Unidad 1. Clasificacion, estados y propiedades de la materia.doc

8/15/2019 Unidad 1. Clasificacion, estados y propiedades de la materia.doc

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Química Técnica

1

UNIVERSIDAD DE EL SALVADORFACULTAD MULTIDISCIPLINARIA DE

OCCIDENTE

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA YARQUITECTURAQUIMICA T�NICA

NIDAD 1

NIDAD 1

LASIFICACION, ESTADOS YLASIFICACION, ESTADOS YPROPIEDADES DE LAPROPIEDADES DE LA

MATERIA�MATERIA�CCONTENIDO:

Introducci� al estudio de la Qu�ica

Defnici� y clasifcaci� de la materia.Sustancias Puras, Mezclas.Estados de la materia.Propiedades de la materia. Cambios de la

materia.Procesos endot�micos y exot�micos.Unidades de medici�.



Química Técnica

. !"#$%DUCC!&" '( ES#UD!% DE (' QU)M!C'.

E S T U D I A R

E s t u d i a l o s c a m b i o s d e l a m a t e r i a ,

t a n t o * u + m i c o s e s e n c i a le s - , c o m o + s i c o s .

I N V E S T I G A R

! n / e s t i 0 a l a m a n e r a c 1 m o l a m a t e r ia p u e d e

i d e n t i f c a r s e m e d i a n t e s u s p r o p i e d a d e se s e n c i a le s y n o c i r c u n s t a n c i a le s o a c c i d e n t a le s .

C R E A R

C r e a o t r o s m a t e r ia l e s a p a r t i r d e m a t e r i a s p r im a s

o r 0 2 n i c a s o i n o r 0 2 n i c a s * u e p u e d a n s e r / ir p a r as a t i s f a c e r n e c e s i d a d e s e s p e c í f i c a s d e l a h u m a n i d a d .

1 . 1 . 2 F in a l id a d d e l a Q ! " i# a .

$ a m a d e l a s c ie n c i a s n a t u r a l e s * u e e s t u d i a l a m a t e r ia ,

a tr a / 3 s d e s u s p r o p i e d a d e s * u + m i c a s y + s ic a s 4 e x p l ic a n d o ,

p r e d i c i e n d o y c o n t r o l a n d o l o s c a m b i o s * u + m i c o s y + s i c o s * u e

s u r e y la s / a r ia c i o n e s d e e n e r 0 + a * u e a c o m p a 5 a n a e s o s c a m b i o s .

Q U IM IC A

1 . 1 . 1 D e $ n i # i% n

2



Química Técnica

1.1.& CLASIFICACI'N DE LA QU(MICA.Debido a lo extenso del 2rea de estudio de la Qu+mica y para acilitar el

lo0ro de sus prop1sitos, la *u+mica se di/ide en otras ramas i0ualmenteimportantes6

QU(MICA GENERAL) Es la rama principal *ue la une al tronco de lasciencias naturales, donde se estudian en orma 0eneral todas las especialidades y

caracter+sticas de la materia y su comportamiento.QU(MICA ORG*NICA) Estudia toda la materia constituida por 2tomos de

Carbono, 7idr10eno, %x+0eno y "itr10eno, mutuamente enlazados y *ue0eneralmente son o pro/ienen de la materia /i/iente.

QU(MICA INORG*NICA) Estudia todos los materiales sin /ida oinanimados, minerales, metales, l+*uidos, 0ases. 8eneralmente estos materialesno contienen Carbono ni 7idr10eno.

QU(MICA ANAL(TICA) Es la rama de la Qu+mica *ue estudia la detecci1n eidentifcaci1n Qu+mica 'nal+tica Cualitati/a-, y la determinaci1n de las cantidadesde sustancia *u+mica contenida en una porci1n de materia Qu+mica 'nal+tica

Cuantitati/a-.QU(MICA F(SICA) 'plica las leyes de la 9+sica y la Matem2tica al estudio de

la materia y sus propiedades.

+IOQU(MICA) Estudia los procesos biol10icos desde el punto de /ista*u+mico.

En 0eneral la Qu+mica busca respuestas a pre0untas como6

:C1mo se combinan las sustancias para ormar otras; :C1mo son los cambios de ener0+a in/olucrados en las transormaciones

*u+micas;

:C1mo est2 constituida la materia en su detalle m2s +ntimo; :C1mo se relacionan los 2tomos y las ormas en *ue ellos se combinan con laspropiedades de la materia *ue nosotros podemos medir;

.< C('S!9!C'C!&" DE (' M'#E$!'.1.2.1 DEFINICI'N DE MATERIA.Es todo a*uello *ue tiene masa y *ue ocupa un lu0ar en el espacio. Por

tener masa, posee inercia, y por tener un lu0ar en el espacio, tiene extensi1n. MASA) Es la cantidad de materia *ue tiene un cuerpo.

INERCIA) Es la propiedad *ue tienen los cuerpos materiales a resistirse amodifcar su estado de reposo o de mo/imiento rectil+neo uniorme.

Del esfuerzo realizado (F) para /encer y superar esa resistencia aconser/ar el reposo aceleración “a” - resulta el concepto de masa, *ue es unapropiedad de la materia.

aF∝ -

El s+mbolo => si0nifca “ es proporcional a ..” , la ecuaci1n - se lee6 (auerza es proporcional a la aceleraci1n. Sin embar0o al *uitar el si0no deproporcionalidad e introducir el si0no =i0ual>, se debe introducir tambi3n unaconstante y esa es la masa. 's+6

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Química Técnica

a."F = <-

'l despe?ar la masa de la ecuaci1n <- resulta6

'@ora bien6 si F se mide en unidades de uerza ANewton, N B yla aceleración se mide en unidades de Ametros / segundo 2 B , resulta6

ramologKi2s

m

N

m =

= , *ue es la unidad de masa.

