QUIMICA I

UNIDAD IINTRODUCCION A LA QUIMICA

Dra. Nelly I. Guananga Diaz M.Sc.

CONTENIDO

1.1 La Química conceptos y aplicaciones.

1.2 Materia y Energía

1.3 Propiedades de la materia.

1.4 Clases de materia

1.5 Separacion de mezclas.

1.6 La energia y sus transformaciones.

1.7 Temperatura y calor, escalas

1.8 Medicion de la materia: Masa- volumen – densidad.

1.9 Sistemas de medidas, conversiones.

1.10 Cifras significativas e incertidumbre en las medidas

.

1.1 La QUIMICA Y SUS APLICACIONES

Que es Quimica?

- Es una ciencia de IMPACTO. Es la ciencia que estudia: La estructura de la materia y la composicion de lamateria, las leyes que rigen los cambios de la materia y su interrelacion con la energia.

- La QUIMICA es el estudio de las propiedades de los materiales y de los cambios que sufren éstos.

Uno de los atractivos de aprender química es ver cómo los principios químicos operan en todos los aspectosde nuestra vida, desde las actividades cotidianas como encender un fósforo hasta cuestiones mástrascendentes como el desarrollo de medicamentos para curar el cáncer y otras enfermedades.

La química permite obtener un entendimiento importante de nuestro mundo y su funcionamiento. Se tratade una ciencia eminentemente práctica que tiene una influencia enorme sobre nuestra vida diaria. Dehecho, la química está en el centro de muchas cuestiones que preocupan a casi todo mundo………. ¿Por quétantos temas diversos tienen un vínculo esencial con la química? La respuesta es que la química, por sumisma naturaleza, es la ciencia central. (Brown Theodore I, 2004).

APLICACIONES DE LA QUIMICA

1.2 MATERIA Y ENERGIA

LA ENERGIA

Es la capacidad de los cuerpos para producer cambios o

transformaciones, sobre si mismos o sobre otros.

La energia se manifiesta en los efectos o cambios que

producen en otros cuerpos o sobre si mismos.

Energia cinetica: se da si el cuerpo produce cambios o

transformaciones por su movimiento, esta energia depende

de la cantidad de masa del cuerpo y de la velocidad de dicho

cuerpo:

Ec = ½ * m * V2

Energia potencial: cambios que se producen por la posicion

del cuerpo , se divide en:

Gravitatora: depende de la altura (h) del cuerpo con respecto

al suelo, y del peso del cuerpo: ⟶

Magnetica.

Electrica

ENERGIA

MECANICA

E𝑝 = P* h

- EL UNIVERSO TODO, ESTA CONSTITUIDO POR MATERIA.

MATERIA: TODO LO QUE TIENE MASA Y ENERGIA, Y QUE POR LO

TANTO, OCUPA UN ESPACIO, ES TODO LO QUE EXISTE EN EL

UNIVERSO.

- MASA: MANIFESTACION DE LA MATERIA EN FORMA DE

PARTICULAS.

- ENERGIA: CAPACIDAD DE UN CUERPO PARA LLEVAR A CABO UN

TRABAJO.- EINSTEIN RELACIONA LA MASA CON LA ENERGIA A TRAVES DE LA

SIGUIENTE ECUACION MATEMATICA

E= mC2 =

30 billones de joules

E= energía; m= masa = 0.001Kg

c= velocidad de la luz aproximada = 300 000 000 m/s

Resuelva:

a) Determine la cantidad de energia producida

por un cuerpo cuya masa corresponde a 180 gramos.

b)Determinar la masa de un cuerpo que produce 5x109

j

1.3 PROPIEDADES DE LA MATERIA

1.4 CLASIFICACION DE LA MATERIA

PROPIEDADES FISICAS:

color, olor, densidad, punto

de fusión, punto de ebullición

y dureza);

PROPIEDADES QUIMICAS:

reacciones.

PROPIEDADES INTENSIVAS:

No dependen de la cantidad

de muestra: ToC, punto

fusión, densidad).

