Tema 1: El estudio del cambio.
QU-0114 Química General Intensiva.
M.Sc. Laura Calderón Rodríguez.
1
¿Química?
Materia
Es el material físico, es todo lo que tenga masa y
ocupe espacio.
Esta compuesta por átomos, que es el bloque de
construcción infinitesimalmente mas pequeño que
compone la materia.
Estos forman moléculas.
2
El estudio de la química
Macroscópico
Microscópico
3
Química
• Salud
y medicina
• Sistemas sanitarios
• Cirugía con anestesia
• Vacunas y antibióticos
•Diagnósticos y terapia
• Industria
• Alimentos
• Materiales
• Agronómica
•Energía y medio ambiente
• Combustibles fósiles
• Energía solar
• Energía nuclear
4
Importancia de la Química
5
Estados de la materia
6
Características de los estados de la materia
Sólido
-Cohesión elevada.
-Forma definida.
-Incompresibilidad (no
pueden comprimirse).
-Resistencia a la
fragmentación.
-Fluidez muy baja o
nula.
-Algunos de ellos se
subliman (yodo).
-Volumen constante
(hierro).
Líquido
-Cohesión menor.
-Movimiento energía
cinética.
-No poseen forma
Gaseoso
-Cohesión casi nula.
-Sin forma definida.
-Su volumen es variable.
-Pueden comprimirse
definida.
fácilmente.
-Toma la forma de la
superficie o el recipiente -Ejercen presión sobre
que lo contiene.
las paredes del
-En el frío se comprime. recipiente contenedor.
-Las moléculas que lo
-Posee fluidez a través
componen se mueven
de pequeños orificios.
con libertad.
-Puede presentar
-Ejercen movimiento
ultra dinámico.
difusión.
-Tienden a dispersarse
-Volumen constante.
fácilmente
7
Clasificación de la materia
Varios
componentes
8
Sustancia Pura
• Tiene propiedades definidas y una composición que
no varía de una muestra a otra.
• Elemento: no pueden descomponerse en
sustancias más simples (se componen de un
solo tipo de átomo). Pueden ser átomos o
moléculas. Ej: Fe, Cl2
• Compuesto: Contienen 2 o más elementos (2 o
más tipos de átomos). Se pueden separar sus
componentes por métodos químicos. Ej: FeCl2
9
Mezclas:
• Combinaciones de 2 o más sustancias en las que cada una conserva
su propia identidad química. No tienen composición fija. Se pueden
separar sus componentes por métodos físicos.
• Mezcla Homogénea: es uniforme en toda la muestra, por ejemplo
un refresco.
• Mezcla Heterogénea: NO es uniforme, por ejemplo el cemento.
10
Identificación separación
• Filtración: mezclas heterogéneas.
11
Destilación: mezclas homogéneas.
12
Cromatografía: mezclas homogéneas.
13
COLOIDES
14
COLOIDES
•
Partículas dispersadas son
grandes pero no tanto como para
sedimentar.
• Partículas coloidales entre 1-100
nm.
• Tienden a ser turbias u opacas a
no ser que estén muy diluidas.
• Dispersan la luz por su tamaño:
Efecto Tyndall
15
Efecto Tyndall
• Partículas coloidales
son lo suficientemente
grandes como para
dispersar la luz.
16
Tipos de coloides
17
coloides hidrófilos e hidrófobos
• Medio de dispersión es el agua.
• Hidrófilos: afines al agua.
Interacción por los grupos polares
• Ej disoluciones de enzimas o
anticuerpos en el cuerpo
(acomoda sus grupos polares)
• Hidrófobos: no afines al agua. Solo
se pueden dispersar si se
estabilizan de alguna manera (por
ejemplo adsorción de iones en la
superficie, o por especies
anfifílicas). Ej emulsionar grasas
18
Elementos más comunes
19
Elementos más comunes
Por ejemplo, cinco elementos
(oxígeno, silicio, aluminio, hierro y
calcio) conforman más de 90% de
la corteza terrestre.
Y solo tres elementos (oxígeno,
carbono e hidrógeno) constituyen
90% de la masa del cuerpo
humano.
20
Propiedades de la materia
• Propiedades y cambios físicos:
No cambian la identidad y composición de la
sustancias. No hace referencia a cambios en la
composición.
•
•
•
•
•
•
•
•
Color.
Olor.
Densidad ( m/v).
P.F.
P.E.
Dureza.
Maleable.
Dúctil.
21
• Propiedades y cambios químicos:
Describen la forma en que una sustancia puede cambiar
su composición o reaccionar para formar otras
sustancias. Cambio de identidad
• Inflamabilidad (Capacidad de arder en presencia de
oxigeno).