Dependiendo c1mo se mida la masa, esta puede ser6 !asa "nercial y !asagra#itatoria.

Ma-a Ga/i0a0ia) Es la masa de un cuerpo determinada por

comparaci1n con la masa de un cuerpo de masa patr1n en un cuerpo 0ra/itacional.

Para el cuerpo cuya masa se *uiere medir6 ."3e-= -Para el cuerpo de masa patr1n6 .3"3e-= -En ambas ecuaciones => es la aceleración de la gra#edad.Puesto *ue el fel de la balanza est2 @orizontal4 ambos pesos son i0uales y por

tanto6 3""= -1.2.2 CLASIFICACION DE LA MATERIA.(a materia se puede clasifcar en6 S-0an#ia- Pa- y Me4#la-.1.2.2.1 SUSTANCIA PURA.Es una cantidad cual*uiera de materia ormada por un mismo tipo de

2tomos o mol3culas *ue le proporcionan propiedades *ue la distin0uen. (asmol3culas est2n compuestas por 2tomos espec+fcos en proporciones defnidas ein/ariables.

$or e%emplo& El a0ua de mar se puede separar en /arias sustancias dierentes, de

las cuales la m2s abundante es el agua, as+ como la sal de mesa cloruro desodio-. ' su /ez, el a0ua y la sal de mesa se di/iden en otras sustancias2tomos-6

' gua, su 1rmula es6 7<%, e indica *ue una mol3cula de a0ua est2ormada por un 2tomo de %x+0eno y dos 2tomos de 7idr10eno.

' al de mesa, su 1rmula es6 "aCl, e indica *ue una mol3cula de Clorurode sodio est2 ormada por un 2tomo de Sodio y un 2tomo de Cloro.

F"

Ma-a Ine#ial) Es la medida de laresistencia *ue experimenta un cuerpo,*ue est�en reposo sobre una superfciesin ricci 4 a ad*uirir una aceleraci 殿� en AmFse0. 2 * por acci de una uerza 擢

� en A" B.

'celeraci nnnn

9uerzamasa

$or e%emplo& 'l colocar en el platillo deuna balanza el cuerpo de masa inc10nita y enotro platillo la masa patr1n mGltiplo ysubmGltiplos- de manera *ue el fel de labalanza este recto se puede escribir6

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Propano, su 1rmula es6 C7H, e indica *ue una mol3cula de propanoest2 ormada por tres 2tomos de Carbono y oc@o 2tomos de 7idr10eno.

a5 P3iedade-. #oda sustancia tiene un con?unto Gnico de propiedades I caracter+sticas

*ue nos permiten reconocerlas y distin0uirlas de otras sustancias. Estaspropiedades se pueden a0rupar dentro de dos cate0or+as6 9+sicas y Qu+micas.

Nota& +ste tema ser a-ordado con maor profundidaden la sección 1.6 PROPIEDADES DE LA MATERIA.

Una sustancia pura se puede separar en sus componentes m2s simplesGnicamente por m3todos *u+micos o nucleares4 y no se pueden descomponer porm3todos +sicos.

(as propiedades *u+micas y +sicas de las sustancias puras no /ar+anen toda la extensi1n de la porci1n de materia.

(a composici1n *u+mica de una sustancia pura es f?a y constante.

75 Cla-i$#a#i%n)(as sustancias puras se pueden clasifcar en6 Ele"en0- y C"3e-0-.

1.2.2.1.1 Ele"en0-.(os elementos son sustancias puras *ue no se pueden descomponer ensustancias m2s simples por medios *u+micos y, tradicionalmente, se consideranlas sustancias undamentales de las cuales se compone la materia. 'dem2s, sonsustancias puras *ue est2n compuestas por una sola clase de 2tomos.

$or e%emplo& +lemento m-olo

%ro 'uPlata '0'r01n 'r$ad1n $n

Cloro Cl%x+0eno %Uranio U #orio #@

Ta7la 16Elementos comunes y sus s+mbolos' /eces los 2tomos de un mismo elemento no met2lico pueden

combinarse entre si ormando mol3culas. 's+6 I Cloro 0aseoso, su 1rmula es Cl<.

I %x+0eno 0aseoso, su 1rmula es %<.

a5 P3iedade-. (os elementos pueden separarse en partes m2s simples Gnicamente

por m3todos nucleares.$or e%emplo& Uranio JK< K #orio Las partículas (α) son núcleos

completamente ionizados) #orio eI K Paladio.75 Al "8- -7e l- ele"en0-.' la luz de una /ariedad

aparentemente interminable de sustancias en nuestro mundo es, sin embar0o,sorprendente *ue solo @aya L elementos conocidos *ue existen en lanaturaleza.

%ro

Plata

5

http://es.wikipedia.org/wiki/%CE%91

http://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAcleo_at%C3%B3mico

http://es.wikipedia.org/wiki/Ion

http://es.wikipedia.org/wiki/%CE%91

http://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAcleo_at%C3%B3mico

http://es.wikipedia.org/wiki/Ion



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Cada elemento tiene un nombre y un s+mbolo4 y 3ste es la 1rmula delelemento. Para defnir el s+mbolo de un elemento se deben se0uir las si0uientesinstrucciones6

El s+mbolo ser2 la primera letra mayGscula del nombre. 's+6 Carbono,C-4 9luor, F-4 7idr10eno, 9-4 etc...