PROPIEDADES EXTENSIVAS:

Dependen de la cantidad de

sustancia: volumen y masa.

Fg: Esquema de clasificación de la materia. En el

nivel químico, toda la materia se clasifica en

última instancia como elementos o compuestos.

Diferencia entre sustancias puras simples y

compuestas

La porción más pequeña de sustancia que conserva las propiedadesquímicas de esa sustancia es la molécula. Podemos romper lamolécula, pero entonces esa sustancia desaparece y se transforma enotra u otras, con distintas propiedades.

Fórmula del agua Molécula de agua (H2O) Moléculas de agua

Si la sustancia no forma moléculas, entonces es el átomo la porción más pequeña con las propiedades químicas de la sustancia.

Lo más corriente es que los distintos compuestos se presenten en la Naturaleza mezclados entre sí formando minerales, rocas, disoluciones como el agua del mar, etc.

1.5 SEPARACION DE MEZCLAS

1.6 LA ENERGIA Y SUS TRANSFORMACIONES

Consulta: como funcionan las cocinas de induccion

1.7 TEMPERATURA Y CALOR

Sentimos la temperatura como una medida de la calidez o frialdad de un

objeto. En realidad, la temperatura determina la dirección de flujo del calor. El

calor siempre fluye espontáneamente de una sustancia que está a una

temperatura más alta hacia una que está a una temperatura más baja. Por

ello, sentimos la entrada de energía cuando tocamos un objeto caliente, y

sabemos que ese objeto está a una temperatura más alta que nuestra mano.

Las escalas de temperatura que comúnmente se emplean en los estudios

científicos son las escalas Celsius y Kelvin.

Equilibrio quimico: Cual sera la temperatura final

cuando se alcance el equiibrio termico?

Tipos de termometros

Las escalas de temperatura que comúnmente se

emplean en los estudios científicos son las escalas

Celsius y Kelvin.

La escala Celsius también es la escala de temperatura

cotidiana en la mayor parte de los países, y se basó

originalmente en la asignación de 0ºC al punto de

congelación del agua y 100ºC a su punto de ebullición en

el nivel del mar.

La escala Kelvin es la escala de temperatura SI, y la

unidad SI de temperatura es el kelvin (K). Esta escala

fue propuesta en 1848. Históricamente, la escala Kelvin

se basó en las propiedades de los gases. El cero en esta

escala es la temperatura más baja que puede

alcanzarse, 273.15ºC, a la cual llamamos cero absoluto.

Ambas escalas, Celsius y Kelvin, tienen unidades del

mismo tamaño; es decir, un kelvin tiene el mismo

tamaño que un grado Celsius. Por tanto, la relación

entre las escalas Kelvin y Celsius es la siguiente:

K = °C + 273.15 (1)

El punto de congelación del agua, 0ºC, es 273.15 K.

Adviértase que no usamos un signo de grado (º) con

temperaturas en la escala Kelvin.

La escala de temperatura común en Estados

Unidos es la escala Fahrenheit, que no se emplea

generalmente en estudios científicos. En esta

escala, el agua se congela a 32ºF y hierve a 212ºF.

Las escalas Fahrenheit y Celsius están

relacionadas como sigue:

°C = 5/9 (°F – 32) o bien °F =9/5 (°C) + 32 (2)

En los USA miden, temperatura termodinámica mediante la escala Rankine.

Rankine es una (absoluta) escala de temperatura termodinámica que lleva el

nombre del Ingeniero y físico William John Macquorn Rankine de la Universidad

de Glasgow, la cual la propuso en 1859. El símbolo de grados Rankine es °R (o Ra

si es necesario para distinguirla de las escalas Romer y Reaumur). Por analogía

con Kelvin, algunos autores en la unidad de Rankine omiten el símbolo de grado.

Tanto en la escala K y R el cero es el cero absoluto, pero el grado Rankine se

define como igual a 1°F, en lugar de la de 1°C utilizado por la escala kelvin. Una

temperatura de -459.67 °F es exactamente igual a 0°R

En algunos campos de la ingeniería en USA miden la temperatura termodinámica

en escala Rankine. En publicaciones el Instituto Nacional de Estandares y

Tecnología de USA no recomienda el uso de grados Rankine.

