1Colegio SAN MARCOS 2 AoCartilla terico-prctica de QUMICA

UNIDAD 1

Materia. Sistemas materiales.Contenidos

Qumica. Definicin y objetivos. Los orgenes de la qumica. Materia. Sistemas materiales.Propiedades y cambios. Sustancias puras y mezclas. Elementos y compuestos. Smbolos yfrmulas. Leyes gravimtricas. tomo. Molcula.

Qumica. Definicin y objetivosResulta bastante dificultoso definir con precisin un campo del conocimiento cientfico

que en los ltimos tiempos ha crecido y alcanzado enormes proporciones. Una definicin, talvez la ms acertada y utilizada, sea la que en el ao 1978 adopt la Sociedad QumicaAmericana (ACS, por sus siglas en ingls) y es la siguiente:

QUMICA es la ciencia que estudia la composicin, estructura y propiedades de lamateria, as como los cambios que ella experimenta y las variaciones de energa que

acompaan a estos cambios.

La qumica forma parte de las ciencias naturales, es decir, de las ciencias cuyo objetode estudio son los fenmenos que ocurren en la naturaleza.

Entre los objetivos que nos planteamos al estudiar la ciencia qumica estn:

Comprender la importancia de la qumica como ciencia central que sirve debase a otras ciencias y que permite satisfacer las necesidades humanas. Comprender cmo se lleva a cabo la investigacin cientfica aplicando elmtodo cientfico. Entender la necesidad de realizar mediciones para cuantificar los diversosfenmenos fsicos y qumicos, utilizando sistemas de unidades, especialmente elSistema Internacional (S.I.). Ser capaz de entender cualquier unidad de medida de un sistema a otromediante el mtodo de factor de conversin.

Los orgenes de la qumicaDe acuerdo con lo que se conoce en la actualidad, las primeras transformaciones

tecnolgicas de la materia se iniciaron con la metalurgia, la preparacin de barnices y lafabricacin del vidrio. Hacia el ao 4000 a.C. diferentes civilizaciones ya dominaban la tcnicade extraccin y utilizacin de oro, plata y cobre. En ese entonces comenzaron a trabajar conbronce, que es una aleacin de cobre y estao. En el 1200 a.C. se descubri la forma efectivade trabajar el hierro.

Los antiguos egipcios se destacaron en la extraccin y utilizacin de metales, lafabricacin de vidrios, perfumes y betunes, los procesos del teido de la lana, el algodn y el lino,as como las tcnicas de momificacin. Dominaron las tcnicas de fermentacin, necesarias paraelaborar el pan y la cerveza. Todos estos procedimientos eran puramente experimentales, no

2haba ninguna explicacin terica que los sustentara.Los griegos contribuyeron al desarrollo de la qumica entre el 600 y el 200 a.C.

Aristteles estableci la teora de los cuatro elementos, de acuerdo con la cual la tierra, elagua, el aire y el fuego forman la materia y explican sus propiedades como la frialdad, calor,humedad y sequedad. Leucipo y Demcrito propusieron la primera teora atmica. Afirmabanque la materia estaba formada por partculas indivisibles o tomos.

La alquimia

La alquimia se inici en Egipto y el la Mesopotamia asitica hacia el siglo I a.C.Luego se difundi por Arabia, India y China. Las prcticas de los alquimistas eran una extraamezcla de magia y trabajo experimental. Su principal preocupacin era la obtencin de lapiedra filosofal y el elixir de la vida. La piedra filosofal tendra la propiedad de transformar losmetales en oro, y el elixir de la vida deba ser una sustancia que al ingerirse curara todas lasenfermedades y asegurara la eterna juventud.

En esta incesante bsqueda los alquimistas desarrollaron los conocimientosqumicos: descubrieron varios elementos, como el arsnico, el antimonio y el bismuto, ytambin estudiaron las propiedades de muchos compuestos como los cidos sulfrico,clorhdrico y ntrico. Los qumicos modernos deben a los alquimistas la invencin de equiposde laboratorio, como la balanza, y el desarrollo de tcnicas experimentales, como ladestilacin.

2 Lugar de trabajo de un alquimista

Smbolos alqumicos

La iatroqumica

Entre los siglos XVI y XVII la qumica se convirti en una disciplina auxiliar de lamedicina, la iatroqumica. Esa poca se caracteriz por la introduccin de productos qumicosen la prctica mdica. Su principal propulsor fue Paracelso, quien en realidad se llamabaTeofrasto von Hohenheim. l afirmaba que la finalidad de la qumica no era producir oro, sinodescubrir medicamentos.

Con esta nueva preocupacin, las boticas (hoy denominadas farmacias) seconvirtieron en laboratorios de experimentacin en los que se realizaban preparados qumicospara ser empleados como medicamentos. Para curar las enfermedades de la poca, seusaron el opio, el mercurio y diversas sales minerales. Los iatroqumicos ms destacados,adems de Paracelso, fueron sus discpulos Andreas Libavius y Jan Baptist van Helmont.

3El camino hacia la qumica moderna

A medida que pasaba el tiempo, la magia dejaba su lugar a la ciencia y la qumicaabandonaba su papel de auxiliar de la medicina para convertirse en una ciencia independiente.

