SUSTANCIAS Y MEZCLAS MODULO I Msc: Anaís Balza QUÍMICA GENERAL

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1 SUSTANCIAS Y MEZCLAS MODULO I Msc: Anaís Balza QUÍMICA GENERAL
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2 MODULO I - PARTE A: NATURALEZA DE LA QUIMICA.
Sustancias y mezclas MODULO I - PARTE A: NATURALEZA DE LA QUIMICA. Concepto de Química. La materia. Clases de Materia - Sustancias puras: Elementos y compuestos.- Mezclas. Estados de agregación de la materia. Cambios de Estado. Transformaciones físicas y químicas.

3 Sustancias y mezclas CONCEPTO DE QUÍMICA QUÍMICA: Parte de la ciencia que se ocupa del estudio de la composición, estructura, propiedades y transformaciones de la materia, de la interpretación teórica de las mismas, de los cambios energéticos que tienen lugar en las citadas transformaciones y de los efectos producidos sobre ellas al añadir o extraer energía en cualquiera de sus formas.

4 Pero... ¿qué es masa y volumen?
DEFINICIÓN DE MATERIA Sustancias y mezclas Es todo lo que nos rodea. La materia es todo lo que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio; también volumen El Cuerpo es una porción limitada de materia Pero... ¿qué es masa y volumen?

5 La masa se mide con una Balanza
Sustancias y mezclas MASA, PESO y VOLUMEN Masa y peso NO es lo mismo. La masa se mide en Kilogramos y el peso en Newton. MASA: Es la cantidad de materia que posee un cuerpo. El PESO es la fuerza que ejerce la gravedad sobre un cuerpo. La masa se mide con una Balanza El peso se mide con un dinamómetro. Volumen es el espacio ocupado por la masa

6 Sustancias y mezclas DEFINICIÓN DE MATERIA Peso, medida de la fuerza gravitatoria ejercida sobre un objeto. En las proximidades de la Tierra, y mientras no haya una causa que lo impida, todos los objetos caen animados de una aceleración, g, por lo que están sometidos a una fuerza constante, que es el peso. Los objetos diferentes son atraídos por fuerzas gravitatorias de magnitud distinta. La fuerza gravitatoria que actúa sobre un objeto de masa m se puede expresar matemáticamente por la expresión P = m x g

7 LAS MEDIDAS Y SU PRECISIÓN
Sustancias y mezclas LAS MEDIDAS Y SU PRECISIÓN MAGNITUD propiedad física medible Cuantificar magnitudes números Sin embargo, un número no es suficiente para cuantificar una magnitud, además se debe especificar la unidad de medida. MAGNITUD = NÚMERO + UNIDADES

8 LAS MEDIDAS Y SU PRECISIÓN Magnitudes Fundamentales
Sustancias y mezclas LAS MEDIDAS Y SU PRECISIÓN Existe una gran cantidad de magnitudes. Muchas de ellas se pueden obtener a partir de otras. Conjunto mínimo de magnitudes Magnitudes Fundamentales A partir de estas obtener todas las demás magnitudes Magnitudes Derivadas. Al conjunto de unidades de las magnitudes fundamentales se le conoce como sistema de unidades.

9 LAS MEDIDAS Y SU PRECISIÓN
Sustancias y mezclas LAS MEDIDAS Y SU PRECISIÓN El sistema internacional (SI) Magnitudes fundamentales

10 Sustancias y mezclas DEFINICIÓN DE MATERIA Según el “Sistema Internacional de Unidades”, el peso se mide en Newton. Nombre Abreviatura Newton N Según el “Sistema Internacional de Unidades”, la masa se mide en Kilogramos. Nombre Abreviatura Gramo g Kilogramo kg 1 Kg equivale a 10 N aprox.

