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UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR

FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA

ESCUELA DE INGENIERIA QUIMICA

QUIMICA TCNICA

MMaatteerriiaall ddee aappooyyoo:: UUnniiddaadd 11

Nombre de la Unidad: Clasificacin, estados y propiedades de

la materia

Contenido:

1.1 Introduccin al estudio de la qumica.

1.2 Definicin y clasificacin de la materia

1.3 Estados de la materia.

1.4 Propiedades de la materia.

1.5 Cambios de la materia

1.6 Unidades de medida.

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1.1 INTRODUCCIN AL ESTUDIO DE LA QUMICA.

ESTUDIAR

Estudia los cambios de la materia,

tanto qumicos (esenciales), como fsicos.

INVESTIGAR

Investiga la manera cmo la materia puede

identificarse mediante sus propiedades

esenciales y no circunstanciales o accidentales.

CREAR

Crea otros materiales a partir de materias primas

orgnicas o inorgnicas que puedan servir parasatisfacer necesidades especficas de la humanidad.

1.1.2 Finalidad de la Qumica.

Rama de las ciencias naturales que estudia la materia,

a travs de sus propiedades qumicas y fsicas; explicando,

prediciendo y controlando los cambios qumicos y fsicos que

sufre y las variaciones de energa que acompaan a esos cambios.

QUIMICA

1.1.1 Definicin

3

1.1.3 CLASIFICACIN DE LA QUMICA.

Debido a lo extenso del rea de estudio de la Qumica y para facilitar el logro de sus

propsitos, la qumica se divide en otras ramas igualmente importantes:

QUMICA GENERAL: Es la rama principal que la une al tronco de las ciencias naturales,

donde se estudian en forma general todos las especialidades y caractersticas de la materia

y su comportamiento.

QUMICA ORGNICA: Estudia toda la materia constituida por tomos de carbono,

hidrgeno, oxgeno y nitrgeno, mutuamente enlazados y que generalmente son o

provienen de la materia viviente.

QUMICA INORGNICA: Estudia todos los materiales sin vida o inanimados, minerales,

metales, lquidos, gases. Estos materiales no contienen carbono combinado con hidrgeno,

salvo en algunas excepciones como en el caso de los bicarbonatos y el HCN.

QUMICA ANALTICA: Es la rama de la Qumica que estudia la deteccin e identificacin

(Qumica Analtica Cualitativa), y la determinacin de las cantidades de sustancia qumica

contenida en una muestra de materia (Qumica Analtica Cuantitativa).

QUMICA FSICA: Aplica las leyes de la Fsica y la Matemtica al estudio de la materia y

sus propiedades.

BIOQUMICA: Estudia los procesos biolgicos desde el punto de vista qumico.

En general la qumica busca respuestas a preguntas como:

Cmo se combinan las sustancias para formar otras? Cmo son los cambios de energa

involucrados en las transformaciones qumicas? Cmo est constituida la materia en su

detalle ms ntimo? Cmo se relacionan los tomos y las formas en que ellos se combinan

con las propiedades de la materia que nosotros podemos medir?

1.2 DEFINICION Y CLASIFICACION DE LA MATERIA

1.2.1 MATERIA. DEFINICION

Es todo aquello que tiene masa y que ocupa un lugar en el espacio. Por tener masa, posee

inercia, y por tener un lugar en el espacio, tiene extensin.

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MASA: Es la cantidad de materia que tiene un cuerpo y tiene que ver mucho con la inercia.

INERCIA: Es la propiedad que tiene los cuerpos materiales a resistirse a modificar su

estado de reposo o de movimiento rectilneo uniforme. Dependiendo cmo se mida la masa,

esta puede ser: Masa Inercial y Masa gravitatoria.

Masa Gravitatoria: Es una medida de la intensidad con que un cuerpo atrae a otro por la

accin de la gravedad.

El valor de la masa gravitacional coincide con el de la masa inercial pues todos los cuerpos

se mueven exactamente igual cuando acta sobre ellos la fuerza de la gravedad.

1.2.2 CLASIFICACION DE LA MATERIA.

En qumica se distinguen varios subtipos de materia con base en su composicin y

propiedades. La clasificacin de la materia puede resumirse en el siguiente diagrama:

DIAGRAMA DE CLASIFICACION DE LA MATERIA.

