Química I Unidad 1 Materia y Medición€¦ · Unidad 1 Materia y Medición ¿Por qué …el hielo...

PROF: ING. HUGO ROJAS

Química ICB-005

Unidad 1Materia y Medición

¿Por qué …el hielo se derrite?…el agua se evapora?…las baterías generan electricidad?…congelamos los alimentos?…hay plásticos mas resistentes que otros?…tomamos medicamentos cuando nos

enfermamos?…las hojas de los árboles se ponen rojas en

otoño?

…ESTUDIAR QUIMICA?


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QUIMICADisciplina científica que estudia las propiedades de la

materia y los cambios que ésta experimenta

Proporciona antecedentes para entender la materia entérminos de átomos

Es una CIENCIA CENTRAL, ya que se relaciona con

varias otras disciplinas básicas y aplicadas


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CLASIFICACION DE LA MATERIA

La materia se puede clasificar según su estado físico o su composición

Sólido

Líquido

GasMezcla deSustancias

Sustancia pura


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La Química es la ciencia que estudia la composición, estructura, propiedades

y cambios de la materia. Los estados de la materia se pueden clasificar

principalmente en tres:

Estado Sólido

Estado Gaseoso

Estado Líquido

MATERIA

EK ( sólido) < EK ( líquido) < EK ( gas)

Fusión

Solidificación

Evaporación

CondensaciónSublimación


Depositación


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La materia se puede clasificar según su estado físico o su composición

Sólido

Líquido

GasMezcla deSustancias

Sustancia pura


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es materia que tiene propiedades y composición definidas

Sustancia pura

Por ejemplo: Agua (H2O)Sal (NaCl)

Amoniaco (NH3)

Mercurio (Hg)Cobre (Cu)

Oxigeno (O2)

“Elementos”

“ Compuestos”

“ Todas las sustancias puras son elementos o compuestos”


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Una sustancia pura es materia que tiene una composición ypropiedades físicas y químicas características.

Elemento

Compuesto

Son sustancias que no pueden descomponerse en sustancias ma ssimples por medios químicos y están formados solo por una cla se deátomos.

Son sustancias que se componen de dos o mas elementos, es deci r,dos o mas clases de átomos. El oxigeno se combina con el hidrog enopara formar agua

NaCl - O2 - Cu

H2O


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Los elementosconocidos en laactualidad son 116, los que varían en suabundancia. El 90% de la corteza terrestreconsta de 5 elementos, oxígeno (O2),silicio (Si), aluminio (Al), hierro (Fe), ycalcio (Ca). Los elementos poseenabreviaturas llamadas símbolos químicos yestán organizados en la tabla periódica delos elementos

Hg - Mercurio

Ni - NiquelP - Fósforo


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Compuestos : sustancias formadas por la unión de dos o más

elementos. Pueden descomponerse en sus elementos constituyentes

Por ejemplo el agua líquida se descompone por acción de la

corriente eléctrica en hidrógeno y oxígeno, siendo el volumen del hidrógeno

generado el doble que él del oxígeno

El agua pura, cualquiera que sea su origen, siempre consiste de un 11%

de H y un 89 % de O

Corresponde a dos átomos de H y uno de O por molécula de agua

“La composición elemental de un compuesto puro siempre es la

misma, independiente de su origen “

La ley de la composición constante o ley de

las proporciones definidas


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Fulereno

NiSO4

Benceno


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La materia que nos rodea no es químicamente pura

AIRE (gas) - GASOLINA (líquido) - CONCRETO (sólido)

Las mezclas son combinaciones de dos o mas sustancias en lasque cada sustancia mantiene sus propiedades e identidad química.Las sustancias que componen una mezcla se denominancomponentes de la mezcla.

Son mezclas que son uniformes Son mezclas que carecen de en todos sus puntos. Estas mezclas una composición y aspecto son denominadas SOLUCIONES. uniforme en todos sus (Aire N2 y O2, Salmuera, puntos. Agua y AceiteSoldadura (Sn y Pb)

HeterogéneasHomogéneas

Mezclas


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Separación de las Mezclas

Mezclas Heterogéneas Mezclas Homogéneas o Soluciones

- Filtración - Destilación - Cromatografía

- Decantación


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Propiedades de la MateriaCada sustancia posee un conjunto único de propiedadescaracterísticas que permiten distinguirlo de otras sustancias.