11 PROPIEDADES DE LA MATERIA
Sustancias y mezclas PROPIEDADES DE LA MATERIA Propiedades Extrínsecas o no características: Cambian las propiedades cuando cambia el tamaño de la muestra, ejemplo: volumen de un líquido, la masa de un sólido, la temperatura, la presión de un gas. Propiedades Intrínsecas o características No cambian cuando cambia el tamaño de la muestra, ejemplo: densidad, punto de ebullición, punto de fusión, solubilidad y otras

12 LA MATERIA Y SUS PROPIEDADES

13 PROPIEDADES DE LA MATERIA
Sustancias y mezclas PROPIEDADES DE LA MATERIA FÍSICAS: (Son perceptibles a través de los sentidos) y será una propiedad que tiene una muestra de materia mientras no cambie su composición. EXTENSIVAS (DEPENDEN DEL TAMAÑO DE LOS CUERPOS) INTENSIVAS O ESPECÍFICAS (SON CARACTERÍSTICAS DEL CUERPO QUE SE CONSIDERE E INDEPENDIENTES DE SU FORMA Y TAMAÑO. EJ: color, olor, textura. QUÍMICAS: (Son aquellas que se ponen de manifiesto cuando el sistema se transforma en otro de naturaleza diferente) una o mas muestras de materia se convierten en nuevas muestras de composición diferente.

14 Según: CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS MATERIALES: SU COMPOSICIÓN.
Sustancias y mezclas CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS MATERIALES: Según: SU COMPOSICIÓN. CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS MATERIALES ESTADO DE AGREGACIÓN.

15 CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS MATERIALES:
Sustancias y mezclas CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS MATERIALES: HOMOGÉNEOS: Presenta en todas sus partes las mismas propiedades intensivas SUSTANCIAS PURAS: Elementos y Compuestos DISOLUCIONES: Son mezclas homogéneas de dos o más sustancias HETEROGÉNEOS: Presentan propiedades intensivas que varían de unas zonas a otra. Cada conjunto de zonas con propiedades intensivas iguales recibe el nombre de fase. La superficie de separación entre ellas se llama interfase. Ej: el granito, mica, cuarzo…

16 CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS MATERIALES:
Sustancias y mezclas CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS MATERIALES: Materia heterogénea = Mezclas Heterogéneas Mezclas Homogéneas o disoluciones (Disolvente + Soluto) Materia homogénea Elementos químicos Sustancias puras Compuestos químicos

17 Sustancias y mezclas CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA Con el modelo anterior, la materia que conocemos, puede clasificarse en: 1. Sustancias puras. 2. Mezclas

18 CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS MATERIALES:
Compuesto Homogéneas Heterogéneas Elemento Cambios Químicos oxígeno oro hierro sal bicarbonato de sodio azúcar refresco gasolina aire polvo arena vinagreta Sustancias y mezclas CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS MATERIALES: Toda la Materia Cambios Físicos Sustancias puras Mezclas

19 SUSTANCIAS PURAS CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA COMPUESTOS ELEMENTOS
Sustancias y mezclas CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA SUSTANCIAS PURAS Se clasifican en ... Se descomponen en ... COMPUESTOS ELEMENTOS Se combinan para dar ...

20 Sustancias y mezclas SUSTANCIAS PURAS Las sustancias puras son aquellas que tienen propiedades físicas y químicas bien definidas como: el oro, el oxígeno, el azúcar, la sal, etc. Cristales de azúcar Cristales de sal

21 CARACTERÍSTICAS DE LAS SUSTANCIAS PURAS
Sustancias y mezclas CARACTERÍSTICAS DE LAS SUSTANCIAS PURAS Sustancia pura, forma de materia HOMOGÉNEA de composición uniforme e invariable y cuyas propiedades físicas y químicas son idénticas, sea cual sea su procedencia. Las sustancias puras se identifican por sus propiedades características, es decir, poseen una densidad determinada y unos puntos de fusión y ebullición propios y fijos que no dependen de su historia previa o del método de preparación de las mismas. Por ejemplo, el agua pura, tanto si se destila del agua del mar, se toma de un manantial o se obtiene en una reacción química por unión del hidrógeno y el oxígeno, tiene una densidad de kg/m3, su punto de fusión normal es 0 °C y su punto de ebullición normal es 100 °C. Las sustancias puras a su vez las clasificamos en: elementos y compuestos

22 2. Compuestos. Formados por diferentes átomos.
Sustancias y mezclas SUSTANCIAS PURAS Las sustancias puras pueden ser: 1. Elementos. Formados por un solo tipo de átomos. 2. Compuestos. Formados por diferentes átomos.