Masa Inercial: Es la medida de la resistencia de un

cuerpo a cambiar su estado de movimiento o reposo

sobre una superficie sin friccin; cuando experimente

una aceleracin, a, en m/s2, por accin de una fuerza

F, en N.

rir una aceleracin a en [m/seg. 2 ]. Por accin

de una fuerza F en [N ].

aceleracin

Fuerza masa

Materia

Mezclas Sustancias

puras

homognea

Separacin por medios fsicos en

Mezclas

heterogneas

Elementos Compuestos

Separacin por medios qumicos en Mezclas

homognea

(Soluciones)

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1.2.2.1 SUSTANCIAS PURAS

Es una cantidad cualquiera de materia formada por un mismo tipo de tomos o molculas

que le proporcionan propiedades que la distinguen. Las molculas estn compuestas por

tomos especficos en proporciones definidas e invariables.

Por ejemplo:

El agua, su frmula qumica es H2O, e indica que una molcula de agua est

formada por un tomo de oxgeno y dos tomos de hidrogeno.

El propano, su frmula es el C3H8 e indica que una molcula de propano est

formada por tres tomos de carbono y ocho tomos de hidrogeno.

A) Propiedades.

Toda sustancia tiene un conjunto nico de propiedades - caractersticas que nos permiten

reconocerlas y distinguirlas de otras sustancias. Estas propiedades se pueden agrupar

dentro de dos categoras: fsicas y qumicas.

Una sustancia pura se puede separar en sus componentes ms simples nicamente

por mtodos qumicos o nucleares; y no se pueden separar por mtodos fsicos.

Las propiedades qumicas y fsicas de las sustancias puras no varan en toda la

extensin de la porcin de materia.

La composicin qumica de una sustancia pura es fija y constante

B) Clasificacin:

Las sustancias puras se pueden subclasificar en: Elementos y Compuestos.

ELEMENTOS:

Los elementos son sustancias puras que no se pueden separar en sustancias ms simples

por medios qumicos y, tradicionalmente, se consideran las sustancias fundamentales de

las cuales se compone la materia. Adems, son sustancias puras que estn compuestas por

una sola clase de tomos:

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Por ejemplo:

Elemento Smbolo

Oro Au

Plata Ag

Argn Ar

Radn Rn

Cloro Cl

Oxgeno O

Uranio U

Torio Th

Tabla 1: Elementos comunes y sus smbolos

A veces los tomos de un mismo elemento no metlico pueden combinarse entre s

formando especies conocidas como elementos moleculares, ejemplos de ellos tenemos:

cloro gaseoso (su frmula es Cl2), oxgeno gaseoso (su frmula es O2), P4 y tambin S8.

Propiedades

Los elementos pueden separarse en partes ms simples nicamente por mtodos

nucleares.

Por ejemplo: Uranio +2 + Torio

Torio e- + Paladio

COMPUESTOS

Son sustancias puras que estn formadas por dos o ms elementos distintos unidos

qumicamente en proporciones fijas e invariables.

Propiedades

Solamente pueden descomponerse o modificar su composicin atmica en

componentes ms simples utilizando mtodos qumicos.

Por ejemplo:

La electrlisis del H2O produce H2(g) y O2(g): Con el descubrimiento de mtodos para

generar electricidad, los qumicos encontraron que el agua puede descomponerse

en los elementos hidrgeno y oxgeno. Esta descomposicin indica claramente que

Oro

Plata

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el agua no es un elemento. Sin embargo no es una mezcla de hidrgeno y oxgeno.

Las propiedades del agua son muy diferentes de las de sus elementos

constituyentes. Adems la composicin del agua no es variable: El agua pura, sin

importar su origen, consta del 11% de hidrgeno y 89% de oxgeno en masa.

Perxido de Hidrgeno, su frmula es H2O2; esta difiere de la frmula del

agua (H2O) en un tomo de oxgeno ms; y conforme a la definicin de compuesto,

ya no es agua; ya que cambi la proporcin de oxgeno presente en el compuesto.

Las propiedades qumicas y fsicas de los compuestos no varan en toda la extensin

de la porcin de sustancia pura.

Los compuestos poseen una composicin elemental definida. Este enunciado

pertenece a la Ley de la Composicin Constante conocido tambin Ley de las

Proporciones Definidas, enunciada por Dalton.

1.2.2.2 MEZCLAS

Son porciones de materia que estn compuestos por varias clases de sustancias puras,

en proporcin variable, en las que cada una de las sustancia retiene sus propiedades o

su propia identidad qumica. La mayora de muestras de materia en la naturaleza son

mezclas.