Estas propiedades se pueden Describen la forma en que unamedir sin cambiar la identidad sustancia puede reaccionar parani la composición de la sustancia. formar otras sustancias.Ejemplos: Color, olor, densidad, Ejemplo: Inflamabilidad, que es lapto. fusión, pto. ebullición, etc. capacidad de arder en presencia de

O2

QuímicasFísicas

Propiedades de la Materia

Agua Hidrogeno OxígenoEstado Líquido Gas GasPto. de ebullición 100 °C 253 °C 183 °CDensidad 1,00 g/mL 0,084 g/L 1,33 g/LInflamable No Si No

- -


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Otra forma de clasificar las propiedades de las sustancias es en propiedades extensivas e intensivas.

Las propiedades Intensivasno dependen de la cantidad demuestra que estemos analizando, por ejemplo, temperatura, puntode fusión, densidad, etc.

Las propiedades Extensivasdependen de la cantidad demuestra, por ejemplo, la masa y el volumen.

Cambios Físicos y Cambios QuímicosLos cambios físicosvarían la apariencia física de unasustancia, pero no su composición, por ejemplo, en el paso delagua del estado líquido al estado gaseoso existe un cambio deestado pero el agua no cambia su composición. Todos loscambios de estado de la materia representan cambios físicos


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En los Cambios Químicos una sustancia se transforma en una sustancia químicamente distinta, es decir, ocurre una reacción química. Por ejemplo, al encender una mezcla de Hidrogeno y Oxígeno generamos Agua.

Una vista a nivel molecular.

Arder

Mezcla de O2 e H2 Agua – H2O


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UNIDADES DE MEDICIONSistema Internacional de unidades

-XI Conferencia General de Pesas y Medidas (celebrada en París en 1960),unificó las unidades de medida, basado en el sistemamks (metro-kilogramo-segundo). Este sistema se conoce comoSI, iniciales de SistemaInternacional.

Magnitud Nombre de la unidad Símbolo

Longitud metro m

Masa kilogramo kg

Tiempo segundo s

Intensidad decorriente eléctrica

amperio A

Temperaturatermodinámica

kelvin K

Cantidad de sustancia mol mol

Intensidad luminosa candela cd


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• Longitud es una medida de la distancia o dimensión de uncuerpo

• Masaes una medida de la cantidad de materia que posee uncuerpo (no confundir con peso)

• Tiempo. En 1967 se redefinió el segundo a partir de lafrecuencia en que el átomo de cesio absorbe energía. Ésta esigual a 9.192.631.770 Hz (1/s) o ciclos por segundo.

UNIDADES DE MEDICION


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Factores de Conversión de Unidades


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Prefijos y Ordenes de magnitud

Ejemplos: nombre de a. 10-9 g b. 10-6 sc. 10-3 m


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Escalas de Temperatura

• La Temperatura es una medida de la calidez o frialdad de un objeto.

Para determinar la temperatura usamos termómetros graduados en 3 diferentes escalas Kelvin, Celsius o Fahrenheit

5

32 9

C

F

° =° −

K = ˚C + 273,15

¿A cuanto equivalen 27˚C y 0 ˚F en las otras escalas?


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Otras Unidades•El Volumen es la cantidad de espacio que ocupa un cuerpo. En SI su unidad es m3, ya que es un volumen muy grande se utiliza el cm3. Otraunidad de medida de volumen que NO es SI es el litro (L), compuesto por1000 mL.

1 mL = 1 cm3 = 1 cc1 m3 = 1000000 cc = 1x106 mL

1 L = 1000 cc = 1000 mLAlgunos aparatos para medir volúmenes en el laboratorio son:

1. Jeringa 3. Bureta2. Probeta 4. Matraz de aforo

1 2 3 4


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La Densidades la cantidad de masa por unidad de volumen de la sustancia

Densidad = masa . ( g )volumen (cm3 ó mL)

Las densidades están referidas al agua, la que posee d=1g/cm3, es decir, 1 g de agua ocupa 1 cm3 de volumen.

Sustancia Densidad (g/cm3)

Aire 0,001

Balsa de madera 0,16

Agua 1

Sal de mesa 2,16

Hierro 7,9

Oro 19,32

¿Qué densidad tiene el Hg si 1,00 x 102 g ocupan un volumen de 7,36 cm3?

¿Cuánta masa de mercurio hay en 65,0 cm3?


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Análisis dimensional

El análisis dimensional es el empleo correcto de factores de conversiónpara transformar una unidad en otra.Un factor de conversión es una fracción cuyo numerador ydenominador son la misma cantidad expresada en diferentes unidades.Por ejemplo,

2,54 cm = 1 pulg.