Si ya existe el s+mbolo se utilizar2n las primeras dos letras de sunombre, y la se0unda letra se escribir2 en minGscula. 's+6 Cobalto, C-4 7elio,9e-4 Cloro, Cl-4 etc...

Existen ciertos elementos *ue por su anti0Nedad de ser conocidos, @anormado su s+mbolo con las dos primeras letras de su nombre en lat+n o 0rie0o.'s+6 Calcio, Ca- de Calcium, 7ierro, Fe- de 9errum4 Sodio, Na- de "atrium4etc...

'l0unos se @an nominado @aciendo reerencia a su descubridor o alnombre de un cient+fco amoso. Por e?emplo6 Curio, Mendele/io, Einstenio,(aurencio.

%tros se @an nominado en @onor al nombre del laboratorio o de laciudad donde se encuentra el laboratorio nuclear donde ueron sintetizados. Pore?emplo6 Caliornio, Oerelio, olramio.

1.2.2.1.2 C"3e-0-. Son sustancias puras *ue est2n ormadas por dos o m2s elementos

unidos *u+micamente en proporciones f?as e in/ariables.$or e%emplo&

En el e?emplo planteado del agua de mar se tiene *ue los compuestosde los cuales esta conormada son el a0ua y la sal de mesa. El a0ua, como seexplic1 anteriormente, est2 conormada por los elementos @idr10eno y ox+0eno4y la sal de mesa por los elementos cloro y sodio.

El $eró0ido de 1idrógeno, su 1rmula es 7<%<4 esta difere de la 1rmuladel a0ua 7<%- en un 2tomo de ox+0eno m2s4 y conorme a la defnici1n decompuesto, ya no es a0ua4 ya *ue cambi1 la proporci1n de ox+0eno presente enel compuesto.

a5 P3iedade-.Solamente pueden descomponerse o modifcar su composici1n

at1mica en componentes m2s simples utilizando mtodos 3umicos. $or e%emploI (a electrólisis del 7<% produce 7<0- y %<0- 6 Con el descubrimiento de

m3todos para 0enerar electricidad, los *u+micos encontraron *ue el a0ua puededescomponerse en los elementos @idr10eno y ox+0eno. Esta descomposici1nindica claramente *ue el a0ua no es un elemento. Sin embar0o no esmeramente una mezcla de @idr10eno y ox+0eno. (as propiedades del a0ua sonmuy dierentes de las de sus elementos constituyentes. 'dem2s la composici1ndel a0ua no es /ariable6 El a0ua pura, sin importar su ori0en, consta del R de@idr10eno y HR de ox+0eno en masa.

(as propiedades *u+micas y +sicas de los compuestos no /ar+an entoda la extensi1n de la porci1n de sustancia pura.

(os compuestos poseen una composici1n elemental defnida. Esteenunciado pertenece a la “4e de la 5omposición 5onstante” conocidotambi3n“4e de las $roporciones 6e7nidas” , enunciada por Dalton a partir delestudio realizado por osep@ (ouis Proust.

1.2.2.2 ME:CLAS.

6



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Son porciones de materia *ue est2n compuestas por /arias clases desustancias puras, en proporci1n /ariable, en las *ue cada una de las sustanciaretiene sus propiedades o su propia identidad *u+mica. (a mayor+a de muestras demateria en la naturaleza son mezclas.

a5 P3iedade-. (as mezclas pueden separarse en sus componentes por m3todos

+sicos. Pueden ormarse mezclas en /arias proporciones. Cada una de las sustancias *ue conorman la mezcla retiene sus

propiedades.

75 Cla-i$#a#i%n. (as mezclas pueden clasifcarse en6 Me4#la- 9";nea- y Me4#la-9e0e;nea-.

1.2.2.2.1 Me4#la- 9";nea-. Son mezclas @omo03neas a*uellas *ue tienen i0ual composici1n y

propiedades en toda su extensi1n4 por lo *ue son uniormes en todas sus partes.(a sal, el azGcar y muc@as otras sustancias, se disuel/en en a0ua para

ormar mezclas @omo03neas. (as mezclas @omo03neas tambi3n son conocidascomo soluciones.

1.2.2.2.2 Me4#la- 9e0e;nea- Son a*uellas *ue no tienen la misma composici1n y propiedades en todas

sus partes y sus componentes son +sicamente identifcables.

#5 Fa-e.Es la porci1n de una mezcla @etero03nea +sicamente identifcable.$or e%emplo& En el oc3ano 'nt2rtico es comGn

obser/ar 0randes masas de @ielo dentro del a0ua,obteniendo de este modo una mezcla @etero03nea. El@ielo es +sicamente identifcable4 por lo *ue se considerauna ase.

1.2.& DIAGRAMA DE CLASIFICACION DE LA MATERIA.

$or e%emplo& El aire es una mezcla @omo03neade las sustancias 0aseosas nitr10eno, ox+0eno, /aporde a0ua y bi1xido de carbono adem2s decantidades menores de otras sustancias4 ya *ue,como se puede apreciar en la oto, es imposibledistin0uir a cada sustancia. El nitr10eno del aire tienetodas las propiedades del nitr10eno puro, al i0ual *uetodas las dem2s sustancias.

$or e%emplo& (a arena,las rocas, la madera4 no tienenla misma composici ,propiedades y apariencia encada parte.

