Conceptos claves para el estudio de la Química

1. Conceptos claves para el estudio de la Química Prof. Wilmer Enríquez

2. QUÍMICA Es el estudio de la materia y sus propiedades, los cambios que experimenta esta materia, y la energía asociada a estos cambios

3. La Química como la ciencia central Ciencias Atmosféricas Física Oceanografía Medicina Economía Gobierno Química Gente Geología Biología Política Astronomía Antropología

4. Química de los Plásticos • bolsas (PE) lapiceros • terminales de PC • mesas y sillas (PEs) • recipiente de comida • paneles de autos • teléfono movil marco de lentes

5. Química de los Nuevos Materiales • kevlar • gore-tex • zapatillas • buzos • trajes térmicos para el agua • tencel (fibra) teflón (PTFE)

6. Química en tu Baño • perfumes • crema hidratante • crema de afeitar • desodorante • spray para el pelo protector solar gel de baño

7. La química es el estudio de la materia y de loscambios que experimenta. • La materia es cualquier cosa que ocupa un espacio y que tiene masa. • Una sustancia es una forma de materia que tiene una composición definida y propiedades características. agua, amoniaco, sacarosa, oro, oxígeno. 1.4

8. Propiedades :Son las características que cada sustancia tiene y que le dan su identidad única. Propiedades físicas : Son las que la materia muestra por sí misma, sin cambiar o interactuar con otra sustancia (color, punto de fusión, punto de ebullición, densidad, etc.). Propiedades químicas :Son las que muestra una sustancia a medida que que cambia o interactúa con otra(s) sustancia(s) (inflamabilidad, corrosividad, etc.).

9. cemento, virutas de hierro en arena Una mezcla es una combinación de dos o más sustancias en la cual las sustancias conservan sus propiedades características. • Mezcla homogénea: la composición de la mezcla es la misma en toda la disolución. bebida no alcohólica, leche, soldadura • Mezcla heterogénea:la composición no es uniforme en todas partes.

10. imán destilación Los medios físicospuede usarse para separar una mezcla en sus componentes puros.

11. Un elemento es una sustancia que no se puede separar en sustancias más simples por medios químicos. • Se han identificado 115 elementos • 83 elementos se encuentran en forma natural en la Tierra • oro, aluminio, plomo, oxígeno, carbono, • 32 elementos se han obtenido por medios científicos • tecnecio, americio, seaborgio

12. Agua (H2O) Glucosa (C6H12O6) Amoniaco (NH3) Un compuestoes una sustancia formada por átomos de dos o más elementos unidos químicamente en proporciones definidas. Los compuestos sólo pueden separarse en sus componentes puros (elementos) por medios químicos.

13. Clasificación de la materia Materia Separación por Sustancias puras Mezclas métodos físicos Separación por Mezclas homogéneas Mezclas heterogéneas Compuestos Elementos métodos químicos

14. Los tres estado de la materia Sólido Líquido Gas

15. Gas Líquido Sólido Energía involucrada en cambios de fase Libera energía Ebullición Condensación Fusión Congelamiento Requiere energía

16. Definiciones Energía – ¡La habilidad para realizar trabajo! Energía Potencial – Es la energía de un objeto como resultado de su posición. O la energía de una reacción química. Energía Cinética – Es la energía de un objeto debida a su movimiento.

17. 2H2 (g) + O2 (g) = 2 H2O (g) + Energía ¡El hidrógeno y el oxígeno son gases diatómicos! ¡El agua puede ser un gas! ¡Se liberó energía!– ¡Esto es característico de una reacción Exotérmica ¡Ésta es una reacción química balanceada!

18. El enfoque científico: Desarrollo de un modelo Observaciones : Fenómenos naturales y eventos medidos; aquellos universalmente consistentes pueden ser establecidos como una ley natural. Hipótesis: Propuesta tentativa que explica las observaciones. Experimento: Procedimiento para probar la hipótesis; mide una variable a la vez. Modelo (Teoría): Conjunto de postulados que explican los datos obtenidos en experimentos acumulados; predice fenómenos relacionados. Experimento posterior: Prueba las predicciones basadas en el modelo.

19. Definiciones - Masa y peso Masa – Es la cantidad de materia que contiene un objeto. Kilogramo - ( kg ) – Unidad básica de masa en el SI, es un cilindro de platino-iridio resguardado en París como un estándar. Peso – Depende de la masa de un objeto y de la fuerza del campo gravitacional que lo atrae.