22
Propiedades de la Materia
• Propiedades Intensivas: Independientes de la cantidad
de sustancia, ejemplos: densidad, punto de fusión,
color, temperatura, etc.
• Propiedades Extensivas: dependen de la cantidad de
materia que se tenga, ejemplos: masa, volumen, etc.
23
Unidades de Medición
• Muchas propiedades son cuantitativas.
• Unidades del sistema internacional, SI
24
Unidades Derivadas
Expresadas a través de las unidades fundamentales.
25
Prefijos
26
Relación entre longitud, área y volumen
• Longitud: distancia
• Área: superficie
• Volumen: espacio
27
28
Medición de la masa
Masa: Cantidad de materia en un
objeto y es independiente de la
ubicación. Unidades de masa (kg)
Peso: mide la fuerza con la que la
gravedad atrae a los objetos. Si
depende de la localización. Unidades
de fuerza (N)
La masa de un objeto se puede medir si se compara
su peso con el de un estándar de masa conocida
29
30
Temperatura y calor
La temperatura es una medida (capacidad de
transferir energía) del calor (flujo de energía) de un
objeto.
Calor: energía transferida
31
Temperatura
Celsius: Originalmente se basó en la asignación
de 0 oC al punto de congelación del agua y 100
oC a su punto de ebullición.
Kelvin: Se basó en las propiedades de los
gases (cero absoluto = -273,15ºC, temperatura
teórica más baja posible). En trabajos
científicos
Fahrenheit: Se establecen otros puntos de
referencia de temperatura.
32
K C 273 ,15
C
Realizar conversiones
5
( F 32 )
9
33
Densidad
• Es una propiedad de la materia que se utiliza para
caracterizar una sustancia (intensiva).
• Se define como la cantidad de masa por unidad de
volumen de la sustancia.
• Densidad ≠ peso
densidad =
Unidades
masa
volumen
sólidos- g/cm3
líquidos- g/mL
gases- g/L
34
Dependencia de la densidad con la
temperatura
Es muy dependiente de la temperatura, ya que el
volumen cambia con esta. Siempre debe indicarse la
temperatura a la cual se mide.
Generalmente las sustancias al calentarse se expanden (menor
densidad) y al enfriarse se contraen (mayor densidad).
El agua tiene la peculiaridad que cuando se enfria por debajo de los
3.98 oC, se expande!!!
35
Incertidumbre en la Medición
• Se puede comprobar que existe diferencia al medir
varias veces el mismo objeto.
• Toda medida está sujeta a errores.
• Estos errores se reflejan en el número de cifras que se
reporta en la medición.
36
Incertidumbre
• Existen 2 tipos de números:
• Exactos: aquellos valores que se conocen con
exactitud. Se considera que tienen un número
infinito de cifras significativas, son aquellos
números que corresponden a definiciones y los
que provienen del conteo de objetos.
• Inciertos o inexactos: aquellos valores que
suponen cierta incertidumbre. Son los números
que provienen de una medición, estos valores van
a tener una cierta cantidad de cifras significativas
dependiendo del instrumento con el que se
efectuó la medida.
37
Exactitud y Precisión
• Las medidas “exactas” son aquellas que se acercan al
valor REAL. (que tanto coincide cada valor con un valor
¨correcto¨)
• Las medidas “precisas” son aquellas cuyos valores son
muy cercanos entre si. (que tanto coinciden varias
mediciones)
38
Cifras Significativas
• La cantidad de dígitos reportados en una
medida está relacionada con:
• La exactitud de la medida.
• La precisión del equipo de medición.
• Los números ciertos más uno son
llamados CIFRAS SIGNIFICATIVAS.
39
Incertidumbre
0 cm
1
2
3
4
1,7 cm < length < 1,8 cm
•
Instrumento: ± ½ de la
mínima división
length = (1,74 ± 0,05) cm
Los números ciertos más uno son
llamados CIFRAS SIGNIFICATIVAS.
40
•
Instrumento: ± ½ de la
mínima división
41
Reglas para determinar cifras significativas:
1. Ceros en el medio se toman como cualquier otro
dígito y SI son significativos.
4,803 cm
4 CS
2. Ceros al comienzo NO son significativos solo
funcionan para colocar el punto decimal.
0,00661 g
3 CS
(6,61 x 10-3 g)
3. Ceros al final y después del punto decimal son
SIEMPRE significativos
55,220 K
5 CS
42
4. Ceros al final pueden ser significativos o no (con
notación cientifica se puede aclarar)
34 200 m
3, 4 ó 5 CS
Los números exactos, se toman como un número
infinito de cifras (no proporcionan incertidumbre)
43
Leyes de Redondeo
• Al reportar un valor se debe hacer con las cifras
significativas correctas.
