quimica_9º

Qumica de 9 Grado INTRODUCCIN

Prof. Jess Marcos Segura

La qumica es definida por diversos autores de diferentes maneras y esto refleja las dificultades existentes para describir completamente las inmensas posibilidades que ofrece la qumica y sus diversas ramas. En los tiempos actuales todas las ramas de la ciencia se relacionan a tal grado que se dificulta delimitar las funciones de cada una de estas ramas. La qumica se relaciona estrechamente con otras ramas de la ciencia como la fsica, la biologa, matemticas, astrofsica, mineraloga, geologa, metalurgia y otras. Podemos realizar un listado enorme de profesiones que requieren conocimientos de qumica. As, por ejemplo, el bilogo debe conocer qumica para poder entender los procesos metablicos que ocurren en el organismo. El ingeniero debe entender la qumica de los materiales que utiliza. El farmacutico debe entender la qumica para conocer los efectos de los frmacos en el cuerpo humano. El gelogo debe entender qumica para conocer la materia que forma el globo terrestre. El metalrgico debe conocer las propiedades de los metales para transformarlos, etc. Debido a esta estrecha relacin entre la qumica y otras ramas de la ciencia, se dificulta dar una definicin exacta de la qumica. Sin embargo, podemos definir a la qumica de manera aceptable de la siguiente manera. La qumica es una rama de la ciencia que se encarga de estudiar la materia con respecto a sus propiedades fsicas y qumicas, estructura, composicin, cambios qumicos y fsicos y el comportamiento energtico asociado a estos cambios. Las principales ramas de la qumica son: Qumica inorgnica: Estudia los elementos y sus compuestos excluyendo los compuestos del carbono excepto los carbonatos, xidos de carbono, varios carburos o carbidos, cianatos y otros que se consideran compuestos inorgnicos...Esto ltimo nos indica lo complejo que resulta separar exactamente una rama de la qumica de otra rama. Qumica orgnica: Estudia las sustancias derivadas del carbono excepto los citados anteriormente que contienen carbono, pero se consideran inorgnicas. Ejemplo, monxido de carbono, dixido de carbono, carbonatos, varios carburos o carbidos... 1

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Qumica analtica: Estudia la composicin qumica de las sustancias y su estructura. Qumica fsica o fisicoqumica: Aplica los mtodos fsicos al estudio de sistemas qumicos. Estudia los estados de la materia (slido, lquido y gas), la estructura de la materia (tomos y molculas), la velocidad de las reacciones, la energa y calor envuelto en las reacciones qumicas y comportamiento de las sustancias frente a la corriente elctrica. Bioqumica: Estudia las sustancias en organismos biolgicos. Qumica tcnica o aplicada. Estudia los procesos, operaciones unitarias y diseo de los equipos necesarios para la transformacin fsica sustancias a nivel industrial o a gran escala. y qumica de las

Como hemos podido apreciar en las definiciones dadas para la rama de la qumica. La qumica estudia los elementos y sus compuestos, la composicin qumica y estructura de las sustancias, aplica mtodos fsicos al estudio de sistemas qumicos, estudia las sustancias en organismos biolgicos y los procesos, operaciones unitarias, diseos de equipos requeridos para la transformacin fsica y qumica de las sustancias a gran escala o escala industrial. Debido al carcter multidisciplnar de la qumica existen diversas subdiciplinas como, por ejemplo, la agroqumica, quimioinformtica, qumica ambiental, geoqumica, radioqumica, astroqumica, petroqumica.... Al definir las ramas de la qumica hemos hecho referencia a los siguientes trminos. Elemento y sustancia El elemento es una sustancia simple que no se puede descomponer en otras sustancias mediante mtodos fsicos y qumicos ordinarios.Figura 1. Fisin nuclear del uranio

La fisin nuclear y la radioactividad natural permiten que algunas sustancias simples se descomponga en otras sustancias. Por ejemplo el Uranio-236 (236U) se puede

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descomponer en Bario-141(141Ba) y Criptn-62 (162Kr) y otros subproductos. En la actualidad se conocen 112 elementos qumicos.SmboloTc Pm Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cp

Nmero atmico43 61 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112

NombreTecnecio Prometio Neptunio Plutonio Americio Crio Berquelio Californio Einsteinio Fermio Mendelevio Nobelio Laurencio Rutherfordio Dubnio Seaborgio Bohrio Hassio Meitnerio Darmstadtio Roentgenio Copernicio