Materia Materia

Mezclasheterogéneas

Mezclas

heterogéneas Materiahomogénea

Materia

homogénea

Separaci1n por medios +sicos

en

Mezclas

homog駭 ea

(Soluciones)

Mezclas

homog駭 ea

(Soluciones)

Sustancias

puras

Sustancias

puras

Separaci1n por medios +sicosen

ElementosElementos

CompuestosCompuestos

Separaci1n por medios

*u+micos en



Química Técnica

. ES#'D%S DE (' M'#E$!'.(a materia se presenta en la naturaleza normalmente en tres estados

+sicos6 S%lid, l!<id y a-e-.a) El ESTADO S'LIDO. (as sustancias son r+0idas y

tienen orma defnida. Su /olumen no /ar+a muc@o con la presi1ny la temperatura. (os 2tomos y las mol3culas de un s1lido ocupanlu0ares r+0idos en el espacio. (as uerzas *ue se e?ercen entre

mol3cula y mol3cula y entre 2tomo y 2tomo determinan la durezay resistencia del s1lido.

b) EL ESTADO L(QUIDO. En el estado l+*uido laspart+culas indi/iduales est2n confnados a un /olumen defnido yad*uieren la orma del recipiente *ue lo contiene. Son capaces dedeslizarse una mol3cula sobre otra o una l2mina de mol3culassobre otra l2mina, de tal manera *ue en su con?unto los l+*uidospueden Tuir, siendo la Tuidez otra de sus principalescaracter+sticas. (as uerzas de atracci1n entre mol3culas del+*uido son menores *ue en los s1lidos.

#5 EL ESTADO GASEOSO. (os 0ases son muc@o menosdensos *ue los s1lidos y los l+*uidos. #ienden a ocupar el /olumendel recipiente *ue lo contiene. Pueden expandirse @asta el infnitoy comprimirse con acilidad. (as mol3culas de los 0ases est2nmuy separadas unas de otras, ya *ue las uerzas de atracci1nentre sus mol3culas no existen a ba?as presiones y solo aparecena medianas y altas presiones y ba?as temperaturas.

1.&.1 CAM+IOS DE LA MATERIA.(os cambios de la materia son alteraciones en la materia obser/ables por

medio de cambios en sus propiedades *u+micas o +sicas. Estos pueden ser6Ca"7i- Q!"i#- y Ca"7i- F!-i#-.

CAM+IOS F(SICOS) Son a*uellos *ue no modifcan la estructura *u+micaesencial de la materia, sino solo su apariencia +sica. $or e%emplo& La e/a3a#i%n del aa) Este es un cambio +sico debido a *ue el

a0ua en la e/aporaci1n cambia del estado l+*uido al 0aseoso, pero continuasiendo a0ua.

#odos los #a"7i- de e-0ad Por e?emplo, del l+*uido al 0aseoso, odel l+*uido al s1lido- son cambios +sicos.CAM+IOS QU

ICOS =Rea##ine- Q

i#a-5) Son a*uellos *ue modifcan la estructura *u 匇 icaesencial de la materia y transorman una sustancia enotra *u 匇 icamente dierente. Por e%emplo& +0 plosi lap /ora, *uemar un trozo de le, encender un ci0arrillo,

etc...

!



Química Técnica

. P$%P!ED'DES DE (' M'#E$!'.1.6.1 PROPIEDADES MACROSC'PICAS, MICROSC'PICAS Y

SU+MICROSC'PICAS.

$efri3ndose a las sustancias puras, las propiedades pueden ser6Ma#-#%3i#a-, Mi#-#%3i#a- y S7"i#-#%3i#a-

(as 33iedade- "a#-#%3i#a- son a*uellas *ue se puedenobser/ar yFo medir 2cilmente por*ue se referen a un con0lomerado muy0rande de part+culas.

$or e%emplo& Volumen, #emperatura, Presi1n, Densidad, Expansibilidad,Compresibilidad, Viscosidad, etc...

(as 33iedade- "i#-#%3i#a- son b2sicamente las *ue se puedenobser/ar con aparatos sofsticados como microscopios electr1nicos.

(as 33iedade- -7"i#-#%3i#a- son a*uellas *ue solo puedenmedirse o inerirse en orma indirecta. Son b2sicamente dos6 el orden molecular ylas fuerzas intermoleculares.

a5 Oden "le#la) Es el modo de distribuci1n o de empa*uetamientode las mol3culas de la materia.

75 Fe4a- in0e"le#lae-) Son las uerzas *ue se establecen entrelas mol3culas de materia cuando estas est2n muy cerca unas de otras. Estasuerzas pueden ser de atracci1n y de repulsi1n. Dependiendo del tama5o de estasuerzas con respecto a las otras as+ ser2 la dureza de la materia.

1.6.2 PROPIEDADES CUALITATIVAS Y CUANTITATIVAS.(as propiedades pueden ser6 P3iedade- Cali0a0i/a- y P3iedade-

Can0i0a0i/a-.

Son 33iedade- #ali0a0i/a- cuando se pueden percibir 2cilmentepor los sentidos. $or e%emplo& Color, olor, textura, sabor, etc...

Son 33iedade- #an0i0a0i/a- cuando se expresan por medio dema0nitudes. $or e%emplo& Densidad, Calor espec+fco, Punto de ebullici1n, etc...

1.6.& PROPIEDADES F(SICAS Y QU(MICAS.(as propiedades pueden ser P3iedade- F!-i#a- y P3iedade-

Q!"i#a-. #odas las sustancias presentan 33iedade- >!-i#a-. Estas son las *ue

se pueden medir sin modifcar la estructura *u+mica molecular de dic@a sustancia.

s8 El a0ua es un l厲 uido incoloro, inodoro e ins厓 ido,en esta deinici se @an expresado solamente prop iedadescualitati#as.

+l a0ua es un l 厲 uido cuya densidad es .LL0ramosFcm, con un punto de ebullici normal de LL ｺ C, y

un , en esta deinici se @an utilizado solamente

propiedades cuantitati#as.

