QUÍMICA GENERAL
Msc: Anaís BalzaMODULO I
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SUSTANCIAS
Y MEZCLAS
Sustanciasy mezclas
NATURALEZA DE LA QUIMICA.
Concepto de Química. La materia. Clases
de Materia - Sustancias puras: Elementos y
compuestos.- Mezclas. Estados de
agregación de la materia. Cambios de
Estado. Transformaciones físicas y
químicas.
MODULO I - PARTE A:
Sustanciasy mezclas
QUÍMICA: Parte de la ciencia que se ocupa del estudio de
la composición, estructura, propiedades y
transformaciones de la materia, de la
interpretación teórica de las mismas, de los
cambios energéticos que tienen lugar en las
citadas transformaciones y de los efectos
producidos sobre ellas al añadir o extraer
energía en cualquiera de sus formas.
CONCEPTO DE QUÍMICA
Sustanciasy mezclasDEFINICIÓN DE MATERIA
• Es todo lo que nos rodea.• La materia es todo lo que tiene masa y ocupa un lugar en
el espacio; también volumen• El Cuerpo es una porción limitada de materia
Pero... ¿qué es masa y volumen?
Sustanciasy mezclas
MASA, PESO y VOLUMEN
• Masa y peso NO es lo mismo.• La masa se mide en Kilogramos y el peso
en Newton.
El PESO es la fuerza que ejerce la gravedad sobre un cuerpo.El peso se mide con un dinamómetro.
MASA: Es la cantidad de materia que posee un cuerpo.
La masa se mide con una Balanza
•Volumen es el espacio ocupado por la masa
Sustanciasy mezclas
DEFINICIÓN DE MATERIA
• Peso, medida de la fuerza gravitatoria ejercida sobre un objeto. En las proximidades de la Tierra, y mientras no haya una causa que lo impida, todos los objetos caen animados de una aceleración, g, por lo que están sometidos a una fuerza constante, que es el peso.
• Los objetos diferentes son atraídos por fuerzas gravitatorias de magnitud distinta. La fuerza gravitatoria que actúa sobre un objeto de masa m se puede expresar matemáticamente por la expresión P = m x g
Sustanciasy mezclas
LAS MEDIDAS Y SU PRECISIÓN
Sin embargo, un número no es suficiente para
cuantificar una magnitud, además se debe especificar la
unidad de medida.
MAGNITUD propiedad física medible
Cuantificar magnitudes números
MAGNITUD = NÚMERO + UNIDADES
Sustanciasy mezclas
LAS MEDIDAS Y SU PRECISIÓN
Al conjunto de unidades de las magnitudes
fundamentales se le conoce como sistema de
unidades.
Existe una gran cantidad de magnitudes.
Muchas de ellas se pueden obtener a partir de otras.
Conjunto mínimo de magnitudes
Magnitudes Fundamentales
A partir de estas obtener todas las demás magnitudes
Magnitudes Derivadas.
Sustanciasy mezclas
LAS MEDIDAS Y SU PRECISIÓN
El sistema internacional (SI) Magnitudes fundamentales
Sustanciasy mezclas
DEFINICIÓN DE MATERIA
Según el “Sistema Internacional de Unidades”, el peso se mide en Newton.Nombre Abreviatura
Newton N
1 Kg equivale a 10 N aprox.
Según el “Sistema Internacional de Unidades”, la masa se mide en Kilogramos.
Nombre Abreviatura
Gramo g
Kilogramo kg
Sustanciasy mezclas
PROPIEDADES DE LA MATERIA
• Propiedades Extrínsecas o no características:– Cambian las propiedades cuando cambia el
tamaño de la muestra, ejemplo: volumen de un líquido, la masa de un sólido, la temperatura, la presión de un gas.
• Propiedades Intrínsecas o características– No cambian cuando cambia el tamaño de la
muestra, ejemplo: densidad, punto de ebullición, punto de fusión, solubilidad y otras
LA MATERIA Y SUS PROPIEDADES
Sustanciasy mezclas
PROPIEDADES DE LA MATERIA
• FÍSICAS: (Son perceptibles a través de los sentidos) y será una propiedad que tiene una muestra de materia mientras no cambie su composición.