A mediados del siglo XVIII, el problema central de los qumicos era la combustin(poca en la que se empezaban a utilizar las mquinas a vapor). Para explicar el proceso por elcual las sustancias arden, George Ernst Stahl propuso la teora del flogisto. sta ltima palabraderiva del griego phlogists, que significa hacer arder.

Stahl afirmaba que los cuerpos combustibles, como la madera, contenan unasustancia llamada flogisto. Cuando el material arda, el flogisto se perda en el aire. En otraspalabras, el flogisto se liberaba durante la combustin, ya que los cuerpos que ardan seconsuman y las cenizas que quedaban eran mucho ms livianas que el cuerpo original.

De acuerdo con Stahl, los metales calcinables, como el magnesio, eran cuerposcompuestos formados por flogisto y un material terroso, la cal del metal. Tambinsostena que el carbn (el combustible mejor conocido de la poca) debera estar constituidocasi en su totalidad por flogisto. Igualmente la madera, las telas y el papel deberan tenerbastante flogisto, y la arena no lo contena en absoluto.

Sin embargo, esta teora no poda explicar qu ocurra cuando se calentaban losmetales. Cuando un metal arda y se calcinaba, la masa de las cenizas era mayor que la masaoriginal del metal.Qu haba pasado con el flogisto? Hubo que esperar casi un siglo para encontrar larespuesta.

Antoine-Laurent de Lavoisier, nacido en Pars en 1743, es considerado como elfundador de la qumica moderna. Su metodologa de trabajo produjo una revolucin en losconceptos qumicos, y termin de manera contundente con la teora del flogisto.

Cul fue su secreto? La medicin. En su laboratorio, el qumico francs realiznumerosos experimentos sobre la combustin, pesando las sustancias antes ydespus de arder. Sus observaciones lo condujeron a plantear esta explicacin: cuando unasustancia se quema, se combina con el oxgeno presente en el aire. Al mismo tiempo, en estacombustin se producen gases que se liberan a la atmsfera segn la siguiente ecuacin:

Cuerpo combustible + Oxgeno Cenizas + Gases

Asimismo, explic que cuando arde un metal, ste se combina con el oxgeno del airey forma un xido, sin desprendimiento de gases. Por eso el producto de la reaccin pesams.

Metal + Oxgeno xido metlico

Gracias a la exactitud de sus mediciones lleg a elaborar una de las leyesfundamentales de la qumica: la ley de la conservacin de la masa. Esta ley dice que lamasa no se crea ni se destruye, sino que se mantiene constante durante el proceso detransformacin.

La qumica hoy

En estos dos ltimos siglos y medio han sido muchsimos los descubrimientosrealizados. Es casi imposible mencionar todo lo ocurrido, pero podramos decir que el segundogran aporte, luego de la ley de conservacin de la masa de Lavoisier, vino en el siglo XIX de lamano de John Dalton con el enunciado de su teora atmica.

Otro paso muy importante fue la sntesis de la urea (compuesto orgnico), realizadapor el qumico alemn Friedrich Whler en 1828 a partir del cianato de amonio (compuesto

4inorgnico). Con esta sntesis se puso trmino a la teora vitalista, que deca que slo losseres vivos podan producir compuestos orgnicos. Se inici as la qumica del carbono oqumica orgnica.

La qumica en la actualidad

La qumica beneficia a la sociedad en los siguientes aspectos:

1. Nos proporciona una vida ms larga.2. La vida es ms saludable. Haciendo medicinas y piezas de recambio para nuestro

cuerpo.3. Nos suministra agua que podemos beber, usar para nuestra higiene o regar nuestras

plantaciones.4. Nos ayuda a tener ms y mejores alimentos. El uso de productos qumicos (abonos,

fertilizantes, protectores de cosechas, entre otros) ha mejorado considerablemente laproductividad de nuestros campos de cultivo.

5. Cuida de nuestro ganado, lo que repercute en nuestra alimentacin.6. Nos proporciona energa: calor en invierno, frescor en verano, electricidad para la

iluminacin, nos permite circular en vehculos.7. Hace que nuestras ropas y sus colores sean ms resistentes y atractivos; mejora

nuestro aspecto con perfumes, productos de higiene y de cosmtica; contribuye en lalimpieza del hogar y de nuestros utensilios; ayuda a mantener frescos nuestrosalimentos; y prcticamente nos proporciona todos los artculos que usamos a diario.

8. Nos permite estar a la ltima en tecnologa: la computadora ms potente y ligera; elcelular ms ligero; el sistema ms moderno de iluminacin, el medio de transporteadecuado; el material para batir marcas deportivas; y muchas aplicaciones ms.

En la actualidad los qumicos participan en numerosas actividades que tienenconsecuencias directas en nuestra vida cotidiana. Veamos algunos ejemplos:

En la industria alimenticia los qumicos(bromatlogos) supervisan los procesos de produccin, lacalidad de las materias primas y de los productosobtenidos.

Como auxiliares de la justicia, los qumicos forensesinvestigan hechos concretos que ayuden a aclarar unasituacin legal. Por ejemplo, la presencia de una drogaen un tejido cadavrico.