"



Química Técnica

$or e%emplo& El punto de usi1n normal, el punto de ebullici1n normal, Calorespec+fco, Densidad etc...

P3iedade- Q!"i#a- son las *ue se pueden obser/ar y medirsolamente mediante cambios *u+micos en la estructura molecular de dic@assustancias4 adem2s describen la orma en *ue una sustancia puede cambiar o=reaccionar> para ormar otras sustancias.

$or e%emplo& El 91soro arde en el aire para ormar Pent1xido de 91soro. Este cambio*u+mico se puede escribir mediante una ecuaci1n *u+mica. 's+6

Ps- K %<0- P<% 0-

(a madera arde en el aire para producir 0as carb1nico, /apor de a0ua,y cenizas. Este cambio *u+mico se puede escribir mediante la ecuaci1n6

CW7<%Ws- K %<0- C%<0- K 7<%0-

(a Madera es una mezcla de Celulosa CW7<%W-, li0nina y minerales. En lamadera estos Gltimos dos componentes est2n en pe*ue5as proporciones4 por locual la ecuaci1n anterior es /2lida.

El 7ierro se oxida en el aire para producir %xido de 7ierro.

9es- K %<0- 9e<%s-

1.6.6 PROPIEDADES INTENSIVAS Y E?TENSIVAS.(as propiedades de la materia pueden ser6 P3iedade- In0en-i/a- @

P3iedade- E0en-i/a-.Son 33iedade- in0en-i/a- si su ma0nitud no depende de la

cantidad de materia. $or e%emplo& Densidad, punto de ebullici1n normal, calorespec+fco, dureza, etc...

Son 33iedade- e0en-i/a- si su ma0nitud depende de la cantidad

de materia. $or e%emplo& Volumen, masa, peso.Debido a *ue no @ay dos sustancias puras con exactamente las mismaspropiedades *u+micas y +sicas, dic@as propiedades se utilizan para determinar*u3 sustancia est2 presente en una muestra inc10nita de materia. En la P20. de Masterton y P20. L de @eeten, se encuentran tablas para al0unassustancias puras comunes.

. P$%CES%S E"D%#X$M!C%S Y EZ%#X$M!C%S. Cuando ocurren cambios en la materia, ocurren simult2neamente

cambios de ener0+a. Estos cambios deben cumplir las (eyes de Conser/aci1n dela Materia, *ue establece *ue “4a materia ni se crea ni se destrue, solo setransforma” . #ambi3n deben cumplir la (ey de Conser/aci1n de la Ener0+a, la cual

establece *ue “4a +nerga ni se crea ni se destrue, sólo se transforma” . 9ue@asta en el si0lo ZZ *ue se demostr1 *ue la materia y ener0+a est2n relacionadas.'s+6

E B " C2 W-

En esta ecuaci1n6 E es ener0+a4 C es la /elocidad de la luz [ .L xLH mFs.

1#



Química Técnica

Debido a *ue los cambios de ener0+a asociados con los cambios *u+micosson muy pe*ue5os, se pudo establecer primero la ley de conser/aci1n de la masaantes *ue Einstein descubriera la ecuaci1n W-.

$or e%emplo& (a usi1n del @ielo se puede expresar6

7<%s- 7<% l -, \7 [ W.LL ]Fmol.Este es un cambio +sico4 puesto *ue no altera la estructura *u+mica

molecular del a0ua4 pero re*uiere *ue el @ielo reciba una cantidad de calor, esdecir *ue tiene asociado un cambio de ener0+a el cual se indica como \7 [ W.LL]ilooule F mol. Por ser necesaria la a-sorción de calor para la usi1n del @ielo, sedice *ue se trata de un PROCESO ENDOTRMICO.

(a combusti1n del 0as metano se puede expresar6C7 0- K %<0- C%<0- K 7<%0-, \7 [ IHL ]F mol

Este es un cambio *u+mico4 ya *ue modifca la estructura *u+micamolecular del 0as metano y del 0as ox+0eno. Es un cambio *ue produce calor, la

cual se expresa como \7 [ I HL ]ilooulesF mol. Por ser un proceso del cualresulta un desprendimiento de calor se dice *ue es un PROCESO E?OTRMICO.

.W U"!D'DES DE MED!D'. (a aplicaci1n de la Qu+mica, en la industria o en un laboratorio *u+mico,

re*uiere siempre de mediciones de al0Gn 03nero. Esto se debe a *ue la Qu+micaestudia la materia midiendo sus propiedades, como la masa, temperatura, densidadetc...Muc@as de esas propiedades son cuantitati/as, es decir est2n asociadas acantidades +sicas.

Una cantidad +sica se mide por comparaci1n contra al0Gn est2ndarconocido.

$or e%emplo& Podr+a ser *ue necesit2ramos conocer lalon0itud de un l2piz. Con instrumentos apropiados podr+amosdeterminar *ue la lon0itud del l2piz es de ^. cm. El l2piz nocontiene ^. cosas llamadas =cm>4 solamente @a sidocomparada con la lon0itud de al0Gn est2ndar conocido como=cm>. Esta lon0itud tambi3n @ubiera podido ser representadacomo L.^ m si @ubi3ramos usado otra medida conocida.

(a magnitud de una cantidad +sica es dada por un n9mero y una unidad demedida. 'mbos son necesarios por*ue en s+ mismos ni el nGmero ni la unidad

tienen si0nifcado. Con excepci1n de los nGmeros y racciones puros, es necesarioincluir la menci1n de la unidad con la del nGmero cuando se enuncia la ma0nitud decual*uier cantidad.