– EXTENSIVAS (DEPENDEN DEL TAMAÑO DE LOS CUERPOS)
– INTENSIVAS O ESPECÍFICAS (SON CARACTERÍSTICAS DEL CUERPO QUE SE CONSIDERE E INDEPENDIENTES DE SU FORMA Y TAMAÑO. EJ: color, olor, textura.
• QUÍMICAS: (Son aquellas que se ponen de manifiesto cuando el sistema se transforma en otro de naturaleza diferente) una o mas muestras de materia se convierten en nuevas muestras de composición diferente.
Sustanciasy mezclas
CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS MATERIALES:
SU COMPOSICIÓN.
ESTADO DE AGREGACIÓN.
Según:
CLASIFICACIÓN DE LOS
SISTEMAS MATERIALES
Sustanciasy mezclas
CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS MATERIALES:
• HOMOGÉNEOS: Presenta en todas sus partes las mismas propiedades intensivas
– SUSTANCIAS PURAS: Elementos y Compuestos
– DISOLUCIONES: Son mezclas homogéneas de dos o más sustancias
• HETEROGÉNEOS: Presentan propiedades intensivas que varían de unas zonas a otra. Cada conjunto de zonas con propiedades intensivas iguales recibe el nombre de fase. La superficie de separación entre ellas se llama interfase. Ej: el granito, mica, cuarzo…
Sustanciasy mezclas
CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS MATERIALES:
Materia heterogénea = Mezclas Heterogéneas
Materia homogénea
Mezclas Homogéneas o disoluciones
(Disolvente + Soluto)
Sustancias puras
Compuestos químicos
Elementos químicos
CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA
Sustanciasy mezclas
Con el modelo anterior, la materia que conocemos, puede clasificarse en:
1. Sustancias puras.
2. Mezclas
Sustanciasy mezclas
Toda la Materia
Sustancias puras
MezclasCambios Físicos
Compuesto Homogéneas
HeterogéneasElemento
Cambios Químicos
• oxígeno• oro
• hierro
• sal• bicarbonato de
sodio• azúcar
• refresco• gasolina
• aire
• polvo• arena
• vinagreta
CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS MATERIALES:
CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA
Sustanciasy mezclas
Se clasifican en ...
SUSTANCIAS PURAS
COMPUESTOS ELEMENTOS
Se descomponen en ...
Se combinan para dar ...
SUSTANCIAS PURAS
Sustanciasy mezclas
Las sustancias puras son aquellas que tienen propiedades físicas y químicas bien definidas como: el oro, el oxígeno, el azúcar, la sal, etc.
Cristales de azúcar
Cristales de sal
Sustanciasy mezclas
• Sustancia pura, forma de materia HOMOGÉNEA de composición uniforme e invariable y cuyas propiedades físicas y químicas son idénticas, sea cual sea su procedencia.
• Las sustancias puras se identifican por sus propiedades características, es decir, poseen una densidad determinada y unos puntos de fusión y ebullición propios y fijos que no dependen de su historia previa o del método de preparación de las mismas. Por ejemplo, el agua pura, tanto si se destila del agua del mar, se toma de un manantial o se obtiene en una reacción química por unión del hidrógeno y el oxígeno, tiene una densidad de 1.000 kg/m3, su punto de fusión normal es 0 °C y su punto de ebullición normal es 100 °C.
• Las sustancias puras a su vez las clasificamos en: elementos y compuestos
CARACTERÍSTICAS DE LAS SUSTANCIAS PURAS
SUSTANCIAS PURAS
Sustanciasy mezclas
Las sustancias puras pueden ser:
1. Elementos. Formados por un solo tipo de átomos.
2. Compuestos. Formados por
diferentes átomos.
Sustanciasy mezclas
• Sustancia formada por un solo tipo de átomos (unidades que forman la materia) que no puede ser descompuesta o dividida en sustancias más simples por medios químicos ordinarios.
• Se conocen actualmente 118 tipos de átomos diferentes luego existirán 118 elementos químicos. Podemos obtener aproximadamente 96 de esos elementos a partir de fuentes naturales. El resto no aparecen de forma natural y solamente los podemos obtener de forma artificial, bombardeando los núcleos atómicos de otros elementos con núcleos cargados o con partículas nucleares. Dicho bombardeo puede tener lugar en un acelerador de partículas (como el ciclotrón), en un reactor nuclear o en una explosión nuclear.