Por ejemplo:

En el ejemplo en el agua de mar se tiene que los compuestos de los cuales

est conformada son el agua y la sal de mesa. El agua, conformada por los elementos

hidrgeno y oxgeno; y la sal de mesa por los elementos cloro y sodio.

A) Propiedades.

Las mezclas pueden separarse en sus componentes por mtodos fsicos.

Pueden formarse mezclas en varias proporciones.

Cada una de las sustancias que conforman la mezcla retiene sus propiedades.

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B) Clasificacin

Las mezclas pueden clasificarse en: Mezclas Homogneas y Mezclas Heterogneas.

Mezclas homogneas

Son mezclas homogneas aquellas que tienen igual composicin y

propiedades en toda su extensin; por lo que son uniformes en todas sus partes. La sal, el

azcar y muchas otras sustancias, se disuelven en agua para formar mezclas

homogneas. Las mezclas homogneas tambin son conocidas como soluciones.

Por ejemplo:

Mezclas Heterogneas

Son aquellas que no tienen la misma composicin y propiedades en todas sus partes y sus

componentes son fsicamente identificables.

Fase: Es la porcin de una mezcla heterognea fsicamente identificable.

Por ejemplo:

En el ocano Antrtico es comn observar grandes masas de

hielo dentro del agua formando, dos capas obteniendo de este

modo una mezcla heterognea. El hielo es fsicamente

identificable; por lo que se considera una fase.

El aire es una mezcla homognea de las sustancias gaseosas

nitrgeno, oxgeno, vapor de agua y dixido de carbono y

cantidades menores de otras sustancias; es imposible distinguir a

cada sustancia. El nitrgeno del aire tiene todas las propiedades del

nitrgeno puro, al igual que todas las dems sustancias.

Por ejemplo: La arena, las

rocas, la madera; no tienen la

misma composicin, propiedades y

apariencia en cada parte.

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1.3 ESTADOS DE LA MATERIA.

La materia se presenta en la naturaleza normalmente en tres estados fsicos: Slido, lquido

y gaseoso.

a) EL ESTADO SLIDO. Las sustancias

son rgidas y tienen forma definida. Su volumen no

vara mucho con la presin y la temperatura. Los

tomos y las molculas de un slido ocupan lugares

rgidos en el espacio. Las fuerzas que se ejercen

entre molcula y molcula y entre tomo y tomo

determinan la dureza y resistencia del slido.

b) EL ESTADO LQUIDO. En el estado lquido las

partculas individuales estn confinados a un volumen definido

y adquieren la forma del recipiente que lo contiene. Son

capaces de deslizarse una molcula sobre otra o una lmina de

molculas sobre otra lmina, de tal manera que en su conjunto

los lquidos pueden fluir, siendo la fluidez otra de sus

principales caractersticas. Las fuerzas de atraccin entre

molculas de lquido son menores que en los slidos

c) EL ESTADO GASEOSO. Los gases son mucho menos

densos que los slidos y los lquidos. Tienden a ocupar el

volumen del recipiente que lo contiene. Pueden expandirse

hasta el infinito y comprimirse con facilidad. Las molculas

de los gases estn muy separadas unas de otras, ya que

las fuerzas de atraccin entre sus molculas no existen a

bajas presiones y solo aparecen a medianas y altas

presiones y bajas temperaturas.

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En la siguiente tabla se presenta un resumen comparativo de los estados fsicos de

la materia y sus principales caractersticas.

Tabla 2. Estados fsicos de la materia

Estado Forma Volumen Partculas Compresibilidad

Slido

Definida Definido Unidas rgidamente; muy empacadas

Muy pequea

Lquido Indefinida Definido Mviles, unidas Pequea

Gaseoso Indefinida Indefinido Independientes y relativamente lejanas entre s

Alta

1.4 PROPIEDADES DE LA MATERIA

Refirindose a las sustancias puras, las propiedades pueden ser: Macroscpicas,

Microscpicas y Submicroscpicas.

1.4.1 PROPIEDADES MACROSCPICAS, MICROSCPICAS Y SUBMICROSCPICAS.

Las propiedades macroscpicas son aquellas que se pueden observar y/o medir

fcilmente porque se refieren a un conglomerado muy grande de partculas.

Por ejemplo: Volumen, Temperatura, Presin, densidad, expansibilidad, compresibilidad,

viscosidad, etc...

Las propiedades microscpicas son bsicamente las que se pueden observar con

aparatos sofisticados como microscopios electrnicos.