5La materia: un asunto de filsofosLos primeros seres humanos supieron tomar de la naturaleza todo lo que les resultara

til, sea para alimentarse como para vestirse, refugiarse o defenderse. Ellos desarrollaronun lenguaje con palabras que describan esas cosas, como pato, piel, piedra o tronco.Sin embargo, no tenan nuestro actual conocimiento sobre cul era la composicin de esosobjetos.

Alrededor del ao 580 a.C., el filsofo griego Tales de Mileto se hizo por primera vezesa pregunta. Su respuesta fue que toda la materia era fundamentalmente agua y que lascosas que no parecan agua se haban originado en ella o eran producto de su transformacin.Segn Tales, el agua era el elemento primario fundamental de la Tierra.

Un siglo despus, otro filsofo griego, Empdocles, sostuvo que, adems de agua,toda la materia estaba formada por fuego, aire y tierra. As, y segn su teora de los cuatroelementos, todas las propiedades de la materia estaban estrechamente relacionadas conla proporcin de estos elementos que permanecan unidos si se amaban y separados si seodiaban.

Esta teora fue muy bien recibida por los pensadores de la poca. Tanto que lasprimeras ideas acerca de que la materia estaba formada por tomos, propuestas porLeucipo y Demcrito, fueron rechazadas de plano por Aristteles y Platn, dos de los filsofosms conocidos de la antigua Grecia.

Aristteles no slo acept la teora de Empdocles, sino que atribuy a los cuatroelementos cuatro cualidades fundamentales y contrarias: el calor y el fro; la humedad y lasequedad. As, el fuego era seco y caliente; el agua, hmeda y fra; la tierra fra y seca; y elaire caliente y hmedo. La combinacin de estas cualidades originaba todo lo que habasobre la tierra. Estas ideas fueron tan reconocidas que prevalecieron por casi dos milenios.

Platn y Aristteles, detalle de la obra La escuelade Atenas de Rafael Sanzio (1509).

Representacin de los cuatro elementos y de las cuatrocualidades aristotlicas.

La materia: una cuestin de nmerosDos mil aos Demasiado tiempo para que una teora errnea estuviera vigente.

6En los siglos XVII y XVIII varios eventos ayudaron a revivir la teora que postulabaque la materia est hecha de partculas pequeas e indivisibles, los tomos. Todos ellos serelacionaban con un hecho indito: la medicin de algunas propiedades de la materia, como lamasa.

En 1643 Evangelista Torricelli, un matemtico italiano discpulo de Galileo, demostr queel aire tena peso y que era capaz de derribar una columna de mercurio lquido. Si el aire, unasustancia que no se poda ver, sentir u oler, posea peso, tena que estar hecho de algo. Enel siglo XVIII Daniel Bernoulli, un matemtico suizo, desarroll una teora que postulaba que elaire y otros gases estaban formados por pequeas partculas, muy pequeas para ser vistas yque estaban libremente empaquetadas en un volumen de espacio vaco.

Muy poco despus de este aporte, varios qumicos se dedicaron a la caza de losgases, descubriendo el hidrgeno, el nitrgeno y el oxgeno, entre otros.

Fue en este tema, el de los gases, que comenz el trabajo experimental de Lavoisier.Uno de sus experimentos consisti en combinar hidrgeno y oxgeno en ciertas condiciones.Con asombro, se dio cuenta de que el lquido que se obtena por la reaccin entre ambos eranada ms y nada menos que agua. A partir de sus observaciones, Lavoisier demostr quealgunas sustancias se combinan con otras para formar nuevas y postul su ley deconservacin de la materia.

La materia y la energa6Somos materia y energa. Desde el comienzo y hasta nuestros das, la materia y la

energa rigen el Universo. Cmo podemos definirlas? Veamos un poquito

La manera ms apropiada de definir la materia sera decir que es todo lo quetiene masa, que ocupa un lugar en el espacio (tiene volumen) y que es perceptible anuestros sentidos. Toda la materia est formada por estructuras infinitamentepequeas, los tomos. En el tomo pueden distinguirse una parte central o ncleo,formada por dos tipos de partculas subatmicas, los neutrones y los protones, y unaparte perifrica, formada por una nube de otras partculas subatmicas, loselectrones, que se desplazan alrededor del ncleo en regiones del espacio llamadasorbitales. Todos los tomos que tienen el mismo nmero de protones corresponden almismo elemento qumico. Definir la energa es ms complicado todava. De ella podemos decir que sepresenta en varias formas que pueden transformarse y transferirse. Podramos decirque la energa es ese algo que adquieren los cuerpos y que les permite desarrollaralgn trabajo.

El elemento fsforo posee siempre quince protones en el ncleo.

Cuando un arquero tensa el arco, le entrega al arcoenerga suficiente para lanzar la flecha.

7Propiedades de la materiaExisten muchas clases de materia que se diferencian por sus propiedades. Algunas

son extensivas y dependen de la cantidad de materia analizada. Entre ellas podemos citar lamasa y el volumen y el calor acumulado por un cuerpo. Estas propiedades son aditivas (sepueden sumar). Por ejemplo, si en una mano tenemos 25 g de arena y en la otra un puado de50 g, la masa total de arena en nuestras manos ser de 75 g.