• Una ordenación especial y una lista completa de los elementos en forma de tabla la encontramos en la Tabla Periódica de los elementos. La estudiaremos en un tema posterior y la utilizaremos a lo largo de la mayor parte del temario.
ELEMENTO QUÍMICO
Sustanciasy mezclas
Todos los elementos (átomos) conocidos se recogen, ordenados, en una tabla denominada
Sistema Periódico.
87
FrFrancio
88
RaRadio
104
KuKurchatovio
89
Ac**Actinio
105
HaHahnio
5
BBoro
6
CCarbono
7
NNitrógeno
8
OOxígeno
9
FFlúor
10
NeNeón
3 4
LiLitio
BeBerilio
55
CsCesio
56
BaBario
57
La*Lantano
72
HfHafnio
73
TaTántalo
74
WWolframio
75
ReRenio
76
OsOsmio
77
IrIridio
79
AuOro
78
PtPlatino
80
HgMercurio
81
TlTalio
82
PbPlomo
83
BiBismuto
84
PoPolonio
85
AtAstato
86
RnRadón
13
AlAluminio
14
SiSilicio
15
PFósforo
16
SAzufre
17
ClCloro
18
ArArgón
11
NaSodio
12
MgMagnesio
19
KPotasio
20
CaCalcio
21
ScEscandio
22
TiT itanio
23
VVanadio
24
CrCromo
25
MnManganeso
26
FeHierro
27
CoCobalto
28
NiNíquel
29
CuCobre
30
ZnCinc
31
GaGalio
32
GeGermanio
33
AsArsénico
34
SeSelenio
35
BrBromo
36
KrCriptón
37
RbRubidio
38
SrEstroncio
39
YItrio
40
ZrCirconio
41
NbNiobio
42
MoMolibdeno
43
TcTecnecio
44
RuRutenio
45
RhRodio
46
PdPaladio
47
AgPlata
48
CdCadmio
49
InIndio
50
SnEstaño
51
SbAntimonio
52
TeTeluro
53
IYodo
54
XeXenón
HHidrógeno
1 2
HeHelio
ELEMENT OSGASEOSOS
ELEMENT OSLÍQUIDOS
ELEMENT OSSÓLIDOS
ELEMENT OSARTIFICIALES
NNITRÓGENO
7
Símbolo
Nombre
Númeroatómico
58
CeCerio
59
PrPraseodimio
60
NdNeodimio
61
PmPrometio
62
SmSamario
63
EuEuropio
64
GdGadolinio
65
Terbio
66
DyDisprosio
67
HoHolmio
68
ErErbio
69
TmTulio
70
YbYterbio
71
LuLutecio
Tb*
90
ThTorio
91
PaProtactinio
92
UUranio
93
NpNeptunio
94
PuPlutonio
95
AmAmericio
96
CmCurio
97
BkBerkelio
98
CfCalifornio
99
EsEinstenio
100
FmFermio
101
MdMendelevio
102
NoNobelio
103
LwLaurencio**
SUSTANCIAS PURAS: Elementos
Sustanciasy mezclas
• Sustancia formada por dos o más elementos que se combinan en proporción invariable y unidos firmemente mediante enlaces químicos. Se han identificado millones de compuestos químicos diferentes. En algunos casos podemos aislar una molécula de un compuesto.
• Una molécula es la entidad mas pequeña posible en la que se mantienen las mismas proporciones de los átomos constituyentes que en el compuesto químico.
• El agua, por ejemplo, está formada por tres átomos dos de hidrógeno unidos a un solo átomo de oxígeno. Hay otras moléculas mocho mas grandes por ejemplo la gammaglobulina, proteína de la sangre, formada por 19996 átomos sólo de cuatro tipos: carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno.
COMPUESTO QUÍMICO
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• Características – La composición varia de una muestra a otra– Los componentes son químicamente diferentes y
mantienen sus propiedades en la mezcla– No funden o hierven a una temperatura definida y
característica• Dos tipos
– Homogénea• Componentes uniformemente mezclados• Una sola fase• También se les llama soluciones
– Heterogénea • Los componentes no se mezclan uniformemente• Hay presente más de una fase
Mezclas
SUSTANCIAS Y MEZCLAS
Sustanciasy mezclas
Las mezclas están formadas por partículas diferentes.
SUSTANCIAS Y MEZCLAS
Sustanciasy mezclas
Las mezclas pueden clasificarse por su aspecto visual en:1.