Para convertiroC a

oF :

Para convertir deoF a

oC:

Para convertir de K aoC:

Para convertir deoC a K

Para convertiroF a K:

Para convertir de K aoF:

Para convertiroR a

oC:

Para convertiroR a

oF:

Para convertiroR a K:

Para convertiroC a

oR:

Para convertiroF a

oR:

Para convertir K aoR:

oF =

oC x 1,8 + 32.

oC = (

oF – 32) / 1.8

oC = K – 273.15

K =oC + 273.15

K = 5/9 (oF – 32) + 273.15

oF = 1.8 (K – 273.15) + 32

oC = (

oR – 491.67) x 5/9

oF =

oR – 459.67

K =oR x 5/9

oR = (

oC + 273.15) x 9/5

oR =

oF + 459.67

oR = K x 9/5

Para la temperatura intervalos en lugar de temperaturas específicas,

1oR = 1o F = 5/9 oC = 5/9 K comparaciones entre diferentes escalas de temperatura

kelvin Celsius Fahrenheit Rankine

Cero absoluto

(por definición) 0 K -273.15 oC -459.67

oF 0

oR

Punto de congelación de

salmuera (por definición

en la escala Farenheit

(solamente))

255.37 K -17.78 oC

oF 459.67

oR

Punto de congelación del

agua 273.15 K 0 oC 32

oF 491.67

oC

Punto triple del agua

(por definición) 273.16 K 0.01 oC 32.018

o F 491.688

o R

Punto de ebullición del

agua

373.1339 K 99.99839 o C 211.97102

oF 671.64102

oC

1.8 MEDICION DE LA MATERIA: Masa-Volumen-

Densidad.

• La materia ademas de

la masa tiene otra

propiedad general que

se puede medir:

volumen

LA MASA

La inercia es una propiedad general de la materia. Para medirla se utiliza

una magnitud llamada masa, proporcional a la cantidad de materia que

hay en los cuerpos y tambien proporcional a su peso, la masa no solo

depende del tamano sino tambien del material. Aunque aparentemente lo

tengamos claro no debemos enganarnos por el ojo. Un objeto no tiene

mayor masa cuanto mas grande es, sino cuanto mas pesa.

La masa se mide en gramos si es pequena, y si es grande en Kilogramos.

1 Kiogramo (kg) = 1000 gramos (g)

Kg g (x 1000)

g Kg (: 1000)

El hecho de medir la masa de un objeto se llama pesar, para lo cual

utilizamos balanzas

EL VOLUMEN

Otra propiedad general de la materia es la extension. Una de las

magnitudes utilizada para medirla es el volumen. Que es el volumen?

Es la cantidad de espacio que ocupa. Ej: una pelota de baloncesto

tiene mayor volumen que una de tenis.

Hay objetos que tienen mucho volumen y poca masa, u objetos que tienen

mucha masa y poco volumen. En los liquidos el volumen coincide con la

capacidad del recipiente que ocupan. Si llenamos una botella que tiene

capacidad de 1L, solo puede contener 1L del liquido. Los liquidos adaptan su

forma al recipiente que los contiene.

Los volumenes especialmente en los liquidos suelen expresarse en mililitros

(mL) si son volumenes pequenos o, en litros (L) si son volumenes grandes.

1 L = 1000 mL

L mL (x 1000)

mL L (: 1000) El volumen de un cuerpo depende solo de su tamano y no de su material

Como se mide el volumen de un solido?

1. Se llena una probeta con un liquido cualquiera hasta cierta altura.

2. Se lee el volumen alcanzado: “lectura inicial”

3. Se introduce cuidadosamente el solido y se vuelve a leer el volumen:

“lectura final”.