• Si es necesario eliminar dígitos se debe seguir las
siguientes reglas:
• Si el primer dígito a eliminar es < 5 el valor no se
modifica.
0,0562 expresado con 2 C.S. sería 0,056
• Si el primer dígito a eliminar es > 5 el valor se le adiciona
una unidad en el último dígito.
0,0567 expresado con 2 C.S. sería 0,057
44
Hay 2 maneras de
redondeo sobre el 5.
Reglas de redondeo para el 5 (si el dígito a eliminar es 5)
Si el # a redondear es impar y luego va un 5, se le
suma 1
• 2,335 expresado con 3 C.S. sería 2,34
Si el # a redondear es par y luego va un 5, se queda
igual
• 2,465 expresado con 3 C.S. sería 2,46
45
Cifras Significativas: en resultados de Suma y
Resta
La respuesta no puede tener más dígitos (decimales)
a la derecha del punto decimal que ninguno de los
datos originales.
89,332
+ 1,1
Un número significativo después del
punto decimal.
90,432
Redondeado a 90,4 (1 decimal / 3 CS)
3,70
-2,9133
Dos números significativos después del
punto decimal.
0,7867
Redondeado a 0,79 (2 decimales / 2 CS)
46
Cifras Significativas: Multiplicación y División
La cantidad de “cifras significativas” en los resultados se
determina por la cantidad de cifras significativas del dato
original que tenga la menor cantidad de cifras
significativas.
4,51 x 3,6666 = 16,536366
= 16,5 (3 CS)
6,8 ÷ 112,04 = 0,0606926 = 0,061 (2 CS)
3 cifras signif.
Dígitos después de
las 3 cifras signif.
2 cifras signif.
Dígitos después de
las 2 cifras signif.
47
Notación Científica
N x 10n
• N debe ir entre 1-9 y la n debe ser un número entero positivo
o negativo.
• Cuando se desplaza la coma decimal a la izquierda n es
positivo la cantidad de veces que se movió el punto.
• Cuando se desplaza la coma decimal a la derecha, n es
negativo la cantidad de veces que se movió el punto.
Número
Notación Científica
58 400
5,84 x 104
0,35
3,5 x 10-1
7,279
7,279
48
Notación Científica (NC)
• Suma y Resta:
• Escriba la cantidad con el mismo exponente n.
• Sume o reste N.
• El exponente n permanece igual.
• Se aplican las reglas de cifras.
• El resultado final debe ir en NC (en el procedimiento
no necesariamente).
4,31 x 104 + 3,9 x 103 =
4,31 x 104 + 0,39 x 104 =
4,70 x 104
49
Notación Científica
• División:
• Se divide N1 y N2.
• Se resta los exponentes n1 y n2.
8,5 x 104 ÷ 5,0 x 109 =
(8,5 ÷ 5,0) x 104-9 =
1,7 x 10-5
• Multiplicación:
• Se multiplica N1 y N2.
• Se suma los exponentes n1 y n2.
(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
50
Cifras Significativas:
Operaciones con Números Exactos
Al efectuar operaciones matemáticas que
involucran números exactos, al establecer la
cantidad de cifras significativas que se debe
reportar, no se considera el valor exacto, solo los
valores medidos.
Ejemplo: ¿Cuál es el promedio de las siguientes
medidas: 6,64, 6,68 y 6,7?
6,64 + 6,68 + 6,7 20,0
=
= 6,673333 = 6,67 (y no 7)
3
3
Debido a que 3 es un número exacto.
51
Análisis Dimensional
• Consiste en enfrentar un problema buscando las
unidades de partida y las unidades requeridas.
• La conversión se lleva a cabo por factores de
conversión.
Cantidad dada x factor de conversión = cantidad deseada
unidad dada X
unidad deseada
unidad dada
= unidad deseada
52
Análisis Dimensional
Ejemplo
¿Cuántos mL hay en 1,630 L?
Unidad de conversión 1 L = 1000 mL
1000 mL
1,630 L x
= 1630 mL
1L
1L
L2
1,630 L x
= 0,001630
1000 mL
mL
53
Análisis Dimensional
Ejemplo
La velocidad del sonido en el aire es de aproximadamente
343 m/s. ¿A cuántas millas por hora equivale?
Conversión de unidades
metros a millas
segundos a horas
1 mi = 1609 m
343
1 mi
m
x
s
1609 m
1 min = 60 s
x
60 s
1 min
x
60 min
1 hora
1 hora = 60 min
= 767
mi
hora
54
• Masa en gramos de un material de dos pulgadas
cúbicas (2,00 in3), con una densidad de 19,3 g/cm3.
1 in = 2,54 cm (1 in)3 = (2,54 cm)3
3
(2,54cm) 19,3g
3
2,00in
x
(1in) 3
1cm 3
55
0