Homogéneas.
2. Heterogéneas.
Agua con azúcar Granito
SUSTANCIAS Y MEZCLAS
Sustanciasy mezclas
Las mezclas homogéneas más conocidas son las disoluciones, formadas por un disolvente y un soluto.
Ejemplos de disoluciones
SUSTANCIAS Y MEZCLAS
Sustanciasy mezclas
Diferencias entre Mezclas y Compuestos
SUSTANCIAS Y MEZCLAS
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Separación de mezclas Actividad experimental que involucre la preparación
de una Mezcla de materiales que tienen diferentes propiedades físicas para luego separarlas.
Los procesos de separación de mezclas se hacen en función de las propiedades
• Densidad• Temperatura de fusión• Temperatura de ebullición• Solubilidad• Reactividad• Magnetismo• Tamaño de partícula
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Separación de mezclas
En los 2 tipos de mezclas, sus componentes pueden separarse en sustancias puras por
medios físicos, sin cambiar la naturaleza química de sus componentes y por
medios mecánicosALGUNOS “MEDIOS FISICOS” UTILIZADOS CON
FRECUENCIA: Evaporación, destilación, cristalización, cromatografía.
ALGUNOS “MEDIOS MECANICOS” UTILIZADOS CON FRECUENCIA: Tamizado, Imantación, Filtración, Decantación, Centrifugación.
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- Tamizado
- Imantación o magnetismo
- Filtración.
- Decantación.
- Centrifugación
- Destilación.
- Evaporación
- Cristalización
- Cromatografía.
Las sustancias que forman las mezclas pueden separarse
por diferentes métodos.
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Tamización
La tamización se utiliza para separar
mezclas de sólidos pulverizados en
granos de diferentes tamaños. Consiste
en hacer pasar la mezcla a través de
distintos tamices. Los tamices se colocan
de manera que el que tiene los poros más
grandes esté arriba, y el que tiene los
poros más pequeños, abajo. Con este
método se separan, por ejemplo,
las fracciones de grava, arena y arcilla
que constituyen un suelo.
arenagrava arcilla
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Separación magnética o Imantación
Se usa esta técnica para separar
sustancias magnéticas, como el
hierro, de otras que no lo son.
La propiedad de ser atraídas por
los imanes que presentan estas
sustancias se aprovecha para
separarlas del resto de los
componentes de una mezcla.
Separación magnética
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Filtración.
Filtro de papel
Embudo
Arena
Agua
Agua + Arena
FiltraciónLa filtración se emplea para separar
un sólido mezclado con un líquido
en el cual no es soluble, y consiste
en hacer pasar la mezcla a través
de un papel de filtro que se acopla
a un embudo.
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Decantación.Embudode decantación Aceite
Agua
La decantación se utiliza para separar líquidos que no son solubles entre sí y presentan diferentes densidades, como, por ejemplo, una mezcla de aceite y agua. Para ello se vierte la mezcla en un embudo especial, llamado embudo de decantación, en el que se puede regular el paso del líquido mediante una llave. Se deja reposar la mezcla hasta que ambos líquidos se separan y se abre la llave para permitir el paso del líquido más denso a otro recipiente; cuando este ha pasado, se cierra la llave. El líquido menos denso queda retenido en el embudo y se puede obtener por la parte superior.
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Centrifugación La centrifugación es un método por el cual se pueden separar sólidos de líquidos de diferente densidad mediante una centrifugadora, la cual imprime a la mezcla un movimiento rotatorio con una fuerza de mayor intensidad que la gravedad, provocando la sedimentación del sólido o de las partículas de mayor densidad.
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Destilación.
Entradade agua
Salidade agua
Termómetro
Vapor condensado
Líquidodestilado
Refrigerante
Líquidohirviendo
Ascensodel vapor
Calor
Refrigerante
Líquidohirviendo
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Evaporación.Consiste en el proceso físico mediante el cual una sustancia líquida pasa lenta y gradualmente al estado de vapor. A diferencia de la ebullición, la evaporación se puede producir a cualquier temperatura, siendo más rápido cuanto más elevada sea esta.
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Cristalización.
Cristales de sulfato de cobre obtenidos al evaporarse el disolvente.