20. Unidades derivadas SI Cantidad Definición de Cantidad Unidad SI Área Longitud cuadrada m2 Volumen Longitud cúbica m3 Densidad Masa por unidad de volumen kg/m3 Velocidad Distancia recorrida por unidad m/s de tiempo Aceleración Velocidad cambiada por unidad de m/s2 tiempo Presión Fuerza por unidad de area kg/(ms2) ( = pascal, Pa)

21. Equivalencias comunes CantidadUnidad SIEquivalentes SI Longitud 1 kilómetro (km) 1000 (103) metros 1 metro (m) 100 (102 ) centímetros 1000 (103) millímetros 1 centímetro (cm) 0.01 (10-2) metros Volumen 1 metro cúbico (m3) 1,000,000 (106) centímetros cúbicos 1 decímetro cúbico 1000 centímetros cúbicos (dm3) 1 centímetro cúbico 0.001 dm3 (cm3) Masa 1 kilogramo (kg) 1000 gramos 1 gramo (g) 1000 miligramos

22. Algunas relaciones de volumen en el SI

23. Material volumétrico de vidrio común en el laboratorio

24. Factores de conversión Las conversiones en el sistema métrico son fáciles, como: 1 km = 1000 m y 1 metro (m) = 100 centímetros(cm) y 1 cm = 10 milímetros(mm) Por lo tanto en m y cm: 8.89 km x 1000m / 1 km = 8,890 m 8890 m x 100 cm / m = 889,000 cm

25. Factores de conversión • Factores de conversión múltiple • Convertir 3.56 lbs/hr en unidades de miligramos/seg • 3.56 lbs/hr x (1kg/2.205 lbs) x(1000g/1kg) x (1000mg/1g) x (1hr/60 min) x (1min/60 seg) = 448 mg/seg

26. Factores de conversión Volumen métrico a volumen métrico • 1.35 x 109 km3 = Volumen de los océanos del mundo • 1.35 x 109 km3 x (103 m/1 km )3 x ( 103 litros/1m3) = 1.35 x 1021 litros • Factores de conversión: 1000m = 1km 1000 l = 1m3

27. Ejemplos Masa (kg) de cable Longitud (km) de Fibra Longitud (m) de Fibra Masa (lb) de Fibra Masa (lb) de Cable Las comunicaciones internacionales por computadora podrán transmitirse dentro de poco por cables de fibra óptica en el fondo del mar. Si un hilo de fibra óptica pesa 1.19 x 10 -3 lbs/m, ¿cuál es la masa (en kg) de un cable hecho de 6 hilos de fibra óptica, cada una lo suficientemente larga para unir Nueva York y París (8.84 x 103 km)?. 1 km = 103 m 2.205 lb = 1 kg 1m = 1.19 x 10 -3 lb 6 fibras = 1 cable

28. Ejemplos Longitud (m) de fibra = 8.84 x 103 km x 103m / km = 8.84 x 106 m Masa (lb) de fibra = 8.84 x 106 m x 1.19 x 10-3 lb / 1m = 1.05 x 104 lb Masa (lb) de cable = 1.05 x 104 lb / 1 fibra x 6 fibras / 1 cable = 6.30 x 104 lb / cable Masa (kg) de cable = 6.30 x 104 lb / 1 cable x 1kg / 2.205 lb = 2.86 x 104 kg / cable

29. MasaVolumen D = Densidad : Relación masa dividida en Volumen La densidad es una caracteristica fisica de una sustancia, aunque su masa y volumen varíen. Propiedades Extensivas:Depende de la cantidad de sustancia presente . Ej: Masa y Volumen Propiedades Intensivas:Es independiente de la cantidad de sustancia presente Ej: Densidad

30. Densidades de algunas sustancias comunes Sustancia Estado físico Densidad (g/cm3) Hidrógeno Gas 0.000089 Oxígeno Gas 0.0014 Alcohol de grano Líquido 0.789 Agua Líquido 1.0 Sal de mesa Sólido 2.16 Aluminio Sólido 2.70 Plomo Sólido 11.3 Oro Sólido 19.3

31. Ejemplos Longitud (mm) de los lados Masa (mg) de Li Longitud (cm) de los lados Masa (g) de Li Volumen (cm3) Densidad (g/cm3) de Li El litio (Li) es un sólido suave y gris que tiene la menor densidad de los metales. Si un pequeño bloque de litio pesa 1.49 x 103 mg y sus lados miden 20.9 mm by 11.1 mm por 11.9 mm, ¿cuál es la densidad del litio en g/ cm3 ?

