Naturaleza de la materia.
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Naturaleza de la materia. La Química. SUSTANCIAS PURAS. Procesos físicos. Procesos Químicos. Cambia la naturaleza de las sustancias. No hay cambios en la composición de las sustancias. REACCIONES QUÍMICAS.

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Naturaleza de la materia. La Química

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Naturaleza de la materia la qu mica

Naturaleza de la materia.

La Química


Naturaleza de la materia la qu mica

SUSTANCIAS PURAS

Procesos físicos

Procesos Químicos

Cambia la naturaleza de las sustancias

No hay cambios en la composición de las sustancias.

REACCIONES QUÍMICAS

Partiendo de la observación y experimentación se establecieron hipótesis que llevaron a las teorías que explican la composición de la materia y su comportamiento. Es decir, las teorías sobre la composición de la materia se elaboraron aplicando el método científico.


Naturaleza de la materia la qu mica

Hasta finales del XVIII y principios del XIX

no se sabía casi nada acerca de la composición de la materia y lo que sucedía cuando reaccionaban.

Precisamente en esta época se empiezan a enunciar algunas leyes básicas sobre las transformaciones de la materia que culminan con la Teoría Atómica de Dalton

Estas leyes enunciadas por orden cronológico pueden resumirse así:


Naturaleza de la materia la qu mica

1. LEYES PONDERALES.

1789.

Ley de Lavoisier de la conservación

de la masa.

Lavoisier comprobó que en cualquier reacción química,

la suma de las masas de los productos que reaccionan

la suma de las masas de los productos obtenidos

=

Esto significa que:


Naturaleza de la materia la qu mica

En una reacción química,la materia no se crea ni se destruye, sólo se transforma.

Por ejemplo,

si 10 gramos de Calcio se combinan con 8 gramos de azufre,

se obtienen 18 gramos de compuesto.

Antoine Lavoisier: 1743-1794

Considerado el padre de la Química, en sus trabajos contó con la colaboración de su esposa

Murió guillotinado en 1794

“La República no necesita sabios”, decía la sentencia


Naturaleza de la materia la qu mica

10 g

30 g

40 g


Naturaleza de la materia la qu mica

1799. Ley de Proust de las proporciones definidas.

Afirma que:

Cuando dos o más elementos se combinan entre sí para formar un determinado compuesto, lo hacen siempre en una proporcionde masa constante.

Joseph LouisProust,

(1754-1826)

Su ley es fruto de su trabajo en Segovia, donde impartió clases de química y metalurgia


Naturaleza de la materia la qu mica

Pieza Simple = 50% tuerca y 50% tornillo


Naturaleza de la materia la qu mica

Así, por ejemplo,

el agua (H2O)

siempre tendrá

un 88.89 % en peso de oxígeno

y un 11,11 % en peso de hidrógeno

En otras palabras: la proporción de los elementos en un compuesto es invariable e independiente del método de síntesis empleado.

La ley de las proporciones definidas es fundamental para determinar la composición de los compuestos químicos.


Naturaleza de la materia la qu mica

La experiencia muestra que dos o más elementos se pueden unir

en distintas proporciones

para formar

compuestos diferentes


Naturaleza de la materia la qu mica

Dalton 1766-1844

1805. Ley de Dalton de las proporciones múltiples.

Cuando dos elementos A y B, se combinan para dar diferentes compuestos, existe una relación numérica sencilla entre las distintas cantidades de B que se combinan con una cantidad fija de A.

Su daltonismo provocaba que en sus

experimentos a menudo confundiera los reactivos


Naturaleza de la materia la qu mica

10g

30g

Pieza A

30g

20g

Pieza B

10g

20g

Tuercas en Pieza_A

Tuercas en Pieza_B

=


Naturaleza de la materia la qu mica

1805. Ley de Dalton de las proporciones múltiples.

Óxido y dióxido de carbono

Ambos compuestos están formados por carbono y oxígeno

al formar el óxido:

4.0 g de oxígeno reaccionan con 3.0 g de carbono

al formar el dióxido:

8.0 g de oxígeno reaccionan con 3.0 g de carbono

la proporción de la masa de oxígeno por gramo de carbono entre los dos compuestos es de 1:2

Es decir: el segundo compuesto contiene doble masa de oxígeno que el primero. Si la fórmula del primero fuera CO la del segundo sería CO2


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TEORÍA ATÓMICA DE DALTON 1808

Para explicar las leyes ponderales John Dalton enunció su teoría atómica, al tiempo que establecía un sistema de símbolos para representar los elementos


Naturaleza de la materia la qu mica

Los elementos están compuestos por partículas indivisibles e inalterables llamadas átomos.

Todos los átomos de un elemento son iguales entre sí y diferentes de los de otros elementos.

Los compuestos se forman por la unión de átomos de los correspondientes elementos en una relación numérica sencilla.

En una reacción química los átomos se agrupan en forma diferente a la de partida pero ni se crean ni se destruyen.


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Símbolos y fórmulas.