Las propiedades submicroscpicas son aquellas que solo pueden medirse o inferirse en

forma indirecta. Son bsicamente dos: el orden molecular y las fuerzas intermoleculares.

Orden molecular: Es el modo de distribucin o de empaquetamiento de las molculas de

la materia.

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Fuerzas intermoleculares: Son las fuerzas que se establecen entre las molculas de materia

cuando estas estn muy cerca unas de otras. Estas fuerzas pueden ser de atraccin y de

repulsin. Dependiendo del tamao de estas fuerzas con respecto a las otras as ser la

dureza de la materia.

1.4.2 PROPIEDADES CUALITATIVAS Y CUANTITATIVAS.

Las propiedades pueden ser: Propiedades cualitativas y propiedades cuantitativas.

Son propiedades cualitativas cuando se pueden percibir fcilmente por los sentidos. Por

ejemplo: Color, olor, textura, sabor, etc...

Son propiedades cuantitativas cuando se expresan por medio de magnitudes. Por

ejemplo: Densidad, Calor especfico, punto de ebullicin, etc...

1.4.3 PROPIEDADES FSICAS Y QUMICAS.

Las propiedades pueden ser: Propiedades fsicas y propiedades qumicas.

Propiedades fsicas: Todas las sustancias presentan propiedades fsicas. Estas son las

que se pueden medir sin modificar la estructura qumica molecular de dicha sustancia.

Por ejemplo: El punto de fusin normal, el punto de ebullicin normal, calor especfico,

densidad etc.

Propiedades Qumicas: Son las que se pueden observar y medir solamente mediante

cambios qumicos en la estructura molecular de dichas sustancias; adems describen la

forma en que una sustancia puede cambiar o reaccionar para formar otras sustancias.

As :

El agua es un liqudo incoloro, inodoro e inspido, en esta definicin se han

expresado solamente propiedades cualitativas.

El agua es un lquido cuya densidad es 1.00 gramo/cm3, con un punto de

ebullicin normal de 100 C, y un punto de fusin normal de 0 C, en esta

definicin se han utilizado solamente propiedades cuantitativas.

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Por ejemplo:

El Fsforo arde en el aire para formar pentxido de fsforo. Este cambio qumico se

puede escribir mediante una ecuacin qumica. As:

P4(s) + 5O2(g) 2P2O5 (g)

La madera arde en el aire para producir gas carbnico, vapor de agua, y cenizas. Este

cambio qumico se puede escribir mediante la ecuacin:

C6H12O6(s) + 6 O2(g) 6CO2(g) + 6H2O(g)

La madera es una mezcla de celulosa (C6H12O6), lignina y minerales. En la madera

estos ltimos dos componentes estn en pequeas proporciones; por lo cual la

ecuacin anterior es vlida.

El hierro se oxida en el aire para producir xido de hierro.

4Fe(s) + 3O2(g) 2Fe2O3(s)

1.4.4 PROPIEDADES INTENSIVAS Y EXTENSIVAS.

Las propiedades de la materia pueden ser: Propiedades Intensivas y Propiedades

Extensivas.

Son propiedades intensivas si su magnitud no depende de la cantidad de materia. Por

ejemplo: Densidad, punto de ebullicin normal, calor especfico, dureza, etc.

Son propiedades extensivas si su magnitud depende de la cantidad de materia. Por

ejemplo: Volumen, masa, peso.

Debido a que no hay dos sustancias puras distintas, con exactamente las mismas

propiedades qumicas y fsicas, dichas propiedades se utilizan para determinar qu

sustancia est presente en una muestra incgnita de materia.

1.5 CAMBIOS DE LA MATERIA

Los cambios de la materia son alteraciones en la materia observables por medio de cambios

en sus propiedades qumicas o fsicas. Estos pueden ser: Cambios qumicos y cambios

fsicos.

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1.5.1 CAMBIOS FSICOS.

Son aquellos que no modifican la estructura qumica esencial de la materia, sino solo su

apariencia fsica.

Por ejemplo:

La evaporacin del agua: Este es un cambio fsico debido a que el agua en la

evaporacin cambia del estado lquido al gaseoso, pero contina siendo agua.

Todos los cambios de estado (Por ejemplo, del lquido al gaseoso, o del lquido al

slido) son cambios fsicos.

1.5.2 CAMBIOS QUMICOS (llamados reacciones qumicas)

Son aquellos que modifican la estructura qumica esencial de la

materia y transforman una sustancia en otra qumicamente

diferente.