La cristalizaciónes el nombre que se le da a un procedimiento de purificación usado en química por el cual se produce la formación de un sólido cristalino, a partir de un gas, un líquido o incluso, a partir de una disolución. Por medio de la cristalización se separa un componente de una solución en estado líquido pasándolo a estado sólido a modo de cristales que precipitan.
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CROMATOGRAFIAPapel de filtro
AlcoholLínea horizontal de
marcador
La cromatografía es un método físico de separación en el que los componentes que se han de separar se distribuyen entre dos fases, una de las cuales está en reposo (fase estacionaria, F.E.) mientras que la otra (fase móvil, F.M.) se mueve en una dirección definida. La tinta de los marcadores es un ejemplo de esta, que contiene pigmentos de diversos colores, conocida como cromatografía de papel
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ESTADOS DE LA MATERIA
Estado sólidoEstado líquido
Estado gaseoso
ESTADOS DE LA MATERIA
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La materia se presenta, normalmente, en tres estados
Estados de la materia.Gas
Líquido
Sólido
ESTADOS DE LA MATERIA
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La materia se presenta, normalmente, en tres estados, pero se conoce un cuarto estado y
hasta un «quinto» Al cuarto estado de agregación de la materia, y se denomina PLASMA es un estado fluido similar al estado gaseoso pero en el que determinada proporción de sus partículas están cargadas eléctricamente y no poseen equilibrio electromagnético, por eso son buenos conductores eléctricos y sus partículas responden fuertemente a las interacciones electromagnéticas de largo alcance.
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ESTADOS DE LA MATERIACAMBIOS DE ESTADOS DE LA
MATERIA
Cambios físicos
Sustanciasy mezclas
Para explicar los hechos anteriores creamos un modelo de materia en base a tres hipótesis:
1. La materia esta hecha de partículas y vacío.
2. Las partículas están en constante movimiento.
3. Las partículas pueden enlazarse entre si.
ESTADOS DE LA MATERIA
Sustanciasy mezclas
La materia puede cambiar de estado mediante aportes de energía
Cambios en la temperatura conforme vamos suministrando
calor.
120 –
100 –
80 –
60 –
40 –
20 –
0 –
-20 –Calor
Hielo
Agua
Vapor Ebullición
Fusión
ESTADOS DE LA MATERIA
ESTADOS DE LA MATERIA
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Gases: Partículas sin enlaces y moviéndose libremente, chocando entre ellas y con las paredes del recipiente.
Estado: Los átomos ocupan un volumen mucho mayor. Es el estado en que los átomos están más separados.
Gas
ESTADOS DE LA MATERIA
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Líquidos: Son partículas con ligeros enlaces entre ellas y, por tanto, con movimiento restringido.
Estado: los átomos se encuentran esparcidos en un volumen mayor, sin seguir ninguna estructura. La separación entre cada átomo es mayor que en el sólido.
Líquido
ESTADOS DE LA MATERIA
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Sólidos: Son partículas muy próximas, fuertemente enlazadas y solamente con movimiento vibratorio.
Podemos ver que los átomos se hallan dispuestos en un volumen pequeño, se sitúan adyacentes, uno al lado del otro, aunque no en contacto, formando generalmente una estructura.
Sólido
ESTADOS DE LA MATERIA
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Estado de Plasma: sus componentes no son átomos, sino partículas individuales y núcleos de átomos. Parece un gas, pero formado por iones (cationes -núcleos y protones con carga positiva-, neutrones sin carga y electrones -con carga negativa-). Cada componente del estado de plasma está cargada eléctricamente y el conjunto ocupa un gran volumen.
QUINTO ESTADO DE LA MATERIA
Condensado de Bose-Einstein: todos los átomos se encuentran en un mismo lugar. En la figura, la única bola roja representa la posición donde se hayan todos lo átomos, pero no uno sobre otro, sino todos ocupando el mismo espacio físico.
Para hacernos una idea de lo que sería un objeto cotidiano estando en estado de Bose-Einstein, proponemos imaginar que varias personas estuvieran sentadas en la misma silla, no una sentada sobre otra, sino literalmente todas sentadas en la misma silla, ocupando el mismo espacio en el mismo momento.
Sustanciasy mezclas
ESTADOS DE LA MATERIA
SUSTANCIAS Y MEZCLAS
Sustanciasy mezclas
La Química nos permite fabricar sustancias a conveniencia, p.e.:
Plásticos. Medicamentos.Alimentos.
Materiales de construcción
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