4. Se calcula el volume del solido como: V = Vf - Vi

En la figura se ilustran los aparatos que se usan con mayor

frecuencia en química para medir volúmenes. Las jeringas,

buretas y pipetas entregan líquidos con mucha mayor exactitud

que las probetas graduadas. Los matraces volumétricos sirven

para contener volúmenes específicos de líquido.

La densidad.

La densidad relaciona la masa con el volumen (las dos propiedades de la

materia). Segun el cociente entre la masa de un objeto y su volumen.

masa (Kg o g)

Densidad = ----------------------- = kg/L o g/mL

volume (L o mL)

Densidad de algunas substancias:

Agua: 1 kg/ L Aceite: 0,92 kg / L

Alcohol: 0,78 kg /L Hierro: 7,9 Kg / L Plomo: 11,3 kg / L

Cuales de estas substancias flotaran en el agua y por que?

La densidad es una propiedad especifica de la materia, que nos permite distinguir unos

materiales de otros. Se trata, de calcular que masa tendra un cuerpo que ocupa un

volumen de un centimetro cubico.

EJERCICIOS DE DENSIDAD

1. Cual es el volumen ocupado por 5.0 g de plata solida cuya densidad

es de 10.50 𝑔/𝑐𝑚3?

V=𝑚

𝑑V=

5.0 𝑔

10.5𝑔/𝑐𝑚3 = 0.48 𝑐𝑚3

Nótese que a menor densidad mayor es el volumen ocupado por una muestra de la misma masa.

2. L.a densidad del Selenio es 4.9 𝑔/𝑐𝑚3. Cual es la masa de 6.5 𝑐𝑚3.

d=

m

Vm = d* V

m = 4.9 𝑔/𝑐𝑚3* 6.5 𝑐𝑚3

= 31.85 g

1.9 SISTEMA DE MEDIDAS- CONVERSIONES

cgs (cegesimal) mks

MAGNITUD UNIDAD DE MEDIDA SIMBOLO

LONGITUDMASAVOLUMENTEMPERATURATIEMPO

CENTIMETROGRAMOLITROGRADO CENTIGRADOSEGUNDO

cmgL

°Cs

MAGNITUD UNIDAD DE MEDIDA SIMBOLO

LONGITUDMASAVOLUMENTEMPERATURATIEMPO

METROKILOGRAMO

LITROGRADO

CENTIGRADOSEGUNDO

mkgL

°Cs

MAGNITUD UNIDAD DE MEDIDA SIMBOLO

LONGITUDMASAVOLUMENTEMPERATURATIEMPO

METROGRAMOMETRO CUBICOGRADO CENTIGRADOSEGUNDO

mg

m3°Cs

Sistema metrico decimal Sistema Ingles

MAGNITUD UNIDAD DE MEDIDA SIMBOLO

LONGITUDMASAVOLUMENTEMPERATURATIEMPO

PIELIBRAGALONGRADO FAHRENHEITSEGUNDO

plbg°Fs

SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES

El sistema SI, cuyo origen proviene del nombre francés SystèmeInternational d’Unités, fue creado por el Comité Internacional de Pesosy Medidas, en 1960, con sede en Francia. Estableció 7 magnitudesfundamentales, se ha adoptado por muchos organismosinternacionales, incluyendo la Unión Internacional de Química Pura yAplicada, para instituir una norma para las mediciones. En el SI, lasunidades de referencia para longitud, masa y tiempo son metro,kilogramo y segundo, con los símbolos m, kg y s, respectivamente. Sepuede utilizar un multiplicador para representar valores mayores omenores que la unidad básica (gramo, litro, metro, etc.).

Los multiplicadores se expresan con el número diez elevado a unapotencia específica, como se muestra en la tabla. Con este sistema seevita la necesidad de tener diferentes unidades básicas, como pulgada,pie, yarda u onza, pinta, cuarto de galón, galón, etc. La abreviatura delmultiplicador antecede al símbolo de la unidad básica sin espacio nipuntuación. Un ejemplo es m en mL, mililitro (10−3L). Ya que porrazones históricas el kilo, que es la unidad de referencia del SI para lamasa, ya tiene un prefijo, los múltiplos para la masa deben derivarseaplicando el multiplicador a la unidad gramo y no a kilogramo;entonces, 10−9 kg se expresa como microgramos (10−6 g) y se abreviaµg.