Tabla 1: Elementos qumicos sintetizados. Figura 2 Tabla peridica de la IUPAC mostrando el perodo del descubrimiento del elemento

Ejemplos de elementos o sustancias simples son: el sodio (Na), potasio (K), calcio (Ca), hierro (Fe)... De los 112 elementos 22 de ellos se han sintetizado en el laboratorio mediante reacciones nucleares. Elementos que se han sintetizado en el laboratorio son dados en la siguiente tabla. Hasta el 2009 el nombre de copernicio y smbolo Cp no ha sido reconocido oficialmente por la IUPAC (Unin Internacional de Qumica Pura y Aplicada). Sustancias son materiales homogneos de composicin qumica definida e invariable y pueden ser simples y compuestas. Las sustancias compuestas estn formadas por ms de un elemento. Ejemplos de sustancias compuestas son: el agua (H2O), el dixido de 3

Qumica de 9 Grado carbono (CO2), la sacarosa (C12H22O11)...


El concepto de qumica que hemos dado envuelve los siguientes trminos: Ciencia Materia Propiedades fsicas y qumicas Estructura Composicin.

Ciencia La qumica es una ciencia debido a que est formada por un conjunto de principios, leyes y hechos que se han explicado y demostrado mediante el mtodo cientfico. El mtodo cientfico est formado por las etapas que se sealan en el mapa conceptual dado en la figura 3. La observacin consiste en examinar atentamente fenmenos y hechos mediante

nuestros sentidos o mediante instrumentos y que posteriormente interpretamos. Esta interpretacin posterior nos permite plantear preguntas y buscar explicaciones para estas preguntas. El marco terico consiste en la bsqueda de informacin relacionada al problemas que hemos planteado. La revisin de trabajos previos es necesaria para evitar la repeticin de los trabajos y familiarizarse con trabajos anteriores en el rea bajo consideracin. Determinado el objetivo de la investigacin, planteamos una hiptesis que consiste en una afirmacin o negacin hipottica sobre lo observado y que deseamos investigar Una vez que hemos planteado la hiptesis es requerido demostrarla mediante experimentacin. Por tanto, es requerido disear un experimento o varios experimentos bajo un estricto control de variables para evitar la obtencin de falsas interpretaciones. Realizar las operaciones y mediciones escrupulosamente. Utilizar instrumentos bien calibrados para que los resultas sean exactos y precisos. Tambin es requerido mantener un cuaderno de anotaciones donde se registre con toda claridad el trabajo que se va desarrollando. Por ejemplo, si el experimento requiere determinar la densidad de una

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sustancia en estado gaseoso, es requerido conocer la temperatura y la presin a la que se ha realizado la determinacin debido a que la densidad es afectada por estas dos variables. Por tanto, al reportar el valor de densidad debemos indicar la temperatura y la presin a la que se realiz la determinacin y todo debe estar reflejado en el cuaderno de anotaciones. El cuaderno de anotaciones debe estar paginado, indicar el ttulo del experimento, fecha de realizacin, una descripcin del experimento exactamente como fue realizado, resultados obtenidos, resultados descartados que no deben ser borrados del cuaderno de anotaciones, conclusiones obtenidas... Todo esto se realiza para que otra persona pueda repetir el experimento realizado y se puedan comparar o confrontar los resultados.

Figura 3. Etapas seguidas por el mtodo cientfico

Despus de la parte experimental analizamos los datos obtenidos y extraemos las conclusiones. Si la hiptesis no se demuestra podemos realizar una nueva hiptesis y volvemos ha realizar la experimentacin requerida para demostrar la nueva hiptesis. Se 5

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demuestre o no se demuestra la hiptesis, se debe elaborar un informe o tesis que seale el material utilizado, procedimientos utilizados, resultados, conclusiones y generalizaciones o leyes. Elaborado el informe, la siguiente etapa consiste en divulgar el trabajo realizado para que pueda servir a otros investigadores. Materia

Materia es todo aquello que posee masa y ocupa un lugar en el espacio. La masa es la cantidad de materia que existe y es una medida de la inercia que poseen los cuerpos, es decir, la resistencia que ejerce la materia a modificar su estado de reposo o movimiento. La masa se relaciona con la fuerza y la aceleracin, mediante la siguiente expresin.. m = F/ F = fuerza y = aceleracin El espacio ocupado por la materia se denomina volumen. La relacin existente entre masa y volumen se denomina densidad, que estudiaremos con mayor detalle en el prximo captulo.