En 1820 los símbolos de Daltos el químico sueco Berzelius propuso un sistema racional de representación basada en el nombre latino del elemento. Es el sistema usado actualmente.

proceden del latín

símbolos relacionados con el nombre de un país


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Lay de Lavoisier según la Teoría de Dalton

6 átomos de oxígeno

3 átomos de azufre

3 “átomos compuestos” de óxido de azufre


Naturaleza de la materia la qu mica

Lay de Proust según la Teoría de Dalton

4 átomos de oxígeno

2 átomos de azufre

2 “átomos compuestos” de óxido de azufre

4 átomos de oxígeno

3 átomos de azufre

2 “átomos compuestos” de óxido de azufre y 1 átomo de azufre sobrante


Naturaleza de la materia la qu mica

Ley de Dalton según la Teoría de Dalton

1 “átomo compuesto” de óxido de azufre (IV)

2 átomos de oxígeno

1 átomo de azufre

3 átomos de oxígeno

1 átomos de azufre

1 “átomo compuesto” de óxido de azufre (VI)

Proporción de oxígeno en cada compuesto 2 : 3


Naturaleza de la materia la qu mica

Leyes Volumétricas.

Hipótesis de Avogadro


Naturaleza de la materia la qu mica

Las leyes ponderales permiten relacionar masas de sustancias reaccionantes, y resultaron útiles para

Establecer algunas fórmulas empíricas.

Calcular masas atómicas relativas.

determinar,

Las composiciones de los compuestos químicos


Naturaleza de la materia la qu mica

Dalton llegó a su teoría a partir de sus estudios sobre meteorología y propiedades de los gases.

Su teoría atómica explica las leyes ponderales de las reacciones químicas pero….

No era capaz de explicar completamente las reacciones entre gases.


Naturaleza de la materia la qu mica

Gay-Lussacestudiando las reacciones entre gases dedujo que:

Además de en las ciencias, destacó en política siendo designado senador

En iguales condiciones de presión y temperatura, los volúmenes de los gases que intervienen en una reacción química guardan entre si una relación numérica sencilla.


Naturaleza de la materia la qu mica

Es decir, según Gay Lussac

2

volúmenes de Cloruro de hidrógeno

1 volumen de gas Cloro

1

volúmen de gas Hidrógeno

+

O también…

2 volúmenes de amoniaco

3volúmenes de gas Hidrógeno

1 volumen de gas Nitrógeno

+

Según Dalton esto no era posible

3H+N → 2NH3

H+Cl→2HCl

(Para Dalton el agua era HO)


Naturaleza de la materia la qu mica

Dalton no aceptó esta ley, pues la teoría atómica no era capaz de explicarla. No podía explicar la formación del agua o del amoníaco

Según Gay Lussac un volumen de O se combinan con dos de H y da lugar a dos volúmenes de agua.

según Dalton la combinación de un átomo de hidrógeno y uno de oxígeno daba lugar a una partícula de agua de fórmula HO

Pero estas leyes eran ciertas: faltaba algo en la teoría.


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Amadeo Avogadro, (1776-1856)

El italiano Amadeo Avogadro (1811), analizando la ley de Gay-Lussac, buscó una explicación lógica a los resultados de este científico.

Su hipótesis tardó 50 años en admitirse como válida

En las mismas condiciones de presión y temperatura volúmenes iguales de cualquier gas contienen el mismo número de partículas.

Los gases de elementos no están formados por átomos sino por moléculas.


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Avogadro introduce el concepto de Molécula

Molécula es la cantidad más pequeña que puede existir de un compuesto que conserva las propiedades de dicho compuesto.

imaginémonos 1 cm3 de agua (H20) que se va dividiendo sucesivamente en mitades

Si esto pudiera hacerse

Llegaríamos a

una sola molécula de agua

la mínima cantidad de agua posible

Si rompemos la molécula…

Ahora no tendríamos agua sino

átomos de hidrógeno y oxigeno,

pero entonces dejaría de ser agua para convertirse, en sus elementos (hidrógeno y oxigeno).

LAS MOLÉCULAS DE LOS COMPUESTOS SE REPRESENTAN POR FÓRMULAS.


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H

Cl

Cl

H

H

Cl

H

Cl

Aplicando estas ideas podemos escribir

1volúmende gas Hidrógeno

1 volumen de gas Cloro

2 volúmenes de cloruro de hidrógeno

+

O lo que es lo mismo:

+


Naturaleza de la materia la qu mica

N

N

N

N

H

H

H

H

H

H

Y también…

3 volúmenes de gas Nitrógeno

1 volumen de gas Oxígeno

2 volúmenes de amoniaco

+

H

H

H

+

H

H

H


Naturaleza de la materia la qu mica

Cl2 + H2

2 HCl

3H2 + N2

2 NH3

La teoría de Avogadro junto a la teoría de Dalton permitieron explicar el comportamiento de la materia y se conoce como la teoría atómico-molecular


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Midiendo cantidades:

Masa atómica

Masa molecular


Naturaleza de la materia la qu mica

La teoría atómico molecular permite calcular masas atómicas y establecer un sistema de fórmulas para representar los compuestos