SI: unidades, prefijos

CONVERSIONESConvertir se refiere a trasladar, pasar o cambiar una medida dada a otro tipo de medida; y talconversión puede realizarse dentro de un mismo sistema de medidas o entre sistemas demedidas, pero siempre referido a una misma magnitud. Cuando se mide un objeto se obtieneuna medida, la cual está formada por dos partes: el valor numérico y la unidad de medida.

Para realizar conversiones, es necesario conocer ciertos valores numéricos conocidos comoequivalencias y factores de conversión. Una equivalencia es un valor numérico que se utilizapara convertir una medida dada a otro tipo de medida, como se dijo: dentro de un mismosistema de medidas o entre sistemas de medidas; y un factor de conversión es una fracciónnumérica utilizada para el mismo fin. Las equivalencias se encuentran en las denominadastablas de equivalencias, y se utilizan para elaborar o plantear la famosa regla de tres (no esapropiada a este nivel), que es un método de conversión.

Ejemplos de equivalencias son: 100 centímetros equivalen a 1 metro; 36 pulgadas equivalen a 1 metro; mil metros equivalen a 1 kilómetro, etc.

El factor de conversión es un valor numérico que se utiliza para convertir rápidamente unamedida a otro tipo de medida, lo que constituye también un método de conversión. Lamedida que se desea convertir se multiplica o se divide por el factor y así automáticamente seobtiene la conversión deseada. Por ejemplo, si se desea pasar 8 metros a yardas, lo único quese debe de hacer es multiplicar los metros por el factor de conversión para las yardas, que es0.914, así: (8 x 0.914 = 7.312 yardas).

En otros casos se emplean varios factores de conversión para llegar alresultado final (planteamientos).

Se pueden realizar dos tipos de conversiones: convertir unidades de medidamenores (sub-múltiplos) a unidades de medida mayores (múltiplos), y a lainversa. Por ejemplo, existen unidades de medida menores que el metro,llamadas submúltiplas, como el centímetro, el decímetro y el milímetro; ytambién existen unidades de medida mayores que el metro, llamadasmúltiplos, como el decámetro, el hectómetro y el kilómetro.

Así, para trasladar o convertir metros a centímetros, o sea medidas mayoresa menores, simplemente se multiplica el valor de los centímetros por el valorde su equivalencia a metros, en este caso por 100.

Para trasladar metros a kilómetros, o sea medidas menores a mayores, sedivide el valor de los metros por el valor de su equivalencia a kilómetros, eneste caso por 1,000. A continuación se presenta una tabla de equivalencias.

Equivalencias:

°F °C KEl agua hierve a 212 100 373Temperatura Ambiente 72 23 296El agua se congela a 32 0 273Cero Absoluto -460 -273 0

Empezar el Solucionario: Tablas de sistemas de medidas, ampliar del SI; incluir tablas de conversiones, tablas de formulas (formulario)

Como se ha visto todas las mediciones, se expresan con unnúmero y una unidad. El número se usa para indicar cuántasde las unidades están contenidas en la cantidad que se mide.La unidad indica la naturaleza específica de la dimensión; esdistinto medir en pies que en litros.

Se debe estar familiarizados con los exponentes y la notacióncientífica (por ejemplo: 1 x 104,3 x 10−9 o 106) y con lasreglas para manejar cifras significativas.

METODOLOGIA DE LAS CONVERSIONES

1.Escriba la cantidad a convertir.

2.Defina cada unidad en términos de la unidad deseada.

3.Por cada definición, forme dos factores de conversión, uno como recíproco del otro.

4.Multiplique la cantidad a convertir por aquellos factores que cancelarán todo menos las unidades deseadas.