23 Sustancias y mezclas ELEMENTO QUÍMICO Sustancia formada por un solo tipo de átomos (unidades que forman la materia) que no puede ser descompuesta o dividida en sustancias más simples por medios químicos ordinarios. Se conocen actualmente 118 tipos de átomos diferentes luego existirán 118 elementos químicos. Podemos obtener aproximadamente 96 de esos elementos a partir de fuentes naturales. El resto no aparecen de forma natural y solamente los podemos obtener de forma artificial, bombardeando los núcleos atómicos de otros elementos con núcleos cargados o con partículas nucleares. Dicho bombardeo puede tener lugar en un acelerador de partículas (como el ciclotrón), en un reactor nuclear o en una explosión nuclear. Una ordenación especial y una lista completa de los elementos en forma de tabla la encontramos en la Tabla Periódica de los elementos. La estudiaremos en un tema posterior y la utilizaremos a lo largo de la mayor parte del temario.

24 SUSTANCIAS PURAS: Elementos
Sustancias y mezclas SUSTANCIAS PURAS: Elementos Todos los elementos (átomos) conocidos se recogen, ordenados, en una tabla denominada Sistema Periódico.

25 Sustancias y mezclas COMPUESTO QUÍMICO Sustancia formada por dos o más elementos que se combinan en proporción invariable y unidos firmemente mediante enlaces químicos. Se han identificado millones de compuestos químicos diferentes. En algunos casos podemos aislar una molécula de un compuesto. Una molécula es la entidad mas pequeña posible en la que se mantienen las mismas proporciones de los átomos constituyentes que en el compuesto químico. El agua, por ejemplo, está formada por tres átomos dos de hidrógeno unidos a un solo átomo de oxígeno. Hay otras moléculas mocho mas grandes por ejemplo la gammaglobulina, proteína de la sangre, formada por átomos sólo de cuatro tipos: carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno.

26 Mezclas Características La composición varia de una muestra a otra
Sustancias y mezclas Mezclas Características La composición varia de una muestra a otra Los componentes son químicamente diferentes y mantienen sus propiedades en la mezcla No funden o hierven a una temperatura definida y característica Dos tipos Homogénea Componentes uniformemente mezclados Una sola fase También se les llama soluciones Heterogénea Los componentes no se mezclan uniformemente Hay presente más de una fase

27 Las mezclas están formadas por partículas diferentes.
Sustancias y mezclas SUSTANCIAS Y MEZCLAS Las mezclas están formadas por partículas diferentes.

28 Las mezclas pueden clasificarse por su aspecto visual en:
Sustancias y mezclas SUSTANCIAS Y MEZCLAS Las mezclas pueden clasificarse por su aspecto visual en: 1. Homogéneas. 2. Heterogéneas. Agua con azúcar Granito

29 Sustancias y mezclas SUSTANCIAS Y MEZCLAS Las mezclas homogéneas más conocidas son las disoluciones, formadas por un disolvente y un soluto. Ejemplos de disoluciones

30 Diferencias entre Mezclas y Compuestos
Sustancias y mezclas SUSTANCIAS Y MEZCLAS Diferencias entre Mezclas y Compuestos

31 SUSTANCIAS Y MEZCLAS

32 Sustancias y mezclas Separación de mezclas Actividad experimental que involucre la preparación de una Mezcla de materiales que tienen diferentes propiedades físicas para luego separarlas. Los procesos de separación de mezclas se hacen en función de las propiedades Densidad Temperatura de fusión Temperatura de ebullición Solubilidad Reactividad Magnetismo Tamaño de partícula

33 Sustancias y mezclas Separación de mezclas En los 2 tipos de mezclas, sus componentes pueden separarse en sustancias puras por medios físicos, sin cambiar la naturaleza química de sus componentes y por medios mecánicos ALGUNOS “MEDIOS FISICOS” UTILIZADOS CON FRECUENCIA: Evaporación, destilación, cristalización, cromatografía. ALGUNOS “MEDIOS MECANICOS” UTILIZADOS CON FRECUENCIA: Tamizado, Imantación, Filtración, Decantación, Centrifugación.

