01 intro materia publi[1]

PUCP - Química 1

Prof. Javier Nakamatsu

QUÍMICA 1


[email protected]

http://www.pucp.edu.pe/javier‐nakamatsu/

oficina: Pabellón de Química

Evaluación del curso:

2 Exámenes ( + Examen Especial)

5 Prácticas (se elimina la menor nota)

Prácticas:

Fechas:

Trabajo: individual + grupal

Tareas (actividades durante las clases)

Traer siempre a clases: Calculadora

1ª: 9 Abril

2ª: 23 Abril

3ª: 28 Mayo

4ª: 11 Junio

5ª: última semana

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¿QUÍMICA?

ALQUIMIA: QUÍMICA:

Conversión de metales en ORO

Búsqueda de la Fuente de la Vida

Cosméticos

Petróleo

Plásticos

Medicinas

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MATERIA

MEZCLA SUSTANCIA

HOMOGENEA

HETEROGENEA

COMPUESTO

ELEMENTO

Mezcla Heterogénea

Se distinguen al menos dos fasesNo miscibleEjemplos: arena, leche.

Mezcla Homogénea

Una sola faseEjemplos: agua con azúcar, acero, aire.

Sustancia Pura

Materia que tiene composición definida y propiedades características.Está compuesta de unidades idénticas.Ejemplos: agua, sal, oxígeno, cobre, mercurio.

Mezcla

Combinación de dos o más sustancias puras.Ejemplos: aire, bebidas gaseosas, cemento, leche, rocas, minerales, arena, gasolina, aleaciones metálicas.

Elemento

Sustancia compuesta por átomos de elementos idénticos.Ejemplos: oro (Au), fierro (Fe), sodio (Na), cloro (Cl2), oxígeno (O2).

Compuesto

Sustancia formada por átomos de dos o más elementos diferentes unidos químicamente.Ejemplo: sal común (NaCl), agua (H2O), etanol (CH3CH2OH), ácido clorhídrico (HCl).

MATERIA

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MATERIA

MEZCLA SUSTANCIA

HOMOGENEA

HETEROGENEA

COMPUESTO

ELEMENTO

Agua de mar

MATERIA

MEZCLA SUSTANCIA

HOMOGENEA

HETEROGENEA

COMPUESTO

ELEMENTO

Sal de mesa

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MEZCLA HETEROGENEA

ELEMENTO

Niebla

Oro de 10 kilates

Clavo oxidado

Papel aluminio

Hielo seco

Diamante

Alcohol (grado medicinal)

MEZCLA HOMOGENEACOMPUESTO

Azúcar

Separación de Mezclas

• Agua con tierra

• Agua y aceite

• Agua y alcohol

• Compuestos en tinta de lapicero

¿Como separar las mezclas?

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• Agua con tierra

• Agua y aceite

• Agua y alcohol


Filtración

http://chemscape.santafe.cc.fl.us/chemscape/catofp/mixpour/filter/pic/01030405.jpg


• Agua con tierra

• Agua y aceite

• Agua y alcohol


Decantación

http://oceanexplorer.noaa.gov/explorations/02sab/background/products/media/chroma1_600.jpg

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http://www.chemheritage.org/EducationalServices/pharm/antibiot/activity/distil/distil07.gif

• Agua con tierra

• Agua y aceite

• Agua y alcohol


Destilación


http://science.csustan.edu/tutorial/color/chrom.gif

• Agua con tierra

• Agua y aceite

• Agua y alcohol

• Componentes en tinta de lapicero

Cromatografía

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Cambios Físicos:

No alteran la sustancia

Cambios Químicos:

Modifican la sustancia

Secar la ropa

Comer

Preparar mayonesa

Preparar té

Obtención de agua pura del agua de marQuemar un papel

Tostar café

Propiedades Intensivas:

No dependen de la cantidad

Propiedades Extensivas:

Sí dependen de la cantidad

Temperatura

Masa

Color

Concentración

DensidadVolumen

Longitud

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Sistema Internacional de Unidades: SI1 kg masa del patrón (estándar) de Ir‐Pt que se encuentra en París

1 s (“segunda” división de la hora) periodo de tiempo que demoran 9 192631 770 ciclos de una radiación emitida por átomos de Cs‐133

1 m distancia que hace que la velocidad de la luz sea exactamente 299 792458 m/s en el vacío

