elementos, sus compuestos y los sistemas que forman La forma en que está estructurada la MATERIA determina sus propiedades físicas y químicas y la manera en que puede reaccionar. Elementos: los encontramos en la tabla periódica SUSTANCIAS Muestra de materia que no puede ser separada en otras mediante cambios físicos Compuestos: óxidos, ácidos, bases y sales MATERIA por su constitución química MEZCLAS Contiene 2 o más sustancias que mantienen su identidad química y se pueden separar mediante cambios físicos.

Un CAMBIO FÍSICO es aquel en que no cambia la identidad química de la materia aunque en todo caso cambie su FORMA. HIELO VAPOR Tienen algunas propiedades diferentes pero ambos son agua Doblar una hoja Doblado o sin doblar ambos son celulosa HOMOGÉNEA: Las propiedades son las mismas en cualquier porción de la mezcla MEZCLAS HETEROGÉNEA: Los componentes individuales permanecen físicamente separados y en ocasiones se pueden ver como tales

MEZCLAS SUSTANCIAS Pueden separarse en sus componentes mediante cambios físicos No pueden separarse en sus componentes por cambios físicos Su composición puede variar de manera continua al agregar uno de sus componentes Su composición es constante la mayoría de las veces Sus propiedades están ciertamente relacionadas con las de sus componentes Sus propiedades no están relacionadas con las de los elementos que los constituyen químicamente. Indica si los siguientes materiales corresponden a un elemento, un compuesto puro o a una mezcla: Agua de Mar Un pedazo de oro Vapor de agua Madera Acido acetico Hierro Gasolina Pintura de aceite Mercurio Aire Aceite para cocinar Bicarbonato de sodio Magnetita

PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS SON SUS CUALIDADES CARACTERÍSTICAS PROPIEDADES FÍSICAS Las mas evidentes son las que se detectan con los sentidos. Por ejemplo, del aspecto visual de la sustancia surgen las siguientes: Estado de agregación (sólida, líquida, o gaseosa) Color Olor Sabor Rugosidad Naturaleza quebradiza Maleabilidad (viabilidad de transformarse en laminas delgadas mediante martilleo

Ductilidad (facilidad para estirar un material en hilo) Dureza (propiedad relativa a la capacidad de una sustancia de rayar otras) Otras propiedades se miden con precisión y pueden expresarse numéricamente. Solubilidad: la masa máxima de sustancia sólida que se disuelve en 100g de disolvente a cierta temperatura. EJEMPLO: solubilidad del cloruro de sodio en agua a 25°C es de 39.12g Densidad: la masa de sustancia contenida en la unidad de volumen. EJEMPLO: la densidad del cloruro de sodio es de 2.163g/ml Punto de Fusión: Temperatura a la que la sustancia líquida solidifica. EJEMPLO: a 0°C el agua se transforma en hielo

Punto de Ebullición: Temperatura a la que la sustancia líquida hierve, a presión normal de 1 atm. EJEMPLO: a 100°C el agua se transforma en vapor Capacidad calorífica específica: cantidad de energía que hace elevar la temperatura de un gramo de sustancia en un grado centígrado. EJEMPLO: a 4°C la capacidad calorifica del agua líquida es 4.184J/g°C Viscosidad: en 2 capas de un fluido, una de las cuales se mueve y la otra no, la viscosidad se refiere a la resistencia que opone la capa en reposo a la que está en movimiento. Coeficiente de viscosidad cinemática es la fuerza por unidad de área requerida para mantener una diferencia unitaria en a velocidad de las 2 capas. DENSO Y VISCOSO AGUA Y ACEITE son 2 sustancias que no se mezclan. Cual es mas densa y cual mas viscosa?

PROPIEDADES QUÍMICAS Son las que se refieren a su comportamiento en las reacciones químicas. Algunos ejemplos: Los metales alcalinos tienen la propiedad de reaccionar violentamente con el agua produciendo hidróxidos (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) http://www.youtube.com/watch?v=lcVqu-DN6HQ Los metales se combinan con el oxígeno para producir óxidos Los hidrocarburos se queman en presencia de aire y producen dióxido de carbono y agua.