Otras son intensivas y no dependen de la cantidad de materia sino del tipo de materiaanalizada. Son las que brindan informacin de sus caractersticas particulares. A diferenciade las anteriores, no son aditivas. Por ejemplo, si se determina la temperatura del aguacontenida en dos vasos y luego se juntan los dos lquidos en un tercer recipiente, cuando setome la nueva temperatura sta no ser la suma de las dos anteriores.

En este grupo de propiedades se incluyen tanto las fsicas como las qumicas. Entre lasfsicas (que no involucran cambios en la composicin de la materia) podemos mencionar lassiguientes:

Organolpticas: se determinan a travs de los sentidos. Por ejemplo: color, olor, sabor ytextura.

Estado de agregacin: describe el estado slido, lquido o gaseoso de un tipo de materiaa una temperatura dada. Por ejemplo: el plomo es slido a temperatura ambiente.

Punto de fusin: es la temperatura a la cual la materia pasa del estado slido allquido o viceversa.

Punto de ebullicin: es la temperatura a la cual la materia pasa del estado lquido algaseoso o viceversa.

Densidad: es la relacin entre la masa y el volumen en condiciones de temperatura ypresin determinadas. Por ejemplo: la densidad del agua es 1 g/mL a 1 atm y 4C.

ndice de refraccin: es el cociente entre la velocidad de propagacin de la luz en esetipo de materia y la velocidad en un medio de referencia.

Solubilidad: es la capacidad de disolucin en un medio lquido o gaseoso adeterminada temperatura.

Entre las qumicas, que determinan qu cambios o transformaciones es capaz deexperimentar la materia en su composicin, se encuentran:

La capacidad de reaccionar con el oxgeno: muchos tipos de materia reaccionan con eloxgeno y a veces se queman. Otros se oxidan.

La reaccin con sustancias cidas: algunos tipos de materia se transforman enotros en presencia de un cido. Por ejemplo: los cidos reaccionan fcilmente con lamayora de los metales.

El punto de fusin del hierro es de 1535C.

Uno de los pocos metales que no reacciona con loscidos concentrados es el oro. Por eso, la prueba con cidoclorhdrico puede servir para identificar, por ejemplo, si una

moneda es de este metal o no.

8Los cambios de la materiaSabemos que la materia puede presentarse fundamentalmente en tres estados de

agregacin: slido, lquido y gaseoso. Estos tres estados se diferencian por propiedades fsicasmuy concretas.

Los slidos tienen forma y volumen constantes. Se caracterizan por laincompresibilidad y regularidad de sus estructuras. Las partculas estn compactadas, entreellas las fuerzas de atraccin son mayores que las de repulsin.

Los lquidos no tienen forma fija (adoptan la del recipiente que los contiene) pero svolumen. Son prcticamente incompresibles. Las partculas tienen ms libertad de movimientoque en el estado slido; las fuerzas de atraccin y de repulsin se equilibran.

Los gases no tienen forma ni volumen fijos (disminuyen o aumentan su volumenfcilmente, frente a una compresin o descompresin). Las partculas se mueven librementeal azar; las fuerzas de repulsin son mucho mayores que las de atraccin.

La materia puede pasar de un estado a otro (cambios de estado) mediante procesosfsicos, es decir, transformaciones que no modifican su identidad, su composicin. Estoscambios de estado reciben diferentes nombres. Este esquema nos permitir recordarlos conmayor facilidad.

Cambios de estado de la materia.

Los sistemas materialesPara llevar a cabo estudios qumicos nos resulta til definir la porcin del universo que

ser objeto de dichos estudios. Esta porcin constituye un sistema material, queindependizamos del resto del universo en forma real o imaginaria.

Un sistema material puede interactuar con el medio o entorno, existiendo la posibilidadde que intercambie con ste, materia y/o energa.

Si intercambia materia y energa lo denominamos sistema abierto; ser cerradocuando no puede intercambiar materia pero s puede intercambiar energa; y aislado cuandono intercambia ni materia ni energa.

Clasificacin de los sistemas materiales.

9Un sistema material puede contener uno o ms cuerpos o partes de cuerpos.Adems, un sistema material puede estar formado por uno o varios componentes (osustancias). Si en un sistema existe ms de un componente, decimos que dicho sistema esuna mezcla.

Son ejemplos de sistemas formados por un solo componente: agua, trozos de cobre.Son mezclas, por ejemplo: agua salada, suspensin de talco en agua.

Los sistemas materiales se caracterizan por sus propiedades intensivas. Si alanalizar las propiedades intensivas de un sistema encontramos que tienen valores constantesen cualquier zona de ste, decimos que se trata de un sistema homogneo. Por ejemplo:agua salada, alcohol.

Si, en cambio, encontramos variacin en los valores de las propiedades intensivas enpor lo menos dos zonas del sistema, decimos que el sistema es heterogneo. Por ejemplo:agua con hielo, aceite con vinagre.

