Ing. Felipe Natividad Santos CECyTE 20 URUAPAN QUÍMICA I Ing. Felipe Natividad Santos

¡LA QUÍMICA ESTÁ EN TODAS PARTES! INTRODUCCIÓN La química estudia los materiales y los cambios que experimentan. Los principios químicos se aplican a todos los aspectos de nuestras vidas. ¡LA QUÍMICA ESTÁ EN TODAS PARTES! Todo lo que puedes tocar, ver u oler contiene una o más sustancias químicas

ESTUDIO DE LA QUÍMICA ELEMENTOS MATERIA MOLÉCULAS ÁTOMOS COMPUESTOS ENERGÍA

DIVISIONES DE LA QUIMICA Química inorgánica Química Orgánica Química Nuclear Química cuántica Físico Química Química Descriptiva Química aplicada Química Analítica Tarea

La observación y la experimentación son las claves de la ciencia EL MÉTODO CIENTÍFICO La observación y la experimentación son las claves de la ciencia

¿Por qué hacer observaciones y realizar experimentos?

¿Por qué hacer observaciones y realizar experimentos? Para responder preguntas

¿Por qué hacer observaciones y realizar experimentos? Para responder preguntas El método científico es un sistema empleado en la ciencia para responder preguntas.

El método consta de 8 etapas

1. Determinación del problema

1. Determinación del problema Frecuentemente el problema surge de una serie de observaciones iniciales del investigador

2. Investigación bibliográfica

Búsqueda de publicaciones sobre el tema para 2. Investigación bibliográfica Búsqueda de publicaciones sobre el tema para ver si ha sido previamente investigado

Búsqueda de publicaciones sobre el tema para 2. Investigación bibliográfica Búsqueda de publicaciones sobre el tema para ver si ha sido previamente investigado Bibliotecas Hemerotecas Publicaciones científicas Universidades Otros centros de investigación …

Con frecuencia el método científico concluye aquí, ya que el problema ha sido previamente resuelto.

Si no se ha estudiado y resuelto el problema previamente, la investigación debe continuar.

3. Hipótesis

Posible respuesta al problema basada en la información disponible. 3. Hipótesis Posible respuesta al problema basada en la información disponible.

4. Experimentación

4. Experimentación Para contrastar la hipótesis es necesario experimentar y realizar nuevas observaciones.

Los experimentos deben estar diseñados para proporcionar una información útil y deben ser reproducibles

5. Elaboración de un modelo o teoría

5. Elaboración de un modelo o teoría Después de analizar los datos recolectados, se propone un modelo o teoría que explique todas las observaciones.

6. Revisión de la teoría

Nuevos experimentos y observaciones permiten 6. Revisión de la teoría Nuevos experimentos y observaciones permiten comprobar que se cumplen las predicciones basadas en la teoría.

Estas observaciones adicionales pueden: 6. Revisión de la teoría Estas observaciones adicionales pueden:

6. Revisión de la teoría Estas observaciones adicionales pueden: Probar que la teoría es correcta

6. Revisión de la teoría Estas observaciones adicionales pueden: Probar que la teoría es correcta Hay que comunicar los resultados  7

6. Revisión de la teoría Estas observaciones adicionales pueden: Probar que la teoría es inexacta

6. Revisión de la teoría Estas observaciones adicionales pueden: Probar que la teoría es inexacta Es necesario modificar la teoría  5

6. Revisión de la teoría Estas observaciones adicionales pueden: Probar que la teoría es incorrecta

6. Revisión de la teoría Estas observaciones adicionales pueden: Probar que la teoría es incorrecta Hay que plantear una nueva hipótesis  3

7. Publicación de los resultados

7. Publicación de los resultados Informando sobre la experimentación, las observaciones y la teoría. Los resultados deben ser honestos e imparciales.

8. Verificación por otros investigadores

¿Aprecian otros observadores las mismas cosas? 8. Verificación por otros investigadores ¿Aprecian otros observadores las mismas cosas?