Según Dalton hidrógeno y oxígeno se combinaban en la proporción en masa de 1 a 8, y formaban agua (HO), por tanto la masa de los átomos de oxígeno era 8 veces la del hidrógeno

Si tomamos la masa del hidrógeno como unidad podemos decir que la masa de un átomo de oxígeno es 8. Masa atómica del oxígeno 8


Naturaleza de la materia la qu mica

Pero la hipótesis de Avogadro y las experiencias de Gay Lussac mostraban que el agua estaba formada por 2 átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. El cálculo es fácil:

1 átomos de oxígeno

16 g de oxígeno

Masa 1 átomo de O es igual a 16 veces la masa de 1 átomo de H

2 átomos de hidrógeno

2 g de hidrógeno

En un principio las masas se calcularon en relación a la masa de hidrógeno

Actualmente la unidad de masa atómicas (uma) se define como la masa de la doceava parte de un átomo de 12C.


Naturaleza de la materia la qu mica

Por ejemplo sabemos que el hidrógeno y el azufre se combinan para dar un compuesto cuyas moléculas están formadas por dos átomos de hidrógeno y uno de azufre. La proporción en la que reaccionan es de 1:16. ¿Cuál será la relación de las masas de los átomos de azufre e hidrógeno?

La proporción en masa es 1g de hidrógeno por cada 16 de azufre

Y en átomos es de 2 átomos de hidrógeno por cada 1 de azufre

Aplicamos la ley de proporciones definidas

MS·1 átomos de Azufre

16 g de S

=

MH·2 átomos de Hidrógeno

1 g de H

MS = 16·2· MH = 32 u


Naturaleza de la materia la qu mica

La tuerca es la unidad de masa ¿Cuál es la masa del tornillo sabiendo que se unen en la proporción de masas 9 g de tornillo (T) por cada 1g de tuerca (R) ?

MT· 1 tornillo

9 g de T

=

Mr·2 tuercas

1 g de H

MT = 9·2· MR = 18

El tornillo es 18 veces más pesado que la tuerca


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Actualmente las masas atómicas se definen en función de un isótopo de carbono, el carbono-12

Masa atómica:

Es la relación entre la masa del átomo de un elemento y la doceava parte de la masa de un átomo del isótopo de 12C.

Masa molecular:

Es la relación entre la masa de una molécula y la doceava parte de la masa de un átomo del isótopo de 12C.


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Isótopos y masa atómica

Los isótopos difieren en el número de neutrones.

La abundancia en la naturaleza de cada uno de los isótopos de un mismo elemento es diferente

Cálculo de la masa atómica promedio

Suma de (Abundacias x masa isótopo)

100

Masas atómicas son una media ponderada de las masas isotópicas


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CONCEPTO DE MOL.

Número de Avogadro.

Si la materia está formada por entes elementales indivisibles, lo natural para medir la cantidad de materia sería contar esos entes.

Pero contar entes tan infinitamente pequeños no es posible ni práctico, serían números enormes por eso se creó una unidad mas adecuada, el mol


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EL MOL

La definición de mol es: la cantidad de entes elementales (átomos, moléculas o iones) que hay en 12g de 12C.

O sea cuando hablamos de moles hablamos de conjuntos de moléculas, átomos o iones. El mol es una unidad de medida de cantidad de entes elementales.

Podemos contar los huevos que hay en un gallinero por unidades o por docenas. Pues algo similar.


Naturaleza de la materia la qu mica

Este número recibe el nombre de

número de Avogadro

EL MOL

Mediante diversos experimentos científicos se ha determinado que el número de átomos que hay en 12g de 12C es 6.0221367 ·1023


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En definitiva:

un mol contiene 6.022·1023

(el número de Avogadro) de unidades de entes elementales( átomos, moléculas o iones)

El número de Avogadro es tan grande que es difícil imaginarlo.

Si esparciéramos 6.02·1023 canicas sobre toda la superficie terrestre,

¡formaríamos una capa de casi 5Km de espesor!


Naturaleza de la materia la qu mica

Formulas empíricas y moleculares.

Deducción de formulas.


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H O

H2O2

DEDUCCIÓN DE FORMULAS

Fórmulas

EMPÍRICAS

Proporciones de átomos en la molécula

Cantidad de átomos en una molécula

Fórmulas MOLECULARES


Naturaleza de la materia la qu mica

Conocer la composición porcentual

Conocer la fórmula empírica

Gramos de cada elemento

% en masa de elementos

Partimos de 100g del compuesto

Masa molecular empírica

x

Usar pesos atómicos

Masa molecular real

Moles de cada elemento

Fórmula empírica

Calcular relación molar

Fórmula molecular


Naturaleza de la materia la qu mica

Determinar masas atómicas del H y O con los datos de la tabla en la pág 208

Determinar la composición centesimal del agua H2O

pag 213

Actividades 11 y 12

Ácido butanóico

Etanol

Cr2(SO4)3

Sulfato de Cromo (III)

Página 216: Ejercicios 33 y 34


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