4a magnitud de una cantidad fsica 3ueda completamente especi7cadamediante un n9mero una unidad, por e%emplo 2: metros o ;: litros.

' fn de estandarizar las mediciones cient+fcas, en WL se aprob1 unacuerdo internacional *ue especifca las unidades b2sicas *ue deben utilizar todoslos cient+fcos. (as unidades preeridas se conocen como nidade- SI, de acuerdocon el steme "nternational d< =nits, ranc3s.

Nota& >1 (+ntalpa) es una propiedad de la materia la cualse tratar con maor e0tensión en la sección .?.;.@

1.#"

11



Química Técnica

7ay siete magnitudes cient7cas fundamentales4 para cada una existe unaunidad adoptada como patr1n de medida. En la tabla se dan sus unidades S!.

Magnitud física Nombre de la unidad Abreviatura!asa ]ilo0ramo ]04ongitud Metro mAiempo Se0undo s

5orriente elctrica 'mpere 'Aemperatura ]el/in ] "ntensidad 4uminosa Candela cd5antidad de sustancia Mol mol

Ta7la 2) Unidades S! b2sicas.

#ambi3n existen magnitudes cient7cas deri#adas *ue se obtienencombinando las ma0nitudes undamentales.

$or e%emplo& (a /elocidad, *ue es la relaci1n entre la distancia y el tiempo

transcurrido, tiene unidades S! de metros por se0undo6-

"

0ie"3

lni0dVel#idad = ,

sus mGltiplos o submGltiplos. %tros e?emplos similares son6

&"

/l"en"a-a

Den-idad = , sus mGltiplos o submGltiplos

Vl"en B V B = lni0d 5& B "& , sus mGltiplos o submGltiplos.

*ea B = lni0d 52 B "2, sus mGltiplos o submGltiplos.

Fe4a B ="a-a5=A#elea#i%n5 B [ ]NeG0N2-

" =

2in

.l7> 2"

N*eaFe4a

e-i%nP = .

1.H.1 TEMPERATURA (a temperatura es una propiedad macrosc1pica, cuantitati/a, +sica eintensi/a de la materia. Sentimos la temperatura como una medida de lo calienteo lo r+o de un ob?eto. En realidad la temperatura determina la direcci1n de Tu?ode calor. El calor siempre Tuye espont2neamente de una sustancia con unatemperatura superior a otra cuya temperatura es inerior.

(as escalas de temperatura empleadas comGnmente en estudioscient+fcos son la 5elsius y la escala Kel#in. El ]el/in es la unidad S! de latemperatura. (a escala 5elsius se basa en la asi0naci1n del L _C al punto decon0elaci1n del a0ua y LL _C a su punto de ebullici1n al ni/el del mar. (astemperaturas correspondientes en la escala FaBrenBeit son < _9 y << _9. 7ay

LL_ entre el punto de con0elaci1n y el punto de ebullici1n del a0ua en la escalaCelsius y HL_ entre estos puntos en la escala 9a@ren@eit. En consecuencia, lasescalas Celsius y 9a@ren@eit se relacionan como si0ue6

&2F

I

&2F

1JK

1KKC

% su e*ui/alente, &2CEI

F

(a escala Kel#in se basa en las propiedades de los 0ases. El

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cero en esta escala corresponde a `<^. _C, y un ]el/in es de lamisma ma0nitud *ue un 0rado Celsius, tal como puede apreciarse en laf0ura. Por consi0uiente la escala ]el/in y Celsius se relacionan as+6

1E.2D&CL

El aparato para medir la temperatura se llamaterm1metro.

1.H.2 PRESION.(a uerza normal perpendicular- por unidad de 2rea se llama presión. 's+6

A

FP = 4 donde F es uerza realizada normalmente a un 2rea A.

Por su defnici1n la presi1n tiene dimensiones de uerza di/idida por 2rea,

y una unidad comGn para la presi1n es 2"

N. Esta unidad se denomina $ascal

APaB en el S!. Pueden encontrarse una amplia /ariedad de otras unidades. EnEstados Unidos los medidores de las llantas de los /e@+culos dan una lectura en

2in

.l7> . (a presi1n e?ercida por la atm1sera de la #ierra al ni/el del mar4 presión

atmosfrica, se desi0na como una atm1sera AatmB6

2in

.l7> .16PaE1KAK1&.1a0"1 =

El aparato utilizado para medir la presi1n atmos3rica es el bar1metro. (amayor+a de los aparatos de medici1n de la presi1n usan la presi1n atmos3ricacomo ni/el de reerencia y miden la dierencia entre la presi1n real y la presi1natmos3rica, llamada presión manomtrica. (a presi1n real en un punto se llama presión a-soluta, *ue es entonces la presi1n atmos3rica m2s la presi1nmanom3trica. El aparato utilizado para medir la presi1n manom3trica es elman1metro de tubo abierto.

1.H.& VOLUMEN.Volumen es el espacio *ue ocupa un cuerpo y para

poder medirlo nos @acen alta dos cosas615 Una nidad de "edida) Como unidad de

medida en el Sistema !nternacional se utiliza el metro cGbico*ue se defne como el /olumen *ue ocupa un cubo de unmetro de arista.

Pero para medir /olGmenes m2s pe*ue5os se usa el cent+metro cGbico,*ue es el /olumen *ue ocupa un cubo de un cent+metro de arista.

El cent+metro cGbico es la millon3sima parte del metro cGbico6

cm

[L.LLLLL m

25 Un in-0"en0 de "edida) Para elloemplearemos una probeta 0raduada en cent+metros cGbicos ypor e?emplo la llenaremos con L cm de l+*uido.