8. Verificación por otros investigadores ¿Aprecian otros observadores las mismas cosas? ¿Pueden reproducirse los experimentos?

8. Verificación por otros investigadores ¿Aprecian otros observadores las mismas cosas? ¿Pueden reproducirse los experimentos? ¿Obtienen las mismas conclusiones otras investigaciones?

8. Verificación por otros investigadores ¿Aprecian otros observadores las mismas cosas? ¿Pueden reproducirse los experimentos? ¿Obtienen las mismas conclusiones otras investigaciones? Si la respuesta a estas preguntas es sí, la teoría puede ser aceptada.

8. Verificación por otros investigadores ¿Aprecian otros observadores las mismas cosas? ¿Pueden reproducirse los experimentos? ¿Obtienen las mismas conclusiones otras investigaciones? Si la respuesta es no, serán necesarias nuevas teorías para explicar el problema original.

Todo esto no quiere decir que la ciencia tenga respuesta para todo –no es así–, en cambio, la ciencia es una poderosa herramienta que nos ha permitido comprender muchas cosas sobre el mundo y el universo que nos rodea. Tarea

MATERIA MATERIA

La materia Definición Clasificación Sustancias puras Elementos Compuestos Mezclas Homogéneas Heterogéneas Propiedades de la materia Procesos o transformaciones físicas y químicas Separación de mezclas Heterogéneas Homogéneas Resumen Ejercicios

Cuerpo material tiene límites propios y bien definidos Materia: Todo aquello que tiene dimensiones y ocupa un lugar en el espacio. Una porción limitada de materia recibe el nombre de cuerpo o sistema material. Cuerpo material tiene límites propios y bien definidos Sistema material carece de morfología propia o sus límites son imprecisos, ya sea por su naturaleza o por su extensión. Sistemas materiales Cuerpos

CLASIFICACIONES DE LA MATERIA La materia = material físico del universo, todo lo que tenga masa y ocupe un espacio. ESTADO FÍSICO COMPOSICIÓN Elemento Compuesto Gas Sólido Líquido Mezcla

Estados de la materia GAS/VAPOR: no tiene volumen o forma fija. Ocupa el volumen y toma la forma de su recipiente. Puede comprimirse o expandirse. LÍQUIDO: Volumen definido independiente de su recipiente, no tiene forma definida. Toma la forma de la parte que ocupa del recipiente. SÓLIDO: Forma y volumen definidos. PLASMA: El plasma son cationes, es decir átomos que han perdido electrones y por lo tanto tienen su carga eléctrica positiva. Se encuentra p.ej. en la corona de las flamas y el sol. CONDENSACION DE BOSE-EINSTEIN:los átomos se comportan como si fueran un gran átomo, lo que resulta en una nueva forma en que la materia puede agruparse

Estados de agregación de la materia

Clasificación de la Materia Sustancias puras Mezclas Procesos Físicos Clasificación de la Materia Elementos Reacciones Químicas Compuestos Mezclas homogéneas (Disoluciones) Mezclas Heterogéneas Agua Oro Sal Cloruro ce sodio Aleación Oro en agua

Composición ELEMENTOS: Cada elemento se compone de sólo un tipo de átomo. No se descomponen en sustancias más simples. Se conocen 118 elementos. COMPUESTOS: Sustancias que contienen 2 o más elementos. Contienen 2 o mas tipos de átomos. MEZCLAS: La mayor parte de la materia consiste en mezclas de diferentes sustancias. Cada sustancia conserva su propia identidad química y sus propiedades. Puede ser HOMOGENEA (sal + agua) o HETEROGENEA (roca)