= m/V Propiedades

Propiedades son atributos o cualidades que caracterizan a las sustancias. Las propiedades se dividen en propiedades fsicas y qumicas. Las propiedades fsicas son propiedades que se pueden medir sin que la sustancia modifique su composicin o su estructura interna. Ejemplos de estas propiedades son : densidad, peso especfico, capacidad calorfica, solubilidad, color, sabor, olor, punto de fusin, punto de ebullicin, ductibilidad, maleabilidad, dureza... Las propiedades qumicas son propiedades que para medirlas es requerido modificar la composicin de la sustancia o modificar su estructura interna, es decir, producir una reaccin qumica o un fenmeno qumico. Ejemplos, combustin, descomposicin de carbonatos, halogenacin, hidrogenacin, nitracin, desplazamiento de hidrgeno del agua por un metal... 6

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Tambin se utiliza el trmino de propiedades extensivas y propiedades especficas. Propiedades extensivas son propiedades no caractersticas que dependen de la cantidad de sustancia, por ejemplo, el volumen, la masa, el color de una solucin, peso...y, por tanto, no se pueden utilizar para identificar a una sustancia. Las propiedades especficas son propiedades intrnsecas o propiedades caractersticas de las sustancias y, por tanto, no dependen de la cantidad y las podemos utilizar para identificar o diferenciar sustancias. Podemos definir las propiedades especficas como el conjunto de propiedades fsicas que se mantienen constante en diferentes muestras de un mismo material. Por ejemplo, nmero atmico, masa molar, punto de fusin, punto de ebullicin, viscosidad... Cuando ocurre una transformacin permanente de la materia, es decir, cuando una sustancia se transforma dando lugar a otra con propiedades fsicas y qumicas diferentes a las de partida se dice que ha ocurrido un cambio qumico o un fenmeno qumico. Un cambio qumica se suele caracterizar por: Alteracin de las propiedades fsicas y qumicas. Son generalmente permanentes. Van acompaados con la absorcin o desprendimiento de calor.

El sodio metlico al ponerlo en contacto con el aire forma una capa de xido de color blanco sobre su superficie, debido a que ha reaccionado con el oxgeno del aire. Al poner en contacto un pedazo de sodio con agua, observamos una explosin que indica una reaccin violenta entre el sodio y el agua. En estas dos situaciones los productos formados poseen propiedades diferentes a las del sodio metlico y son ejemplos de un cambio qumico o fenmeno qumico.

Figura 4. Ejemplos de cambios qumicos (quema, volcn y corrosin)

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Otros ejemplos de cambios qumicos son la oxidacin del hierro, la combustin de una vela, la luz producida por una linterna con pilas, la quema de rboles, los volcanes, digestin de los alimentos... El cambio fsico o fenmeno fsico ocurre sin una alteracin de la composicin de la sustancia aunque su aspecto externo cambia. El cambio fsico se caracteriza por: Son de carcter parcial Continan solamente mientras exista la causa que lo provoca.

Son eejemplosos de cambios fsicos la evaporacin del agua (paso de lquido vaporpr) y fusin del agua (paso de slido a lquido), el calentamiento de una sustancia, la atenuacin del color de una solucin por dilucin...

Figura 5. Ejemplos de cambios fsicos (evaporacin y congelacin del agua

Para recuperar el estado original despus de realizado el cambio fsico slo es requerido revertir las condiciones. Por ejemplo, si evaporamos el agua lquida calentndola desde 25 C a 110 C a la presin de 101325 Pa (1 atm) para recuperar el estado inicial slo es requerido enfriar desde 110 C hasta 25 C a la misma presin. Estructura

Como veremos en el desarrollo de la asignatura, la materia est formada por tomos que no se puede dividir por mtodos simples. Un tomo es la menor porcin de un elemento que puede participar en una reaccin qumica, pero tambin lo podemos definir como la menor porcin de un elemento que conserva la identidad o las propiedades de ese elemento.Figura 6. Modelo clsico del tomo