32. Ejemplos 1 g Masa (g) de Li = 1.49 x 103 mg x = 1.49 g 103 mg Densidad del Li = = 0.540 g/cm3 1.49 g 2.76 cm3 Longitud (cm) de un lado = 20.9 mm x 1cm/10 mm = 2.09 cm Similarmente, los otros lados miden 1.11 cm y 1.19 cm Volumen (cm3) = 2.09 cm x 1.11 cm x 1.19 cm = 2.76 cm3

33. masa 3496.9 g densidad = = =1.7904 g/ml volumen 1,953.125 cm3 Problema de aplicación - Densidad de un Metal Problema: El cesio es el metal más reactivo de la tabla periódica, ¿cuál es su densidad si un cubo de 3.4969 kg de Cs tiene lados de 125.00 mm cada uno? Plan: Calcule el volumen de las dimensiones del cubo, y calcule la densidad a partir de la masa y el volumen. Solución: longitud = 125.00 mm = 12.500 cm masa = 3.4969 kg x 1000g/kg = 3,496.9 g Volumen = (longitud)3 = (12.500 cm)3 = 1,953.125 cm3

34. masa 567.85 g Densidad = = = 1. 50 g / ml volumen 377.56 ml Problema del principio de Arquímedes Problema: Calcule la densidad de un objeto de metal de forma irregular que tiene una masa de 567.85 g si cuando es puesto en una probeta graduada de 2.00 litros conteniendo 900.00 ml de agua, el volumen final del agua en la probeta es 1,277.56 ml. Plan: Calcule el volumen de acuerdo a los distintos datos descritos en el problema , y calcule la densidad usando la masa dada . Solución: Volumen = 1,277.56 ml - 900.00 ml = 377.56 ml

35. Temperatura: Es una medida de que tan fría o caliente es una sustancia en relación a otra. Calor: Es la energía que fluye entre objetos que están a diferentes temperaturas

36. Escalas de temperatura e interconversiones Kelvin ( K ) - La “escala absoluta de temperatura” comienza en el cero absoluto y sólo tiene valores positivos. Celsius ( oC ) – La escala de temperatura usada en las ciencias, formalmente llamada centígrada, es la escala más comúnmente usada en el mundo, el agua se congela a 0oC, y hierve a 100oC. Fahrenheit ( oF ) – La escala usada comúnmente en Estados Unidos para los reportes del clima; el agua se congela a 32oF, y hierve a 212oF. T (en K) = T (en oC) + 273.15 T (en oC) = T (en K) - 273.15 T (en oF) = 9/5 T (en oC) + 32 T (en oC) = [ T (en oF) - 32 ] 5/9

37. Punto de ebullición del agua 180 Grados Fahrenheit 100 Grados Celsius 100 Grados Kelvin Punto de congelamiento del agua Temperaturas de congelamiento y ebullición del agua

38. Ejemplos El volumen de un sólido irregular se puede determinar por la cantidad de agua que desplaza. Una probeta graduada contiene 19.9 ml. de agua. Cuando se agrega una pequeña pieza de galena, un mineral de plomo, se hunde y el volumen del agua aumenta a 24.5 ml. ¿Cuál es el volumen de la pieza de galena en cm3 y en litros. Vol (ml) = 24.5 ml – 19.9 ml = 4.6 ml Vol (cm3) = 4.6 ml x 1 cm3/ 1 ml = 4.6 cm3 Vol (litros) = 4.6 ml x 10 –3 litros/ml = 4.6 x 10 -3 litros

39. Conversiones de temperatura El punto de ebullición del Nitrógeno líquido es - 195.8 oC, ¿cuál es la temperatura en grados Kelvin y Fahrenheit? T (en K) = T (en oC) + 273.15 T (en K) = -195.8 + 273.15 = 77.35 K = 77.4 K T (en oF) = 9/5 T (en oC) + 32 T (en oF) = 9/5 ( -195.8oC) +32 = -320.4 oF La temperatura normal del cuerpo humano es 98.6oF, ¿cuál es ésta en grados Celsius y Kelvin? T (en oC) = [ T (en oF) - 32] 5/9 T (en oC) = [ 98.6oF - 32] 5/9 = 37.0 oC T (en K) = T (en oC) + 273.15 T (en K) = 37.0 oC + 273.15 = 310.2