En este ltimo tipo de sistema encontramos distintas porciones en las cuales losvalores de las propiedades intensivas son constantes; se trata de las distintas fases delsistema heterogneo. Por ejemplo, un sistema formado por agua y hierro en polvo estformado por 2 fases; en una botella con soda (abierta, sin tapa, y llena hasta el tope), sediferencian 3 fases: la slida del vidrio de la botella, la lquida de la soda y la gaseosa de lasburbujas del dixido de carbono.

Las fases tienen lmites claros, definidos, que pueden notarse a simple vista omediante instrumentos pticos adecuados (lupa, microscopio). A estos lmites o superficies dediscontinuidad los llamamos interfases.

Separacin de los componentes de una mezcla

Podemos utilizar las diferencias en las propiedades de los sistemas materiales paralograr la separacin de sus componentes.

As, las distintas fases que forman un sistema heterogneo pueden separarse,aprovechando sus diferentes propiedades, por mtodos mecnicos (decantacin, filtracin,tamizacin, centrifugacin, imantacin, levigacin, tra, flotacin, diferencia de solubilidad).

Cada una de las fases separadas puede estar formada por uno o varios componentes.En este segundo caso, la aplicacin de mtodos de fraccionamiento (destilacin, cristalizacin,cromatografa) permitir separar cada uno de ellos.

Separacin de los sistemas materiales.

Elementos y compuestosUna vez aplicados ciertos mtodos de separacin a un determinado sistema,

llegaremos a obtener las sustancias que lo componan inicialmente.

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Aluminio Al Hierro Fe (de ferrum)Azufre S (de sulfurum) Magnesio MgBario Ba Mercurio Hg (de hidrargirium)Bromo Br Oxgeno OCalcio Ca Nitrgeno NCarbono C Nquel NiCinc Zn (de zincum) Oro Au (de aurum)Cloro Cl Plata Ag (de argentum)Cobre Cu (de cuprum) Platino PtEstao Sn (de stannum) Plomo Pb (de plumbum)Flor F Potasio K (de kalium)Fsforo P (de phosphorus) Silicio SiHidrgeno H Yodo I

Podemos diferenciar dos tipos de sustancias:

Aquellas que pueden ser descompuestas en otras se denominan compuestos osustancias compuestas. Por ejemplo: el agua, el xido frrico.

Aquellas que no pueden ser descompuestas se denominan sustancias simples oelementos. Por ejemplo: el hierro, el azufre, el mercurio.

Smbolos qumicos

A todos los elementos se les ha asignado un smbolo qumico constituido por 1 o 2letras, que permite su uso e identificacin internacional, y facilita el proceso de representar lasinfinitas combinaciones entre los elementos. El smbolo proviene en la mayora de los casosde la primera y segunda letra de su nombre en latn, como por ejemplo Ag: plata (argentum),K: potasio (kalium), etc. Los ltimos elementos descubiertos llevan nombres en honor acientficos o a lugares geogrficos. As, el rutherfordio (Rf) proviene del nombre del fsico-qumico neozelands Ernst Rutherford, el einstenio (Es) de Albert Einstein, el californio (Cf) deCalifornia, etc. Debemos observar que la segunda letra se escribe siempre en minscula y laprimera en mayscula, ambas en imprenta.

Damos a continuacin una serie de smbolos de los elementos de ms probable uso:

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Los 116 elementos conocidos se combinan entre s de distintas maneras para generarlas numerosas sustancias que conoce el hombre. Uno se puede preguntar, cmo es posibleque se puedan obtener tantas sustancias compuestas? La situacin es muy parecida a lo queocurre con los nmeros, con tan slo diez (del 0 al 9) podemos escribir cualquier cantidad.

Leyes gravimtricasLas leyes que vamos a enunciar a continuacin se generalizan como gravimtricas,

ya que tienen relacin con los pesos y las masas de los elementos que intervienen en lascombinaciones o reacciones qumicas.

Ley de Lavoisier o ley de la conservacin de la masa: en toda reaccin qumica, la sumade las masas que intervienen en la misma (reactivos) es igual a las masas de las sustanciasobtenidas (productos), o bien, el peso de un compuesto es igual a la suma de los pesos de suscomponentes

Si consideramos una reaccin qumica genrica:

A + B C + D

En donde A y B son los reactivos, y C y D los productos, entonces podemos escribir

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en smbolos:

mA + mB = mC + mDA partir de la ley de la conservacin de la masa muchos cientficos se dedicaron a

estudiar los aspectos cuantitativos de las reacciones qumicas (la masa y el volumen de lassustancias que intervienen) con el objetivo de establecer una teora capaz de interpretar lanaturaleza de la materia. Surgieron as las leyes fundamentales de la qumica y la teoraatmica de Dalton.

Ley de Proust o de las proporciones definidas: cuando dos elementos se combinan paradar un determinado compuesto lo hacen siempre en la misma proporcin, fija e invariable; elexceso de cualquiera de ellos queda sin reaccionar

Por ejemplo, en 100 g de agua hay siempre 88,89 g de oxgeno y 11,11 g dehidrgeno; en 70 g de agua hay 62,22 g de oxgeno y 7,78 g de hidrgeno. Si realizamos elcociente entre las masas de oxgeno e hidrgeno, resulta:= = 88,8911,11 = 8= = 62,227,78 8

Como se ve, la proporcin es constante.