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Haciendo uso del modelo clsico del tomo, ste est formado por un ncleo donde se localizan partculas subatmicas denominadas protones, neutrones y una zona externa donde se localizan los electrones girando traslacionalmente alrededor del ncleo en rbitas circulares y elpticas y rotacionalmente sobre su propio eje imaginario. El ncleo de algunas sustancias se comporta como si tuviese un movimiento rotacional. Los protones poseen carga positiva, los neutrones son neutros y los electrones poseen carga negativa. Para que el tomo sea neutro el nmero de protones es igual al nmero de electrones. La masa de un protn es aproximadamente 1837 veces mayor que la masa de un electrn. La masa de un neutrn es ligeramente superior a la de un protn. Por tanto, la masa de un tomo est ms concentrada en el ncleo que en su parte perifrica. Las propiedades qumicas de las sustancias, dependen de los electrones ms externos del tomo o ms alejados del ncleo. distribucin electrnica no es alterada. Composicin La composicin se refiere al tipo de sustancia que forma la materia y las proporciones de masas en la que se encuentran sus constituyentes. Por ejemplo, para una sustancia como la sal comn es funcin de la qumica identificar los elementos que forman la sal y en que proporciones de masas se encuentran. La rama de la qumica que se encarga de determinar la composicin de los componentes de la materia se denomina qumica analtica. Energa E = W E = variacin de energa cintica y W es el trabajo mecnico La qumica tambin estudia la relacin existente entre el calor, la energa y el trabajo. La energa se puede manifestar de diferentes maneras como, por ejemplo, energa cintica que depende de la velocidad, energa potencial que depende de la altura, energa luminosa como la generada por el sol, energa qumica como la generada por pilas y bateras, energa nuclear proveniente de reacciones en el ncleo atmico, energa elica generada por el viento, energa hidrulica generada por corrientes de ros, saltos de 9 Es la capacidad de realizar un trabajo mecnico. Al ocurrir un fenmeno qumico se altera la distribucin electrnica o estructura electrnica de la sustancia. En el fenmeno fsico esta

Qumica de 9 Grado agua o mareas y otros tipos de energa.


Figura 7. La qumica es esencial en el ciclo de la energa

Durante el curso desarrollaremos con mayor amplitud todos estos conceptos. Actividades 1. Elabora un listado de 10 aplicaciones industriales de la

qumica. 2. Elabora un listado de 5 propiedades fsicas del agua de mar con sus respectivos valores y comparalas con las propiedades del agua pura. 3. 4. Elabora un listado de tres propiedades qumicas del hierro. En el siguiente listado diferencia las sustancias simples de las compuestas. a. Sodio (Na) b. Agua (H2O) 10

Qumica de 9 Grado c. Sal (NaCl) d. cido de la leche o cido lctico (C3H6O3 ) e. Diamante (C) 5.


En la siguiente lista seala los cambios qumicos y fsicos. a. Calentamiento del agua en un termo. b. Huevos fritos d. Hervir la leche. e. Herrumbre en un tubo del bao. f. Disolver azcar en el caf. g. Explosin nuclear.

6. Actividades en Internet: a. Haciendo uso del motor de bsqueda Google, consulta las masas, cargas y smbolos del electrn, protn y neutrn. b. Haciendo uso del directorio de bsquedaa de Yahoo, consulta las definiciones de fisin nuclear y radioactividad natural. c. El foro de discusin que utilizamos en la asignatura se encuentra alojado en la

siguiente direccin URL :http://boards5.melodysoft.com/app?ID=marcossegura. Emite un comentario sobre la importancia de la qumica, sobre los tpicos comentados y las dificultades que has encontrado. Identificarse de la siguiente manera. Escribe tu primer nombre primero, las dos primeras letras del apellido, el curso y las siglas del colegio (primer nombre_la primera letra de cada apellido_curso_siglas del colegio). Por ejemplo, marcos_sm_1_nutica d. Vete al blog de Terminologa qumica que se encuentra alojado en la siguiente direccin URL. http://terminalogaqumica.blogspot.com/. Localiza la entrada de fusin y fisin nuclear con fecha 9 de febrero de 2007, emite un comentario sobre la fisin nuclear y reporta un ejemplo diferente al dado y diferente al de tus compaeros.. e. Vete a la discusin qumica en la wikipedia, alojada en la siguiente direccin URL. http://es.wikipedia.org/wiki/Discusi%C3%B3n:Qu%C3%ADmica, localiza la seccin ejemplo qumico y emite tu opinin sobre lo comentado en esta seccin.

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f. Remitirle al profesor de la asignatura un correo electrnico ([email protected]) emitiendo tu opinin personal sobre las actividades realizadas en Internet. Indica las actividades que te han gustado ms, actividades que no te han gustado, las dificultades encontradas para la realizacin de las mismas, el aprendizaje alcanzado y que otras actividades te gustaran realizar con respecto al tema tratado..

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