Por ejemplo:

La explosin de la plvora, quemar un trozo de lea,

encender un cigarrillo, etc

1.5.3 PROCESOS ENDOTRMICOS Y EXOTRMICOS.

Cuando ocurren cambios en la materia, ocurren simultneamente cambios de energa.

Estos cambios deben cumplir las Leyes de Conservacin de la Materia, que establece que

La materia ni se crea ni se destruye, solo se transforma. Tambin deben cumplir la Ley de

Conservacin de la Energa, la cual establece que La Energa ni se crea ni se destruye,

slo se transforma.

Por ejemplo:

La fusin del hielo se puede expresar:

H2O(s) H2O(l) ; Hf = 6.00 kJ/mol.

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Este es un cambio fsico; puesto que no altera la estructura qumica molecular del agua;

pero requiere que el hielo reciba una cantidad de calor, es decir que tiene asociado un

cambio de energa el cual se indica como Hf = 6.00 kilo Joule / mol. Por ser necesaria la

absorcin de calor para la fusin del hielo, se dice que se trata de un PROCESO

ENDOTRMICO.

La combustin del gas metano se puede expresar:

CH4 (g) + O2(g) CO2(g) + H2O(g) ; H = -890 kJ/ mol

Este es un cambio qumico; ya que modifica la estructura qumica molecular del gas

metano y del gas oxgeno. Es un cambio que produce calor, la cual se expresa como H = -

890 kJ/ mol. Por ser un proceso del cual resulta un desprendimiento de calor se dice que es

un PROCESO EXOTRMICO.

1.6 UNIDADES DE MEDIDA.

La aplicacin de la Qumica, en la industria o en un laboratorio qumico, requiere siempre de

mediciones de algn gnero. Esto se debe a que la Qumica estudia la materia midiendo sus

propiedades, como la masa, temperatura, densidad etc...Muchas de esas propiedades son

cuantitativas, es decir estn asociadas a cantidades fsicas. Una cantidad fsica se mide por

comparacin contra algn estndar conocido.

Por ejemplo :

Podra ser que necesitramos conocer la longitud de un lpiz.

Con instrumentos apropiados podramos determinar que la longitud del

lpiz es de 17.5 cm. El lpiz no contiene 17.5 cosas llamadas cm;

solamente ha sido comparada con la longitud de algn estndar conocido

como cm. Esta longitud tambin hubiera podido ser representada como

0.175 m si hubiramos usado otra medida conocida.

La magnitud de una cantidad fsica es dada por un nmero y una unidad de medida. Ambos

son necesarios porque en s mismos ni el nmero ni la unidad tienen significado. Con excepcin

17.5 cm

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de los nmeros y fracciones puros, es necesario incluir la mencin de la unidad con la del

nmero cuando se enuncia la magnitud de cualquier cantidad.

La magnitud de una cantidad fsica queda completamente especificada mediante un

nmero y una unidad, por ejemplo 20 metros o 40 litros.

A fin de estandarizar las mediciones cientficas, en 1960 se aprob un acuerdo internacional

que especifica las unidades bsicas que deben utilizar todos los cientficos. Las unidades

preferidas se conocen como unidades SI, de acuerdo con el Systeme International d Units,

francs.

Hay siete magnitudes cientficas fundamentales; para cada una existe una unidad adoptada

como patrn de medida. En la tabla 3, se dan sus unidades SI.

Magnitud fsica Nombre de la unidad Abreviatura

Masa Kilogramo kg

Longitud Metro m

Tiempo Segundo s

Corriente elctrica Ampere A

Temperatura Kelvin K

Intensidad Luminosa Candela cd

Cantidad de sustancia Mol mol

Tabla 3. Unidades SI bsicas.

Tambin existen magnitudes cientficas derivadas que se obtienen combinando las magnitudes

fundamentales.

Por ejemplo: La velocidad, que es la relacin entre la distancia y el tiempo transcurrido, tiene

unidades SI de metros por segundo: s

m

tiempo

longitudVelocidad , sus mltiplos o submltiplos.

Otros ejemplos similares son:

3m

kg

volumen

masaDensidad , sus mltiplos o submltiplos

Volumen = V = ( longitud )3 = m3 , sus mltiplos o submltiplos.

rea = ( longitud )2 = m2, sus mltiplos o submltiplos.

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Fuerza = (masa)x(aceleracin) = NewtonN2s

mkg

22.

Prin

lbf

m

N

rea

Fuerzaesin .