Ley de Dalton o de las proporciones mltiples: cuando dos elementos se combinan paraformar distintos compuestos qumicos, mientras la masa de uno de ellos permanececonstante, la otra masa vara segn una relacin sencilla de nmeros enteros y pequeos

Por ejemplo, el elemento cloro al combinarse con el oxgeno da cuatro compuestosdistintos:

a.) dos partes de cloro con una parte de oxgeno (Cl2O)b.) dos partes de cloro con tres partes de oxgeno (Cl2O3)c.) dos partes de cloro con cinco partes de oxgeno (Cl2O5)d.) dos partes de cloro con siete partes de oxgeno (Cl2O7)

De esto resulta que el cloro tiene una proporcin constante (o sea, dos partes),mientras que el oxgeno vara en la proporcin 1, 3, 5, 7.

11Teora atmica de Dalton

Esta conclusin sera imposible si la materia fuese continua. Por el contrario, Daltonpens que la materia era discontinua y que estaba formada por tomos. En el ao 1803 diouna conferencia en Inglaterra, donde expuso su teora atmica, cuyos postulados mssobresalientes eran los siguientes:

1. La materia est formada por partculas muy pequeas llamadas tomos. Se trata deesferas rgidas, indivisibles e indestructibles.

2. Los tomos de un mismo elemento son iguales entre s, tienen la misma masa, peroson diferentes de los de otro elemento.

3. Los tomos compuestos o compuestos se forman cuando se combinan tomos dedistintos elementos en proporciones numricas sencillas y fijas. Por ejemplo, laproporcin de tomos de carbono a tomos de oxgeno es de 1:1 en el monxido decarbono y 1:2 en el dixido de carbono.

4. Los tomos no se crean ni se destruyen, aun cuando se combinen en las reaccionesqumicas.

La teora atmica de Dalton (aunque con algunos errores) fue brillante para la pocay sirvi para explicar la ley de las proporciones definidas, la de las proporciones mltiples, e

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incluso, la de la conservacin de la masa. Adems fue el inicio para que los dems cientficoscontinuaran investigando sobre la naturaleza y estructura interna del tomo.

Hacia finales del siglo XVIII y comienzos del XIX era muy comn que los qumicosexperimentaran con gases. Como resultaba mucho ms fcil medir su volumen que pesarlo, eralgico que se estudiaran ms frecuentemente las relaciones entre los volmenes que las demasas.

El fisicoqumico francs Joseph Gay-Lussac, conociendo las leyes que regan a losgases y trabajando a presin y temperatura constantes, observ que si se hacan reaccionardos volmenes de hidrgeno con un volumen de cloro, se obtenan dos volmenes de clorurode hidrgeno.

tomo y molculaEn 1811, el qumico italiano Amedeo Avogadro ayud a resolver los desacuerdos entre

Dalton y Gay-Lussac. Postul que cualquier gas a una temperatura dada deba contener elmismo nmero de partculas por unidad de volumen, y estas partculas no tenan por qu sertomos (hoy las conocemos como molculas). Enunci as una hiptesis: volmenes igualesde todos los gases medidos en las mismas condiciones de presin y temperatura contienen elmismo nmero de molculas.

Esta hiptesis permiti establecer la frmula real de muchas sustancias, porejemplo del hidrgeno (H2) y del cloro (Cl2) y la diferencia entre el concepto de tomo y el demolcula.

tomo: es la parte ms pequea de un elemento qumico. Molcula: es la parte ms pequea, con existencia individual estable, de una sustancia

simple o compuesta.

Peso atmico y peso molecular

El peso atmico (Ar) se refiere al peso del tomo en cuestin, comparado con elde otro elemento que se toma como patrn de referencia. Desde 1961 se adopt comoreferencia para el clculo de los pesos atmicos a un istopo del carbono, el carbono 12. Sefij entonces la Unidad de Masa Atmica (1 uma) equivalente a la doceava parte del peso deltomo de carbono 12.

Cuando se dice que el nitrgeno tiene un peso atmico de 14 uma, se quiere indicarque un tomo de este elemento pesa catorce veces ms que la doceava parte del peso deltomo de carbono12.

Cuando conocemos los pesos atmicos de los elementos qumicos, podemos tomarcantidades de los mismos que contengan igual nmero de tomos, con slo tomar pesosiguales o proporcionales a sus respectivos pesos atmicos. Por ejemplo, el azufre (S) tiene unpeso atmico de 32,06 uma y el oxgeno (O) de 15,99 uma; es decir, prcticamente un tomode azufre pesa el doble que uno de oxgeno. Por lo tanto, si queremos cantidades de amboselementos que contengan igual nmero de tomos, podramos tomar pesos en gramos igualeso proporcionales al valor de sus respectivos pesos atmicos. Disponemos entonces de unanueva unidad de trabajo, llamada tomo-gramo, la cual se define como la cantidad de unelemento qumico, expresada en gramos, igual al valor de su peso atmico.