PROPIEDADES DE LA MATERIA Toda sustancia tiene un conjunto único de propiedades. Las propiedades pueden ser FÍSICAS o QUÍMICAS PROPIEDADES QUÍMICAS Describen la forma en que una sustancia puede cambiar o reaccionar para formar otras sustancias. Inflamabilidad PROPIEDADES FÍSICAS: Color Olor Densidad Punto de fusión Punto de ebullición dureza Propiedades Intensivas: Útiles para identificar las sustancias (temperatura y densidad) Propiedades Extensivas: Dependen de la cantidad de la muestra (masa y volumen)

Cambios físicos y químicos CAMBIO FÍSICO: Una sustancia cambia su apariencia física pero no su composición. Ej. Evaporación del agua. CAMBIO QUÍMICO: Llamado también reacción química. Una sustancia se transforma en otra químicamente diferente. Ej. Cuando el H arde con el aire experimenta un cambio químico, ya que se combina con el O y forma el H2O. ACTIVIDAD: ¿Cuál de las siguientes es un cambio físico y cuál un químico? Las plantas utilizan dióxido de carbono y agua para producir azúcar. El vapor de agua en el aire, en un día frío forma escarcha.

Procesos físicos y químicos En la naturaleza se producen gran variedad de cambios, como la dilatación de un metal, los cambios de estado del agua, la oxidación de algunos metales, el movimiento de los coches, ... Procesos o cambios físicos Procesos o cambios químicos Reacciones químicas Las sustancias mantienen su naturaleza y sus propiedades esenciales, es decir, siguen siendo las mismas sustancias. Las sustancias cambian su naturaleza, se transforman en otras distintas, que tienen propiedades diferentes. La mantequilla, al derretirse, sigue siendo mantequilla. El balón de fútbol en movimiento sigue siendo un balón. En la fotosíntesis, las plantas producen oxígeno y nutrientes a partir de dióxido de carbono y agua. La herrumbre que se forma en la viga es una sustancia distinta al hierro. La botella rota sigue siendo de vidrio. La ceniza que se crea en la hoguera es una sustancia distinta a la madera. Ebullición de nitrógeno Reacción entre la sacarosa y el clorato potásico Cuando se vierte nitrógeno líquido, este hierve vivamente al adquirir la temperatura ambiente. La sacarosa (azúcar de mesa) reacciona con clorato de potasio formando nuevas sustancias, como esta extraña masa de carbono.

Separación de Mezclas Los componentes en una mezcla se pueden separar, aprovechando las diferencias en las propiedades de los componentes. MÉTODOS DE SEPARACIÓN Filtración  Sustancias que no son solubles y se depositan Decantación  Líquidos no miscibles Sedimentación  Sólidos en suspensión en un líquido Extracción  Sustancias que se encuentran disueltas Destilación  Líquidos miscibles Cromatografía  Componentes de una mezcla homogénea  adhesión

UNIDADES DE MEDICIÓN Propiedades de la materia son cuantitativas (numéricas) Una medida siempre debe especificar las unidades (sistema métrico). Muy usadas las Unidades SI, tiene 7 unidades fundamentales: Cantidad física Nombre unidad Abreviatura Masa Kilogramo kg Longitud Metro m Tiempo Segundo s Temperatura Kelvin K Cantidad de sustancia Mol mol Corriente eléctrica Ampere A Intensidad luminosa Candela cd

ACTIVIDAD: ¿Cuál de las siguientes cantidades es la más pequeña: En el sistema métrico se usan PREFIJOS para indicar fracciones decimales o múltiplos de varias unidades. Prefijo Abreviatura Significado Ejemplo Giga G 109 1 gigametro (Gm) = 1 x 109 m Mega M 106 1 megametro (Mm) = 1 x 106 m Kilo k 103 1 kilómetro (km) = 1 x 103 m Deci d 10-1 1 decímetro (dm) = 0.1 m Centi c 10-2 1 centímetro (cm) = 0.01 m Mili m 10-3 1 milímetro (mm) = 0.001 m Micro µ 10-6 1 micrómetro (µm) = 1 x 10-6 m Nano n 10-9 1 nanómetro (nm) = 1 x 10-9 m Pico p 10-12 1 picómetro (pm) = 1 x 10-12 m Femto f 10-15 1 fentómetro (fm) = 1 x 10-15 m ACTIVIDAD: ¿Cuál de las siguientes cantidades es la más pequeña: 1 mg, 1 µg ó 1 pg?