NOTACION CIENTIFICA

• 1.- La velocidad de la luz en el vacío es de: 300 000 000 m/s

• 2.- Expresar en notación científica: 0,00000000123

• 3.- Expresar en notación científica: 16 200 000 000 000

RESPUESTAS:

1. 3X108 m/s

2. 2. 1,23X10−9

3. 3. 1,62X1013

Usamos notación científica o exponencial cuando tratamos connúmeros muy grandes y muy pequeños, por ejemplo, 197 g de Au (1mol) contienen aproximadamente: 602000000000000000000000átomos y la masa de un átomo de Au es aproximadamente:0,000000000000000000000327 gramos.

• Para evitar escribir tantos ceros se usa la notación científica dónde se escribe el número en forma exponencial y se coloca un dígito no nulo a la izquierda de la coma decimal. Así tenemos 6,02 x 1023 átomos en 197 g de oro y la masa de un átomo de oro es de 3,27 x 10-22 g.

• Los ceros que aparezcan a la izquierda antes de un digito distinto de cero no son significativos. Ejemplo.

0,0025 dos cifras significativas

0,0001 una cifra significativa

0,0222 tres cifras significativas

• Despues de la coma decimal, los ceros que aparezcan son significativosrespetando la regla anterior. Ej:

64,0 tres cifras significativas

0,03200 cuatro cifras significativas

0,1030 cuatro cifras significativas

1.10 CIFRAS SIGNIFICATIVAS E INCERTIDUMBRE.

INCERTIDUMBRE EN LA MEDICION

NUMEROS EXACTOS NUMEROS INEXACTOS

-1 docena de huevos= 12 huevos - Se obtienen de mediciones

- 1 Kg= exactamente 1000 g - Siempre existe incertidumbre

- 1 m= exactamente 100 cm en las cantidades medidas.

- Pueden resultar del conteo - Existen errors de equipos y

(# personas en un salon) errors humanos.

QUE ES INCERTIDUMBRE?

• Si tenemos una pipeta con divisiones de 0.01 mL, cual es suincertidumbre?

• 2.- Una balanza industrial con capacidad de 100 Kg tiene unasensibilidad de 5 gramos, cuál es su incertidumbre?.

• 3.- Para medir el largo de una tubería de agua se usó un flexómetrocon divisiones de 0.1mm, cuál es la incertidumbre?

RESULTADOS• 1.- +/- 0.005 mL

• 2.- +/- 2.5 g

• 3.- +/- 0.05 mm

ESTADISTICA BASICA

MEDIA, VARIANZA, DESVIACIÓN ESTANDAR

DIGA SUS CONCEPTOS

CUAL ES SU APLICACIÓN?

El gerente de una empresa de alimentos desea saber que tanto varíanlos pesos de los empaques (en gramos), de uno de sus productospresentación 500 g, el precio de la unidad es de usd: 10); por lo queopta por seleccionar al azar cinco unidades de ellos para pesarlos. Losproductos tienen los siguientes pesos (490, 500, 510, 515 y 520)gramos respectivamente.

1.- Calculamos la media:

𝑋 =490+500+510+515+520

5=

2535

5= 507

2.- Calculamos la varianza:

𝑆2= 490 −507 2+ 500 −507 2+ 515 −507 2+ 520 −507 2

5−1

𝑆2= 145

3.- Calculamos la desviación estándar .

S= 145= 12.04 aproximado 12

• Que conclusiones sacamos?

• 1.- El peso promedio de los empaques es de 507 gramos.

• 2.- Existe una tendencia a variar en dicho peso por arriba y pordebajo en 12 gramos.

• 3.- Esta información le da las bases para conocer las perdidas por elexcedente en el peso empacado y para tomar las accionescorrectivas en el proceso.

BIBLIOGRAFIA

http://www.fisica-quimica-secundaria-bachillerato.es/quimica_interactiva.htm

http://perso.wanadoo.es/oyederra/

http://www.educaplus.org/index.php?mcid=3&PHPSESSID=e041739339770b08da56ac7f3c26efbb

http://blog.educastur.es/eureka/otros-cursos/

Brown.