10 Esta relacionada con minúsculas partículas invisibles que son dominadas por fuerzas físicas y químicas que no son aplicadas a nivel macro o humano. NANOMATERIALES Propiedades inusuales que no están presentes en materiales ordinarios o tradicionales

REVOLUCIÓN INDUSTRIAL 11 Porque los NANOMATERIALES tienen propiedades INUSUALES? Materiales MICROmétricos propiedades físicas iguales que en bulto.  1 Materiales NANOmétricos propiedades físicas diferentes que en bulto leyes clásicas de la ciencia diferentes. Grandes áreas superficiales Esencialmente sin masa interna 1 Propiedades Especiales que dan un comportamiento único y tienen impacto en las propiedades físicas, químicas, eléctricas, biológicas, mecánicas y funcionales NUEVA REVOLUCIÓN INDUSTRIAL

12 1 Térmicas: SEMICONDUCTORES: Catálisis: ENERGÍA SUPERFICIAL Influencia del tamaño en las propiedades ? 1 Térmicas: Cristales nanométricos tienen PUNTOS DE FUSION bajos Debido a que el No. De átomos o iones en la superficie se vuelven una fracción significativa del total de átomos o iones, y la ENERGIA DE SUPERFICIE juega un papel importante en la estabilidad térmica. SEMICONDUCTORES: Al reducir las partículas a escala NANOMETRICA se vuelven AISLANTES Catálisis: El Au en bulto no presenta propiedades CATALITICAS, sin embargo al reducir sus dimensiones se presentan las propiedades CATALITICAS ENERGÍA SUPERFICIAL

Fisicoquímica de Superficies 13 Fisicoquímica de Superficies Los NANOMATERIALES tienen una fracción grande de átomos en la superficie por unidad de volumen. La relación entre átomos superficiales/átomos internos cambia drásticamente si dividimos sucesivamente un objeto macroscópico en partes mas pequeñas. Cubos de Fe de 10nm de lado Átomos superficiales aumenta en 10% Y el área superficial también. En un cubo de 1nm3 c/átomo sería un átomo superficial por lo que la energía superficial AUMENTARIA Cubo de Fe de 1cm3 Átomos superficiales= 10-5 %

14 La ENERGíA SUPERFICIAL total aumenta con el ÁREA SUPERFICIAL, la cual a su vez es muy dependiente de la dimensión del material. Lado (cm) Area superficial Total (cm2) Energia Superficial (J/g) 0.77 3.6 7.2x10-5 0.1 28 5.6x10-4 0.01 280 5.6x10-3 0.001 2.8x103 5.6x10-2 10-4(1m) 2.8x104 0.56 10-7(1 nm) 2.8x107 560 Cubos grandes = área y energía superficial insignificantes Cubos muy pequeños = área y energía superficial muy significantes 7 ordenes de magnitud mayor De cm a nm

Sólido de átomos esféricos Unidas x energía cohesiva E x mol 15 Que es la ENERGÍA SUPERFICIAL? átomos internos están rodeados de 6 átomos /6 átomos superficiales rodeados de 3 átomos 3/6=  /2 Sólido de átomos esféricos Unidas x energía cohesiva E x mol y  =E/N por molécula. 2D 1 molécula superficial está unida con solo un 50% de la energía de unión de una molécula del interior. Energía de 1 molécula de la superficie del sólido es mayor que la de una molécula del interior Y la Energía extra que poseen los átomos superficiales se describe como la ENERGÍA SUPERFICIAL, ENERGÍA LIBRE SUPERFICIAL, o TENSION SUPERFICIAL Esta energía es significativa cuando el tamaño de las partículas esta en la escala NANOMÉTRICA Los átomos superficiales tienen enlaces NO apareados expuestos en la superficie, y debido a ellos los átomos superficiales están bajo una fuerza dirigida desde dentro y la distancia de los enlaces entre los átomos superficiales y átomos sub-superficiales es MENOR que aquella entre los átomos internos.