Despu3s introducimos un s1lido, por e?emplo unapelota de la cual *ueremos saber su /olumen. 'l introducirlael l+*uido de la probeta se desplaza @ac+a arriba por*ue lapelota ocupa un /olumen.

Ni/eliinal d

l!<id

Ni/el de lid lein0d#i

3el0a

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(a dierencia entre los WL cm *ue ocupa el l+*uidocon la pelota y los L cm *ue ocupaba sin ella, es el /olumen*ue tiene la pelota6 WL cm I L cm [ L cm

1.H.6 DENSIDAD. Es una propiedad +sica *ue se defne como la cantidad de masa

contenida en una unidad de /olumen de sustancia.

Sabemos *ue el /olumen es el espacio *ue ocupa un cuerpo pero6 C$esanlo mismo dos cuerpos diferentes 3ue tengan el mismo #olumenD"aturalmente *ue no pesan lo mismo, y para entenderlo /amos primero a

estudiar lo *ue es M'S' y PES%.PESO) Es la uerza con *ue la tierra atrae a los cuerpos, sabemos *ue

dic@a uerza es independiente de la orma y el /olumen *ue ten0an estos. Solodepende de su masa, o sea, *ue pueden tener muc@o /olumen y poco peso.

MASA) Volumen *ue ocupa un cuerpo multiplicado por la densidad delmaterial *ue lo compone6 M B V

DENSIDAD) Cantidad de materia *ue tiene un cuerpo por unidad de/olumen.

Por lo tanto6

&"

/l"en"a-a

Den-idad =

Y la raz1n de *ue el mismo /olumen de un cuerpo y el mismo /olumen deotro cuerpo pesen m2s uno *ue otro es *ue tiene mayor densidad, es decir, los2tomos de *ue est2 compuesto est2n en mayor cantidad en uno *ue en el otro.

$or e%emplo&Si ponemos en una balanza cm de @ierro y cm de

aluminio, se puede obser/ar *ue la balanza se dese*uilibra@ac+a el platillo del @ierro6 :Por *u3;

Por*ue el @ierro es mas denso *ue el aluminio, es decir*ue cm de @ierro contiene m2s masa *ue cm de aluminio.% dic@o de otra orma, *ue una masa o sea el mismo peso sepuede contener en un /olumen menor.

'un*ue la unidad S! b2sica de la densidad es &"

, es m2s comGn

expresar la densidad en unidades de 0ramos por cent+metro cGbico

&#"

.

(a densidad puede ser 'bsoluta y $elati/a.(a densidad 'bsoluta del a0ua es [ .LL 0Fcm a _C. +s decir 3ue

tiene unidades.

(a densidad $elati/a se expresa con relaci1n a una sustancia dereerencia *ue suele ser el a0ua a _C. 's+6 la densidad relati/a del 7ierro es^.HW y la del Cobre es H.. +s decir 3ue no tiene unidades.

1.H. ENERG(A. (a Qu+mica tambi3n estudia los cambios de ener0+a in/olucrados en los

cambios de la materia. De esta propiedad diremos *ue6 +nerga es la capacidad3ue tiene un cuerpo de realizar un tra-a%o o transmitir calor y adem2s, *ueexisten dos clases de ener0+a6 Ener0+a Potencial y Ener0+a Cin3tica.

Hierro

Aluminio

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(a +nerga potencial es la *ue posee un cuerpo en /irtud de su posici1nen el espacio. Su 1rmula es6 M"3E × ^-

En esta ecuaci1n, =@> es la altura con respecto a una cota de reerencia,en metros4 y => se refere a la aceleraci1n 0ra/itatoria, *ue en unidades S! tiene

un /alor de 2-

"J.I

(a +nerga 5intica es la *ue posee un cuerpo en /irtud de su

mo/imiento. Su 1rmula es6 2/"

2

1 E × H-

En 3sta ecuaci1n =/> es la /elocidad del cuerpo en-

".

$or e%emplo& Un ladrillo sostenido en el aire a cierta altura tiene ener0+apotencial a causa de la uerza de 0ra/edad " - *ue esta actuando sobre 3l. Siel ladrillo cae, su ener0+a potencial se con/ierte en ener0+a cin3tica.

Unidade- de ene!a.

(a unidad S! de ener0+a es el le AB4<s

<m]0 S ×= . 's+, una masa de <

0 *ue se mue/e a una /elocidad de -

" posee una ener0+a cin3tica de 6

S<s

<m]0

<

s

m-P0<,

<

PE =×=

×=

1.H..1. Ta7a. #iene unidades de ener0+a4 ya *ue como se defni1 anteriormente, ener0+a

es la capacidad de @acer un traba?o y la clase de traba?o mas amiliar es eltra-a%o mecnico -, *ue se defne como la cantidad de ener0+a necesaria paramo/er un ob?eto determinada distancia, d, cuando est2 su?eto a cierta uerza, F.'s+6

dFO × -

De tal manera *ue el #raba?o se defne como el producto de la uerza porla distancia.

Unidade- de 0a7a.Sus unidades son, como se mencion1 anteriormente las mismas *ue las

de ener0+a. Entre ellas mencionamos el oule y el Er0io, 's+6El oule es el traba?o *ue se realiza cuando una uerza de " se desplaza

una distancia de m, o sea6 oule [ " x m.El Er0io es el traba?o *ue se realiza cuando una uerza de una dina se

desplaza una distancia de un cent+metro. % sea6 Er0 [ dina . cm.1.H..2. P0en#ia.

$or e%emplo& (a compreside un sistema blo*ueIresorte o la separaci delsistema pelotaI#ierra.

masa

altura

0

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Es la cantidad de traba?o *ue se realiza por unidad de tiempo4 se mide enatt AB.