1.6.1 TEMPERATURA

La temperatura es una propiedad macroscpica, cuantitativa, fsica e intensiva de la

materia. Sentimos la temperatura como una medida de lo caliente o lo fro de un objeto. En

realidad la temperatura determina la direccin de flujo de calor. El calor siempre fluye

espontneamente de una sustancia con una temperatura superior a otra cuya temperatura es

inferior.

Las escalas de temperatura empleadas comnmente en estudios cientficos son la

Celsius y la escala Kelvin. El Kelvin es la unidad SI de la temperatura. La escala Celsius se

basa en la asignacin del 0C al punto de congelacin del agua y 100C a su punto de

ebullicin al nivel del mar. Las temperaturas correspondientes en la escala Fahrenheit son

32F y 212F. Hay 100 entre el punto de congelacin y el punto de ebullicin del agua en la

escala Celsius y 180 entre estos puntos en la escala Fahrenheit. En consecuencia, las

escalas Celsius y Fahrenheit se relacionan como sigue:

32F

9

532F

180

100C

O su equivalente,

325

9

CF

La escala Kelvin se basa en las propiedades de los gases. El

cero en esta escala corresponde a 273.15 C, y un Kelvin es de la misma

magnitud que un grado Celsius, tal como puede apreciarse en la figura.

Por consiguiente la escala Kelvin y Celsius se relacionan as:

15.273 CK

15.273KC

El aparato para medir la temperatura se llama termmetro.

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1.6.2 PRESION.

La fuerza normal (perpendicular) por unidad de rea se llama presin. As:

A

FP ; donde; F es fuerza realizada normalmente a un rea A.

Por su definicin la presin tiene dimensiones de fuerza dividida por rea, y una unidad

comn para la presin es 2m

N. Esta unidad se denomina Pascal [Pa] en el SI.

Pueden encontrarse una amplia variedad de otra unidades. En Estados Unidos los medidores

de las llantas de los vehculos dan una lectura en 2in

.lbf.

La presin ejercida por la atmsfera de la tierra al nivel del mar; presin atmosfrica, se

designa como una atmsfera [atm]:

2in

.lbf7.14Pa510x013.1atm1

El aparato utilizado para medir la presin atmosfrica es el barmetro. La mayora de los

aparatos de medicin de la presin usan la presin atmosfrica como nivel de referencia y

miden la diferencia entre la presin real y la presin atmosfrica, llamada presin

manomtrica. La presin real en un punto se llama presin absoluta, que es entonces la

presin atmosfrica ms la presin manomtrica. El aparato utilizado para medir la presin

manomtrica es el manmetro de tubo abierto.

1.6.3 VOLUMEN.

Volumen es el espacio que ocupa un cuerpo y para poder medirlo nos

hacen falta dos cosas:

1) Una unidad de medida: Como unidad de medida en el Sistema

Internacional se utiliza el metro cbico que se define como el volumen

que ocupa un cubo de un metro de arista.

18

Pero para medir volmenes ms pequeos se usa el centmetro cbico, que es el volumen

que ocupa un cubo de un centmetro de arista.

El centmetro cbico es la millonsima parte del metro cbico: 1cm3=0.000001 m3 .

2) Un instrumento de medida:

Para ello emplearemos una probeta graduada en centmetros cbicos y

por ejemplo la llenaremos con 30 cm3 de lquido. Despus

introducimos un slido, por ejemplo una pelota de la cual queremos

saber su volumen. Al introducirla el lquido de la probeta se desplaza

hacia arriba porque la pelota ocupa un volumen.

La diferencia entre los 60 cm3 que ocupa el lquido con la pelota y los 30 cm3 que ocupaba sin

ella, es el volumen que tiene la pelota: 60 cm3 - 30 cm3 = 30 cm3 .

1.6.4 DENSIDAD.

Es una propiedad fsica que se define como la cantidad de masa contenida en una unidad de

volumen de sustancia. Sabemos que el volumen es el espacio que ocupa un cuerpo pero:

Pesan lo mismo dos cuerpos diferentes que tengan el mismo volumen?

Naturalmente que no pesan lo mismo, y para entenderlo vamos primero a estudiar lo que es

MASA y PESO.

PESO: Es la fuerza con que la tierra atrae a los cuerpos, sabemos que dicha fuerza es

independiente de la forma y el volumen que tengan estos. Solo depende de su masa, o sea,

que pueden tener mucho volumen y poco peso.