34 Las sustancias que forman las mezclas pueden separarse
Sustancias y mezclas SUSTANCIAS Y MEZCLAS Las sustancias que forman las mezclas pueden separarse por diferentes métodos. Tamizado Imantación o magnetismo Filtración. Decantación. Centrifugación - Destilación. Evaporación Cristalización Cromatografía.

35 La tamización se utiliza para separar
Sustancias y mezclas SUSTANCIAS Y MEZCLAS arena grava arcilla Tamización La tamización se utiliza para separar mezclas de sólidos pulverizados en granos de diferentes tamaños. Consiste en hacer pasar la mezcla a través de distintos tamices. Los tamices se colocan de manera que el que tiene los poros más grandes esté arriba, y el que tiene los poros más pequeños, abajo. Con este método se separan, por ejemplo, las fracciones de grava, arena y arcilla que constituyen un suelo.

36 Separación magnética Separación magnética o Imantación
Sustancias y mezclas SUSTANCIAS Y MEZCLAS Separación magnética Separación magnética o Imantación Se usa esta técnica para separar sustancias magnéticas, como el hierro, de otras que no lo son. La propiedad de ser atraídas por los imanes que presentan estas sustancias se aprovecha para separarlas del resto de los componentes de una mezcla.

37 Filtración. Filtración La filtración se emplea para separar
Sustancias y mezclas SUSTANCIAS Y MEZCLAS Filtración. Filtración La filtración se emplea para separar un sólido mezclado con un líquido en el cual no es soluble, y consiste en hacer pasar la mezcla a través de un papel de filtro que se acopla a un embudo.

38 Sustancias y mezclas SUSTANCIAS Y MEZCLAS Decantación. La decantación se utiliza para separar líquidos que no son solubles entre sí y presentan diferentes densidades, como, por ejemplo, una mezcla de aceite y agua. Para ello se vierte la mezcla en un embudo especial, llamado embudo de decantación, en el que se puede regular el paso del líquido mediante una llave. Se deja reposar la mezcla hasta que ambos líquidos se separan y se abre la llave para permitir el paso del líquido más denso a otro recipiente; cuando este ha pasado, se cierra la llave. El líquido menos denso queda retenido en el embudo y se puede obtener por la parte superior.

39 Sustancias y mezclas SUSTANCIAS Y MEZCLAS Centrifugación La centrifugación es un método por el cual se pueden separar sólidos de líquidos de diferente densidad mediante una centrifugadora, la cual imprime a la mezcla un movimiento rotatorio con una fuerza de mayor intensidad que la gravedad, provocando la sedimentación del sólido o de las partículas de mayor densidad.

40 Sustancias y mezclas SUSTANCIAS Y MEZCLAS Destilación.

41 Sustancias y mezclas SUSTANCIAS Y MEZCLAS Evaporación. Consiste en el proceso físico mediante el cual una sustancia líquida pasa lenta y gradualmente al estado de vapor. A diferencia de la ebullición, la evaporación se puede producir a cualquier temperatura, siendo más rápido cuanto más elevada sea esta.

42 Sustancias y mezclas SUSTANCIAS Y MEZCLAS Cristalización. La cristalizaciónes el nombre que se le da a un procedimiento de purificación usado en química por el cual se produce la formación de un sólido cristalino, a partir de un gas, un líquido o incluso, a partir de una disolución. Por medio de la cristalización se separa un componente de una solución en estado líquido pasándolo a estado sólido a modo de cristales que precipitan. Cristales de sulfato de cobre obtenidos al evaporarse el disolvente.

43 Línea horizontal de marcador
Sustancias y mezclas SUSTANCIAS Y MEZCLAS CROMATOGRAFIA Papel de filtro La cromatografía es un método físico de separación en el que los componentes que se han de separar se distribuyen entre dos fases, una de las cuales está en reposo (fase estacionaria, F.E.) mientras que la otra (fase móvil, F.M.) se mueve en una dirección definida. La tinta de los marcadores es un ejemplo de esta, que contiene pigmentos de diversos colores, conocida como cromatografía de papel Alcohol Línea horizontal de marcador

44 ESTADOS DE LA MATERIA Estado líquido Estado sólido Estado gaseoso
Sustancias y mezclas ESTADOS DE LA MATERIA Estado líquido Estado sólido Estado gaseoso

45 La materia se presenta, normalmente, en tres estados
Sustancias y mezclas ESTADOS DE LA MATERIA La materia se presenta, normalmente, en tres estados Sólido Líquido Gas Estados de la materia.