40. El número de átomos en 12 g de carbono: 602,200,000,000,000,000,000,000 Notación científica 6.022 x 1023 La masa de un solo átomo de carbono en gramos: 0.00000000000000000000000199 1.99 x 10-23 N x 10n N es un número entre 1 y 10 n es un entero positivo o negativo

41. mover decimal a la izquierda mover decimal a la derecha Notación científica 568.762 0.00000772 n > 0 n < 0 568.762 = 5.68762 x 102 0.00000772 = 7.72 x 10-6 Adición o sustracción • Escribir cada cantidad con el mismo exponente n • Combinar N1 y N2 • El exponente, n, permanece igual 4.31 x 104 + 3.9 x 103 = 4.31 x 104 + 0.39 x 104 = 4.70 x 104

42. Notación científica Multiplicación (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 • Multiplicar N1 y N2 • Sumar exponentes n1y n2 División 8.5 x 104÷ 5.0 x 109 = (8.5 ÷ 5.0) x 104-9 = 1.7 x 10-5 • Dividir N1 y N2 • Restar exponentes n1y n2

43. Cifras significativas: Son los digitos que registramos en una medición tanto los ciertos como los inciertos

44. El número de cifras significativas en una medida depende del instrumento de medición

45. Cifras significativas • Cualquier dígito que no es cero es significativo • 1.234 kg 4 cifras significativas • Los ceros entre los dígitos no cero son significativos • 606 m 3 cifras significativas • Los ceros a la izquierda del primer dígito no cero no son significativos • 0.08 L 1 cifra significativa • Si un número es mayor que 1, entonces todos los ceros a la derecha del punto decimal son significativos • 2.0 mg 2 cifras significativas • Si un número es menor que 1, entonces sólo los ceros que están al final y en medio del número son significativos • 0.00420 g 3 cifras significativas

46. Reglas para determinar cuáles dígitos son significativos Todos los dígitos son significativos, excepto los ceros que se usan sólo para posicionar el punto decimal. 1. Asegúrese de que la cantidad medida tenga un punto decimal. 2. Inicie a la izquierda del número y siga a la derecha hasta encontrar el primer dígito que no sea cero. 3. A partir inclusive de ese dígito, todos los dígitos a la derecha son significativos. Los ceros que terminan un número y están antes o después del punto decimal son significativos; por tanto 1.030 ml tiene cuatro cifras significativas, y 5300. L tiene también cuatro cifras significativas. Debería asumirse que números como 5300 L tienen sólo dos cifras significativas. Un punto decimal terminal es a menudo utilizado para clarificar la situación, ¡pero la notación científica es la mejor!

47. ¿Cuántas cifras significativas están en cada una de las medidas siguientes? 24 mL 2 cifras significativas 4 cifras significativas 3001 g 0.0320 m3 3 cifras significativas 6.4 x 104 moléculas 2 cifras significativas 560 kg 3 cifras significativas

48. 89.332 + 1.1 una cifra significativa después del punto decimal dos cifra significativa después del punto decimal 90.432 redondeo a 90.4 redondeo a 0.79 3.70 -2.9133 0.7867 Cifras significativas Adición o sustracción La respuesta no puede tener más dígitos a la derecha del punto decimal que cualquiera de los números originales.

49. 3 cifra sig redondeo a 3 cifra sig 2 cifra sig redondeo a 2 cifra sig Cifras significativas Multiplicación o división El número de cifras significativas en el resultado está determinado por el número original que tiene el número más pequeño de figuras significativas. 4.51 x 3.6666 = 16.536366 = 16.5 6.8 ÷ 112.04 = 0.0606926 = 0.061

50. Errores de precisión y exactitud en mediciones científicas Precisión –Se refiere a la reproducibilidad o cuán cerca están unas de otras las mediciones de una serie . Exactitud –Se refiere a qué tan próxima está la medida del valor real. Error Sistemático -Produce valores que son o bien todos mayores o todos menores que el valor real. Error Aleatorio -En ausencia de error sistemático, produce algunos valores mayores y menores que el valor real.