MASA: Volumen que ocupa un cuerpo multiplicado por la densidad del material que lo

compone:

M = V x

DENSIDAD: Cantidad de materia que tiene un cuerpo por unidad de volumen.

Nivel original

de lquido

Nivel de lquido

luego de introducir

la pelota

19

Por lo tanto:

3m

kg

volumen

masaDensidad

Y la razn de que el mismo volumen de un cuerpo y el mismo volumen de otro cuerpo pesen

ms uno que otro es que tiene mayor densidad, es decir, los tomos de que est compuesto

estn en mayor cantidad en uno que en el otro.

Por ejemplo:

Si ponemos en una balanza 1 cm3 de hierro y 1 cm3 de aluminio, se

puede observar que la balanza se desequilibra haca el platillo del hierro:

Por qu?. Porque el hierro es ms denso que el aluminio, es decir que

1 cm3 de hierro contiene ms masa que 1 cm3 de aluminio. O dicho de

otra forma, que una masa o sea el mismo peso se puede contener en un

volumen menor.

Aunque la unidad SI bsica de la densidad es 3m

kg, es ms comn expresar la densidad en

unidades de gramos por centmetro cbico

3cm

g.

La densidad puede ser Absoluta y Relativa.

La densidad Absoluta del agua es = 1.00 g/cm3 a 4 C. Es decir que tiene unidades.

La densidad Relativa se expresa con relacin a una sustancia de referencia que suele ser el

agua a 4 C. As: la densidad relativa del Hierro es 7.86 y la del Cobre es 8.94. Es decir que

no tiene unidades.

1.6.5 ENERGA.

La Qumica tambin estudia los cambios de energa involucrados en los cambios de la

materia. De esta propiedad diremos que: Energa es la capacidad que tiene un cuerpo de

realizar un trabajo o transmitir calor y adems, que existen dos clases de energa: Energa

potencial y nnerga cintica.

Hierro

Aluminio

20

LA ENERGA POTENCIAL : es la que posee un cuerpo en virtud de su posicin en el

espacio. Su frmula es :

hgmpE

En esta ecuacin, h es la altura con respecto a una cota de referencia, en metros; y g se

refiere a la aceleracin gravitatoria, que en unidades SI tiene un valor de 2s

m8.9

LA ENERGA CINTICA : es la que posee un cuerpo en virtud de su movimiento. Su

frmula es:

2vm2

1kE

En sta ecuacin v es la velocidad del cuerpo en s

m.

Por ejemplo: Un ladrillo sostenido en el aire a cierta altura tiene energa potencial a causa

de la fuerza de gravedad (m x g) que esta actuando sobre l. Si el ladrillo cae, su energa

potencial se convierte en energa cintica.

TRABAJO: Tiene unidades de energa; ya que como se defini anteriormente, energa es la

capacidad de hacer un trabajo y la clase de trabajo mas familiar es el trabajo mecnico (W),

que se define como la cantidad de energa necesaria para mover un objeto determinada

distancia, d, cuando est sujeto a cierta fuerza, F.

As:

dFW

De tal manera que el trabajo se define como el producto de la fuerza por la distancia.

Por ejemplo: La compresin

de un sistema bloque-resorte o

la separacin del sistema

pelota-Tierra.

masa

a

l

t

u

r

a

g

21

UNIDADES DE TRABAJO Y DE ENERGA

La unidad SI, de energa es el joule [J] ; 2

2

11s

mkgJ . As, una masa de 2 kg que se

mueve a una velocidad de 1s

m posee una energa cintica de 1J:

Js

mkg

s

mkgEk 111)2(

2

12

22

Las unidades para el trabajo son las mismas que las de energa. As:

El Joule es el trabajo que se realiza cuando una fuerza de 1 N se desplaza una distancia de

1 m, o sea: 1 Joule = 1N x 1m. Otras unidades de energa son la calora (cal), el Ergio y la

BTU.

POTENCIA: Es la cantidad de trabajo que se realiza por unidad de tiempo. La potencia de

se mide en Watt (W):

s

JouleWatt

1

11

1.6.6 ENTALPA

La condicin de presin constante es muy importante en qumica. La mayor parte de las

reacciones, incluyendo las de los organismos vivos, se efectan a presin constante en la

atmsfera terrestre.

Por ejemplo: Retomando el ejemplo:

La fusin del hielo se puede expresar:

H2O(s) H2O( l ), Hf = 6.00 kJ/mol.