-1

le1Oa001 =

's+4 un oco luminoso de LL atts AB produce LL oules de traba?o porcada se0undo de uncionamiento.

1.H..&. En0al3!a.(a condici1n de presi1n constante es muy importante en *u+mica. (a

mayor parte de las reacciones, incluyendo las de los or0anismos /i/os, seeectGan a presi1n constante en la atm1sera terrestre.

$or e%emplo& Re0"and el ee"3l de la -e##i%n 1..2. (a usi1n del @ielo se puede expresar6

7<%s- 7<% l -, \7 [ W.LL ]Fmol.Se re*uiere *ue el @ielo reciba una cantidad de calor, es decir *ue tiene

asociado un cambio de ener0+a el cual se indica como \7 [ W.LL ]ilooule F mol. (a combusti1n del 0as metano se puede expresar6

C7 0- K %<0- C%<0- K 7<%0-, \7 [ IHL ]F mol

Es un cambio *ue produce calor, la cual se expresa como \7 [ I HL]ilooulesF mol.Estas cantidades de calor *ue Tuyen o se re*uieren est2n relacionadas con

el sistema *ue est2 reaccionando, *ue no son m2s *ue los cambios en elContenido Cal1rico de las sustancias o m2s propiamente E"#'(P!', =7>, la cuales otra propiedad de la materia.

En el caso de la usi1n del @ielo se necesita una cantidad de calor para *uela reacci1n se lle/e a cabo por lo *ue el sistema reaccionante absorbe calor, y lareacci1n es endotrmica, la entalp+a asociada a la usi1n de un s1lido sedenomina entalp+a de usi1n o calor de fusión. El calor necesario para lae/aporaci1n de un l+*uido se llama calor de e#aporación.

En el caso de la combusti1n del propano la reacci1n libera calor por lo *uese denomina e0otrmica.

1.H..6. Ca3a#idad Cal!$#a @ Cal e-3e#!$#.El cambio de temperatura experimentado por un cuerpo cuando absorbe

cierta cantidad de calor se determina por su capacidad calor7ca, la cual sedefne como la ener0+a re*uerida para ele/ar la temperatura del cuerpo en _C.Un ob?eto de 0ran capacidad calor+fca re*uiere de mayor cantidad de calor paraexperimentar un cambio en su temperatura *ue la necesita un ob?eto de menorcapacidad calor+fca.

(a capacidad calor+fca para 0ramo de sustancia se denomina capacidadcalor+fca espec+fca o m2s comGnmente calor espec7co. El calor especifco tiene

las unidades de F0I_C.1.H.H CONVERSI'N DE UNIDADES.' causa de *ue se re*uiere 0ran cantidad de unidades dierentes para muy

di/ersos traba?os, se @ace necesario con recuencia con/ertir la medici1n de unaunidad en otra.

Por e?emplo, sup1n0ase *ue un mec2nico mide eldi2metro exterior de un tubo de . Para ordenar unaccesorio para el tubo, el mec2nico tal /ez necesiteconocer este di2metro en mil+metros. #ales con/ersionespueden ser 2cilmente realizadas con unidades al0ebraicasy aplicando el principio de cancelaci1n.

in1H&

1

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En el caso anterior, el mec2nico debe con/ertir primero la racci1n en undecimal.

in1I.1in1H&

1 =

En se0uida, el mec2nico debe escribir la cantidad a con/ertir dando tantoel nGmero como la unidad . in-. '*u+ recordamos la defnici1n *ue relacionalas pul0adas con los mil+metros.

"6.2Ein1

Puesto *ue este planteamiento es una i0ualdad, podemos ormar dosrazones, cada una i0ual a uno.

1""6.2E

in1 1 1

in1

""6.2=

"1tese *ue el nGmero no es i0ual al nGmero <., pero *ue la longituddel in es i0ual a la longitud de <. mm. 's+, si multiplicamos al0una otra

lon0itud por al0una de estas razones obtendremos un nue/o nGmero pero no@abremos cambiado la lon0itud. #ales razones son llamadas factores decon#ersión. Cual*uiera de los actores de con/ersi1n arriba indicados puede sermultiplicados por . in sin cambiar la lon0itud representada. (a multiplicaci1npor la primera raz1n no da un resultado si0nifcati/o. "1tese *ue las unidades setratan como cantidades al0ebraicas.

=

""

2in

6.2

1I.1

""6.2

in1in1I.1 E+rróneo

Sin embar0o, la multiplicaci1n por la se0unda raz1n da el si0uienteresultado6

"2.&K""1

6.21I.1

ni1

""6.2ni1I.1 =

En la con/ersi1n de unidades se utiliza el procedimiento si0uiente61. E-#!7a-e la #an0idad a #n/e0i.2. De>!na-e #ada na de la- nidade- a #n/e0i en 0;"in- de

la- nidade- de-eada-.&. Paa #ada de$ni#i%n, >%"en-e d- >a#0e- de #n/e-i%n,

n e#i3# del 0.6. Ml0i3l!<e-e la #an0idad a #n/e0i 3 a<ell- >a#0e-

<e #an#elen 0da- la- nidade-, -al/ la- de-eada-.

' /eces es necesario traba?ar con cantidades *ue tienen unidadesmGltiples. Por e?emplo, la #elocidad se defne como longitud por unidad detiempo y puede tener unidades de metros por segundo mFs-, pies por segundotFs-, u otras unidades. El mismo procedimiento al0ebraico puede ser/ir para lacon/ersi1n de unidades mGltiples.

1

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