Lo fundamental acerca de esta unidad tomo-gramo, est dado por el hecho de que untomo gramo contiene el mismo nmero de tomos para cualquier elemento que se considere.

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Este nmero, conocido con el nombre de nmero de Avogadro es igual a 6,023 1023tomos.

Vale decir, que esta cantidad de tomos existe en:

15,99 g de oxgeno 32,06 g de azufre 1,0079 g de hidrgeno 22,98 g de sodio, etc.

De manera anloga, el peso molecular (Mr) hace referencia al peso de una molcula(combinacin de tomos). Para poder determinarlo, se debe tener en cuenta el peso atmicode cada uno de los tomos que forman dicha molcula, y su atomicidad (la cantidad de vecesque aparece cada tomo). De ms est decir que el peso molecular tambin se expresa enuma.

Por ejemplo: el peso molecular del agua es de 18 uma. Veamos cmo hacer para

calcularlo:

Mr (H2O) = 2 Ar (H) + Ar (O)

= 2 1 uma + 16 uma

= 18 uma

Se denomina molcula-gramo o mol de una sustancia a una cantidad, en gramos,igual al valor de su peso molecular. Por ejemplo: el peso molecular del agua es 18 uma, un mol ouna molcula- gramo de agua pesa 18 g; el peso molecular del cloruro de sodio (NaCl) es 58,5uma, un mol de cloruro de sodio pesa 58,5 g.

Esto tambin indica que, por ejemplo, en 18 g de agua hay 6,023 1023 molculas deagua.

Mtodos de separacin de fases de un sistema heterogneo.Debido a que las fases de un sistema heterogneo se distinguen con facilidad, los

mtodos que se utilizan para separarlas son relativamente sencillos. Existen mtodos diversosy la eleccin depender de las caractersticas de las sustancias que se quieran separar.

1. Filtracin: es una tcnica que permite separar un slido no disuelto en un lquido,mediante la aplicacin de un material filtrante, como papel de filtro, algodn o arena.Por ejemplo, para separar arena de agua.

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Los filtros son superficies porosas que permiten pasar los lquidos, pero que retienenlos slidos cuyas partculas son ms grandes que el tamao de sus poros.

2. Tamizacin: los tamices se utilizan para separar mezclas de dos slidos formados porpartculas de tamaos bien diferenciados, como por ejemplo, arcilla, arena y grava.

3. Decantacin: este mtodo es til cuando se deben separar mezclas heterogneas dedos lquidos no miscibles (no se mezclan). Se utiliza un recipiente con tapn llamadoampolla de decantacin que cuenta en la parte inferior con una vlvula con robinete(llave de paso) y un vstago como el que tienen los embudos. La mezcla a separar secoloca en la ampolla con el robinete cerrado y se deja reposar hasta que ambas fasessean claramente diferenciables. Luego se abre el robinete y se deja escurrir por elvstago el lquido ms denso, que se recoge en otro recipiente. Cuando se llega a lainterfase, el robinete se cierra y queda dentro de la ampolla la fase menos densa. Porejemplo: agua y aceite.

4. Flotacin: cuando la mezcla est formada por dos slidos de densidad muy diferente,insolubles en determinado lquido de densidad intermedia, se pueden separaragregando ese lquido. Por ejemplo: arena y aserrn.

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5. Sublimacin: se usa para separar dos slidos, de los cuales uno sublima y el otro no.Por ejemplo: yodo y arena.

6. Centrifugacin: se utiliza para separar lquidos de slidos. La mezcla se coloca en unacentrfuga, aparato que gira a grandes velocidades. La fase slida sedimentar y ellquido sobrenadante podr volcarse. Este mtodo es muy til en el laboratorio deanlisis clnicos para separar los slidos contenidos en la orina o los glbulos rojos delplasma.

7. Extraccin con solventes: se usa para separar dos slidos, mediante el agregado deun lquido (solvente) que disuelva slo a uno de ellos. La nueva mezcla se separa porfiltracin y queda el slido no soluble en el filtro. Para recuperar el slido de la solucin,se caliente sta ltima hasta evaporar totalmente el lquido agregado.

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8. Levigacin: se usa para separar una sustancia de otra mediante una corriente lquida,la cual arrastrar una de las fases. Por ejemplo: arena y oro.

9. Imantacin: se utiliza para separar dos slidos, uno de los cuales posee propiedadesferromagnticas, por lo tanto es atrado por un imn. Por ejemplo: arena y limaduras dehierro.

SolucionesSupongamos que tenemos entre nuestras manos una taza de t caliente al que le

agregamos azcar y mezclamos con una cucharita. Si observamos an con un microscopio nopodramos distinguir sus componentes. Al probar porciones de t de distintas partes de la tazacomprobaramos que el gusto es igual en todas. Si le agregamos ms azcar y volvemos amezclar, el t ser ms dulce, pero igualmente dulce en toda su extensin. Estamos, por lotanto, ante una mezcla homognea o solucin.