Lo que nos permite escribir dos factores de conversión:

2,54 cm y 1 pulg1 pulg 2,54 cm

El primero de estos factores se emplea cuando queremos convertirpulgadas en centímetros y el otro para la operación inversa.


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En general las unidades se multiplican como sigue:

Unidad dada x unidad deseada = unidad deseadaunidad dada

Ejemplo: Transformar 115 lb a gramos. Dato: 1 lb = 453.6 g

Masa en gramos =(115 lb) (453.6 g) = 5.22 x 104 g1 lb

¿Cuántas pulgadas son 8 m?

100cm 1pulg 800pulgNúmero de pulgadas= (8m) = =315 pulg

1m 2,54cm 2,54


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Cifras Significativas

Todas las mediciones en los trabajos científicos son informadas con una cierta cantidad de dígitos,

-¿Cuántos dígitos debo informar?. -¿Cuál es la incertidumbre en cada medición?

En una balanza que es capaz de medir hasta 0,0001g se masa una moneda, la expresión de su resultado es

2,2405 ± 0,00005g

El valor 2,2405 corresponde al número de cifras significativasinformadas,±0,00005 corresponde a la incertidumbre. En este casoel 5 es un dígito incierto debido a que está en la escala deincertidumbre de la balanza.


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Son los dígitos que indican la exactitud de una medición. Para determinar el número de cifras significativas en una medida, se utilizan las siguientes pautas:1.- Los dígitos o cifras distintos de cero, son significativos.

96 cm tiene 2 cifras significativas61,4 mm tiene 3 cifras significativas

2.- Los ceros que estan entre dígitos distintos de cero son significativos1005 g tiene 4 cifras significativas1,03 ms tiene 3 cifras significativas

3.- Los ceros al principio de un número decimal NO son significativos; solo indican la posición del punto decimal

0,00745 tiene 3 cifras significativas0,02 mL tiene 1 cifra significativa

4.- Los ceros, utilizados después del punto decimal, son significativos.4,7200 tiene 5 cifras significativas

Cifras Significativas


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5.Cuando un número termina en cero pero no contiene punto decimal, los ceros podrían ser significativos o no

130 cm (2 o 3 cifras significativas)10300 g (3, 4 o 5 cifras significativas)

Ambiguo!!!Para eliminar esta ambigüedad escribimos en notación científica

1,03 x 104 g (3 cifras significativas)1,030 x 104 g (4 cifras significativas)1,0300 x 104 g (5 cifras significativas)

La notación exponencial no aumenta el número de cifras significativas

-¿Qué diferencia hay entre 4,0g y 4,00g?

Una balanza tiene una precisión de 0,01g (±0,005g). Si un cuerpo deaproximadamente 25g se pesó en esta balanza, ¿Cuantas cifras significativasdebemos informar?¿Cuántas cifras significativas tiene a) 403 b) 500 c) 6,020x1023d) 5x10-3e) 0,00134


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Cálculo con cifras significativas

La precisión de los resultados está limitado por la precisión de las mediciones.En las multiplicaciones y divisionesel resultado debe informarse con el mismonúmero de cifras significativas que la medición que tiene menos cifrassignificativas. Si el resultado tiene mas dígitos que el número correcto de cifrassignificativas, debe redondearse.Ejemplo: Calcule el área de un rectángulo cuyos lados miden 6,221 cm y 5,2 cm

Área= (6,221cm)(5,2cm)=32,3492cm2�32cm2

Al redondear tenga presente que:Si el digito mas a la izquierda que va a quitar es menor que 5, no se modifica el número precedente. Si redondeamos 7,348a 2 cifras significativas da 7,3.Si el dígito mas a la izquierda que va a quitar es mayor que 4, el número precedente se incrementa en 1. Si redondeamos 4,735a 3 cifras significativas da 4,74.


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En las sumas y restas el resultado no puede tener mas dígitos a la derecha de la coma que los números originales.

Un gas a 25˚C ocupa un recipiente cuyo volumen es 1,05x103 cm3. Se pesó el recipiente mas el gas lo que arrojó una masa de 837,6 g. Si se extrae todo el gas del recipiente se obtiene una masa de 836,2 g. Calcule la densidad del gas.

20,4

1,322

83

104,722 Se redondea a 105

Este número limita la cantidad de cifras significativas en el resultado.

837,6

836,2

1,4

g

g

g

3 3 33 3

1,41,3 10 / 0,0013 /

1,05 10

m gdensidad x g cm g cm

V x cm−

−= = = =

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