Medida de la cantidad de material en un objeto. Longitud: Medida de la distancia. La unidad SI fundamental para la longitud es el metro (m) Masa: Medida de la cantidad de material en un objeto. La unidad SI fundamental para la masa es el kilogramo (kg) Temperatura: Medida del calor o frío de un objeto. Escala Celsius (0°C = congelación y 100°C = ebullición del agua) También se usan las escalas Kelvin (derivada del SI, no se usa símbolo °) y Fahrenheit. °C = 5/9 (°F - 32) °F = 9/5 (°C)+ 32 K = °C + 273.15

Unidades derivadas del SI Volumen: La unidad SI para el volumen es la unidad SI para la longitud (m) elevada al cubo (m3). En química se usan centímetros cúbicos (cm3), litro (l). En laboratorio se mide el volumen con mayor precisión con jeringas, pipetas y buretas. También probetas graduadas y matraces volumétricos Densidad: Propiedad de la materia para caracterizar una sustancia. Es la cantidad de masa por unidad de volumen de la sustancia. Densidad de líquidos (g/cm3) Densidad de sólidos (g/ml) Peso y densidad no es lo mismo (1kg de aire tiene la misma masa que 1kg de hierro, pero el hierro ocupa un espacio más pequeño.

INCERTIDUMBRE EN LA MEDICIÓN Números Exactos: 1 docena de huevos = exactamente 12 huevos 1 kg = exactamente 1000 g 1 m = exactamente 100 cm Pueden resultar del conteo (# de personas en un salón) Números Inexactos: Se obtienen de mediciones Siempre existe incertidumbre en las cantidades medidas. Existen errores de equipo y errores humanos.

Precisión y Exactitud Se utilizan para explicar las incertidumbres de los valores medidos. PECISIÓN  Medida de qué tanto coinciden las mediciones individuales entre sí. EXACTITUD  Se refiere a qué tanto coinciden las mediciones individuales con el valor correcto o “verdadero”

Cifras Significativas Cualquier dígito diferente de cero es significativo. 1234.56  6 cifras significativas Ceros entre dígitos distintos de cero son significativos. 1002.5  5 cifras significativas Ceros a la izquierda del primer dígito distinto de cero no son significativos. 000456  3 cifras significativas Si el número es menor que uno, entonces únicamente los ceros que están al final del número y entre los dígitos distintos de cero son significativos. 0.01020  4 cifras significativas

A mayor número de cifras significativas, mayor es la certidumbre de la medición. Relación de las cifras significativas con la incertidumbre en la medición 4.0 g 4.00 g Tiene 2 cifras significativas (Mayor incertidumbre) La incertidumbre está en la primera posición decimal. La masa podría ser cualquiera entre 3.9 y 4.1 g. Se puede representar por 4.0  0.1g Tiene 3 cifras significativas (Menor incertidumbre) La incertidumbre está en la seguda posición decimal. La masa podría ser cualquiera entre 3.99 y 4.01 g. Se puede representar por 4.00  0.01g

Cifras Significativas en Cálculos Suma y Sustracción: El número de cifras significativas a la derecha del punto decimal en la suma o la diferencia es determinada por el número con menos cifras significativas a la derecha del punto decimal de cualquiera de los números originales. 6.2456 + 6.2 = 12.4456 redondeado a 12.4 Multiplicación y División: El número de cifras significativas en el producto final o en el cociente es determinado por el número original que tenga la cifras significativas mas pequeño. 2.51 x 2.30 = 5.773 redondeada a 5.77 2.4 x 0.000673 = 0.0016152 redondeado a 0.0016