Ahora bien, al hervir suavemente el t hasta que el agua se evapore por completo,quedarn el azcar y los restos de t en el fondo de la taza. Por lo tanto, en esta mezcla loscomponentes no se han modificado, no han reaccionado desde el punto de vista qumico, elazcar slo se ha disuelto en el t, han formado una solucin o mezcla homognea.

Los componentes de una solucin reciben nombres especficos: solutos y solventes. Engeneral, se llama soluto al o a los componentes que se encuentran en menor proporcin en lasolucin y solvente a la sustancia que se encuentra en mayor proporcin. Sin embargo, estono siempre es as. Por ejemplo, cuando se trata de soluciones acuosas, el agua se considerasiempre el solvente, aunque se encuentre en la proporcin ms baja (por ejemplo, en lassoluciones de alcohol en agua). Tambin, cuando los componentes tienen diferente estados deagregacin, el solvente es el componente que posee el mismo estado que la solucin final.

Por ejemplo, si tenemos una solucin formada por 1 gramo de yodo y 200 gramos decloroformo, el soluto es el yodo y el cloroformo es el solvente. Otro criterio consiste en

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denominar solvente al componente cuyo estado de agregacin coincide con el de la solucinformada. Por ejemplo, si tenemos una solucin lquida formada por 150 gramos de quinina(slida) y 100 gramos de alcohol (lquido), ste ltimo puede considerarse como el solvente.

Cuando uno de los componentes de la solucin es el agua, se considera que sta es elsolvente. Esto se debe a que son muchas y muy importantes las reacciones qumicas quetienen lugar en solucin acuosa, por ejemplo, todas las que se producen en las clulas de losorganismos animales y vegetales.

De acuerdo a lo dicho, si a 90 g de agua se le agrega 10 g de cido sulfrico ( ),se obtiene un sistema homogneo; por otra parte, si a 10 g de agua se le agrega 90 g delmismo cido, tambin se obtiene un sistema de una sola fase lquida. Cul es el solvente encada caso? En ambos casos se considera que el solvente es el agua.

NOTA: cuando mencionamos agua, se hace referencia a la sustancia agua (aguadestilada).

Tanto solutos como solventes pueden encontrarse en cualquier estado de agregacin yestar formados por molculas (el azcar en el t), tomos (dos metales que forman unaaleacin) o iones (cloruro de sodio en agua).

Soluto Solvente Solucin Ejemplo

SlidoLquido Lquido Solucin fisiolgica (suero)

Slido Slido Aleaciones metlicas (bronce)

LquidoLquido Lquido Vinagre (cido actico en agua)

Slido Slido Amalgamas de mercurio y plata

GaseosoLquido Lquido Bebidas gaseosas

Gaseoso Gaseoso Aire puro

En definitiva, hay soluciones cuyo estado final puede ser slido, lquido o gaseoso; sinembargo, las ms comunes son aquellas cuyo estado final es lquido, con solutos slidos olquidos. A ellas se van a referir los conceptos que estudiaremos. Sin embargo, otros tipos desoluciones como el aire y otras mezclas gaseosas y las aleaciones son de gran inters eimportancia para nuestras vidas.

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Gua de estudio - Unidad 1La presente Gua de Estudio deber ser desarrollada ntegramente con lapicera (azul o negra)en hoja cuadriculada tamao A4.

1. Defina qumica y d sus objetivos.

2. Qu teora propuso Aristteles? Explique y grafique, en caso de ser necesario.

3. Establezca las diferencias entre la alquimia y la iatroqumica.

4. Resuelva la siguiente grilla. En algunos casos deber completarla y en otros poner ladefinicin que corresponda.

a) Qb) U

c) Id) M

e) If) C

g) A

Referencias:

a.) Disciplina surgida hacia el siglo I a.C. cuyo propsito era encontrar la piedra filosofal yel elixir de la vida.

b.) Proceso qumico que estudiaba George E. Stahl.

c.) __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

d.) Junto con Leucipo, uno de los griegos que propuso la primera teora atmica.

e.) Sustancia que, segn la teora de Stahl, se perda en el aire cuando un metal arda.

f.) Principal precursor de la iatroqumica, que vivi a principios del siglo XVI.

g.) __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Cules fueron las primeras ideas acerca de la composicin de la materia?

6. Por qu la teora aristotlica se denominaba de los cuatro elementos?

7. Que la materia est formada por tomos, significa que es continua o discontinua?Justifique su respuesta.

8. Cul es la importancia de afirmar que en la naturaleza nada se crea, nada se destruye,todo se transforma?

9. Dadas las siguientes afirmaciones, indique cul es verdadera (V) y cul es falsa (F).a.) Existen sistemas heterogneos formados por un solo componente.

b.) El sistema formado por agua y sal en concentracin menor que la de saturacin es un

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sistema homogneo.

c.) Un sistema heterogneo puede estar formado por una sola fase.

10. Complete el mapa conceptual:

11. Qu es una solucin o disolucin?

12. Qu se entiende por soluto? Y por solvente? Son arbitrarias estas definiciones?

13. Cmo se clasifican las soluciones?

14. Qu tipos de soluciones conoce?

15. Cules son los factores que afectan la solubilidad de las soluciones? Expliquebrevemente cada una de ellas.