Se requiere que el hielo reciba una cantidad de calor, es decir que tiene asociado un cambio

de energa el cual se indica como Hf = 6.00 kiloJoule / mol.

La combustin del gas metano se puede expresar:

CH4 (g) + 2O2(g) CO2(g) + 2 H2O(g) ; H = -890 kJ/ mol

22

Es un cambio que produce calor, la cual se expresa como H = - 890kiloJoules/ mol.

En el caso de la combustin del metano la reaccin libera calor por lo que se denomina

exotrmica.

Estas cantidades de calor que fluyen o se requieren estn relacionadas con el sistema que

est reaccionando, que no son ms que los cambios en el contenido calrico de las

sustancias o ms propiamente ENTALPIA, H, la cual es otra propiedad de la materia.

En el caso de la fusin del hielo se necesita una cantidad de calor para que el proceso se

lleve a cabo por lo que el sistema absorbe calor, y el proceso es endotrmico, la entalpa

asociada a la fusin de un slido se denomina entalpa de fusin o calor de fusin.

El calor necesario para la evaporacin de un lquido se llama calor de evaporacin.

1.6.7 CAPACIDAD CALORFICA Y CALOR ESPECFICO.

El cambio de temperatura experimentado por un cuerpo cuando absorbe cierta cantidad de

calor se determina por su capacidad calorfica, la cual se define como la energa requerida

para elevar la temperatura del cuerpo en 1 C. Un objeto de gran capacidad calorfica

requiere de mayor cantidad de calor para experimentar un cambio en su temperatura que la

necesita un objeto de menor capacidad calorfica.

El calor especifico, matemticamente se define como:

)( Txm

QC p

Dnde: Q es calor absorbido o liberado, m es la masa de la sustancia y T el cambio de

temperatura. La capacidad calorfica para 1 gramo de sustancia se denomina capacidad

calorfica especfica o ms comnmente calor especfico. El calor especifico tiene las

unidades de (J/g.C).

23

1.6.8 CONVERSIN DE UNIDADES.

A causa de que se requiere gran cantidad de unidades diferentes para muy diversos

trabajos, se hace necesario con frecuencia convertir la medicin de una unidad en otra.

En el caso anterior, el mecnico debe convertir primero la fraccin en un decimal.

in19.1in16

31

En seguida, el mecnico debe escribir la cantidad a convertir dando tanto el nmero como la

unidad (1.19 in). Aqu recordamos la definicin que relaciona las pulgadas con los

milmetros.

mm4.25in1

Puesto que este planteamiento es una igualdad, podemos formar dos razones, cada una

igual a uno.

1mm4.25

in1 1

in1

mm4.25

Ntese que el nmero 1 no es igual al nmero 25.4, pero que la longitud de 1 in es igual a

la longitud de 25.4 mm. As, si multiplicamos alguna otra longitud por alguna de estas

razones obtendremos un nuevo nmero pero no habremos cambiado la longitud. Tales

razones son llamadas factores de conversin.

Cualquiera de los factores de conversin arriba indicados puede ser multiplicados por 1.19

in sin cambiar la longitud representada. La multiplicacin por la primera razn no da un

resultado significativo. Ntese que las unidades se tratan como cantidades algebraicas.

Por ejemplo, supngase que un mecnico mide el

dimetro exterior de un tubo de in16

31 . Para ordenar un

accesorio para el tubo, el mecnico tal vez necesite conocer este

dimetro en milmetros. Tales conversiones pueden ser fcilmente

realizadas con unidades algebraicas y aplicando el principio de

cancelacin.

in16

31

24

mm

2in

4.25

19.1

mm4.25

in1in19.1 Errneo!

Sin embargo, la multiplicacin por la segunda razn da el siguiente resultado:

mm2.30mm1

4.2519.1

ni1

mm4.25ni19.1

En la conversin de unidades se utiliza el procedimiento siguiente:

1. Escrbase la cantidad a convertir.

2. Defnase cada una de las unidades a convertir en trminos de las unidades

deseadas.

3. Para cada definicin, frmense dos factores de conversin, uno reciproco del

otro.

4. Multiplquese la cantidad a convertir por aquellos factores que cancelen todas

las unidades, salvo las deseadas.

A veces es necesario trabajar con cantidades que tienen unidades mltiples. Por

ejemplo, la velocidad se define como longitud por unidad de tiempo y puede tener unidades

de metros por segundo (m/s), pies por segundo (ft/s), u otras unidades. El mismo

procedimiento algebraico puede servir para la conversin de unidades mltiples.