46 Sustancias y mezclas ESTADOS DE LA MATERIA La materia se presenta, normalmente, en tres estados, pero se conoce un cuarto estado y hasta un «quinto» Al cuarto estado de agregación de la materia, y se denomina PLASMA es un estado fluido similar al estado gaseoso pero en el que determinada proporción de sus partículas están cargadas eléctricamente y no poseen equilibrio electromagnético, por eso son buenos conductores eléctricos y sus partículas responden fuertemente a las interacciones electromagnéticas de largo alcance.

47 CAMBIOS DE ESTADOS DE LA MATERIA Cambios físicos
Sustancias y mezclas ESTADOS DE LA MATERIA CAMBIOS DE ESTADOS DE LA MATERIA Cambios físicos

48 1. La materia esta hecha de partículas y vacío.
Sustancias y mezclas ESTADOS DE LA MATERIA Para explicar los hechos anteriores creamos un modelo de materia en base a tres hipótesis: 1. La materia esta hecha de partículas y vacío. 2. Las partículas están en constante movimiento. 3. Las partículas pueden enlazarse entre si.

49 Sustancias y mezclas ESTADOS DE LA MATERIA La materia puede cambiar de estado mediante aportes de energía Cambios en la temperatura conforme vamos suministrando calor.

50 Sustancias y mezclas ESTADOS DE LA MATERIA Gases: Partículas sin enlaces y moviéndose libremente, chocando entre ellas y con las paredes del recipiente. Estado: Los átomos ocupan un volumen mucho mayor. Es el estado en que los átomos están más separados. Gas

51 Sustancias y mezclas ESTADOS DE LA MATERIA Líquidos: Son partículas con ligeros enlaces entre ellas y, por tanto, con movimiento restringido. Estado: los átomos se encuentran esparcidos en un volumen mayor, sin seguir ninguna estructura. La separación entre cada átomo es mayor que en el sólido. Líquido

52 ESTADOS DE LA MATERIA Sólido
Sustancias y mezclas ESTADOS DE LA MATERIA Sólidos: Son partículas muy próximas, fuertemente enlazadas y solamente con movimiento vibratorio. Podemos ver que los átomos se hallan dispuestos en un volumen pequeño, se sitúan adyacentes, uno al lado del otro, aunque no en contacto, formando generalmente una estructura. Sólido

53 Sustancias y mezclas ESTADOS DE LA MATERIA Estado de Plasma: sus componentes no son átomos, sino partículas individuales y núcleos de átomos. Parece un gas, pero formado por iones (cationes -núcleos y protones con carga positiva-, neutrones sin carga y electrones -con carga negativa-). Cada componente del estado de plasma está cargada eléctricamente y el conjunto ocupa un gran volumen.

54 Sustancias y mezclas ESTADOS DE LA MATERIA QUINTO ESTADO DE LA MATERIA Condensado de Bose-Einstein: todos los átomos se encuentran en un mismo lugar. En la figura, la única bola roja representa la posición donde se hayan todos lo átomos, pero no uno sobre otro, sino todos ocupando el mismo espacio físico. Para hacernos una idea de lo que sería un objeto cotidiano estando en estado de Bose-Einstein, proponemos imaginar que varias personas estuvieran sentadas en la misma silla, no una sentada sobre otra, sino literalmente todas sentadas en la misma silla, ocupando el mismo espacio en el mismo momento.

55 La Química nos permite fabricar sustancias a conveniencia, p.e.:
Sustancias y mezclas SUSTANCIAS Y MEZCLAS La Química nos permite fabricar sustancias a conveniencia, p.e.: Plásticos. Alimentos. Medicamentos. Materiales de construcción