1 K el punto triple del agua ocurre exactamente a 273,16K

1 mol número de partículas igual a la cantidad de átomos que hay en 12 g de carbono‐12, esto es, 6,022 x 1023

1 amp (corriente eléctrica)

1 candela (intensidad de luz)

http://physics.nist.gov/cuu/Units/kilogram2.html

Kilogramo patrón: cilindro (diámetro = altura = 3,9 cm)

Cada 40 años se comparan las copias (estándares nacionales)

Ha perdido 50 mg en 100 años

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2 pie3 ? 10 L

50 L

100 L

Ldmdmcm

cmpie

11110

48,301

3 =

==

Convertir 3000 lb/pulg2 (psi) a:

kg/cm2

atm

1 lb = 453,6 g

1 pulg = 2,54 cm

1 atm = 101325 Pa (Pascal)

1 Pa = 1 N/m2

1 kg = 9,8 N

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KmolJ

mNJ

Lm

PamN

atmPax

KmolLatm

mNJmNPa

Paxatm

KmolJ

KmolLatm

⋅=⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛⋅

⋅⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ ⋅⋅⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅

⋅⋅

⋅=⋅=

=

⋅=

⋅⋅

−

−

31,81

1101

11

11001325,1082,0

1111

1001325,11

082,0

3

325

2

5

??

1 1 1 1

MATERIA

MEZCLAS

COMPUESTOS

ELEMENTOS

ATOMOS

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ATOMOS ?

Núcleo:

• protones y neutrones

• concentra la masa del átomo

• es pequeño

Electrones:

• poca masa

• ocupan un gran volumen, determinan el tamaño del átomo

• determinan las propiedades químicas

Z = # protones (# electrones)

A = # protones + # neutrones

http://wps.prenhall.com/wps/media/objects/602/616516/Media_Assets/Chapter02/Text_Images/FG02_06.JPG

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http://www.astro.umd.edu/~miller/Gallery/physics/atom.jpg

Interacción entre electrones ! !

Z determina el tipo de elemento:

Z = 8 => 8O

Z = 47 => 47Ag

Z = 79 => 79Au

XA

Z

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En la naturaleza: 1X se llama hidrógeno 1H

1H Protio

2H Deuterio

3H Tritio

Isótopos del hidrógeno

1 protón + 0 neutrones

1 protón + 1 neutrón

1 protón + 2 neutrones

http://www.saskschools.ca/curr_content/chem30/images/e_deuterium.jpg

Isótopo: ? ?

átomos de igual Z, pero diferente A

(sólo difieren en el número de neutrones)

Isótopos Naturales:

se encuentran en la naturaleza, tienen abundancias diferentes

Isótopos Artificiales:

creados por el hombre, se pueden crear nuevos elementos (bombardeando átomos con partículas‐protones, neutrones)

12C 98,93%

13C 1,07%

14C

63Cu 69,17%

65Cu 30,83%

234U 0,0055%

235U 0,7200%

238U 99,2745%232Th → 233U

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Partícula Masa (uma) Masa (kg) Carga

Eléctrica

Protón 1,00728 1,67262 x 10‐27 +1

Neutrón 1,00866 1,67493 x 10‐27 0

Electrón 0,00055 9,10939 x 10‐31 ‐1

1 uma = 1,66 x 10‐27 kg => 1 g = 6,022 x 1023 uma

Isótopo Masa atómica Abundancia 24Mg 23,98504190 78,99% 25Mg 24,98583702 10,00% 26Mg 25,98259304 11,01%

¿Cuánto pesa el Mg?

Si hay 3 isótopos naturales del Mg:

Masa atómica promedio:

( ) ( ) ( )100

011198259304250010985837022499789850419023 ,,,,,, ++

Masa atómica promedio: 24,30505 uma

(Peso atómico promedio)

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Número atómico

Símbolo

Peso atómico

1 mol = 602,214 199 x 1021

= 6,022 x 1023

602 200 000 000 000 000 000 000

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Si tuvieran 1 mol de céntimos y lo repartieran entre todos los habitantes del mundo, ¿cuánto le tocaría a cada uno?

Si cada grano de arena tiene una masa de 0,1 mg

# de moles

# de millares

# de docenas

# de unidades

50 kg de arena

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Partícula Masa (uma) Masa (kg) Carga

Eléctrica

Protón 1,00728 1,67262 x 10‐27 +1

Neutrón 1,00866 1,67493 x 10‐27 0

Electrón 0,00055 9,10939 x 10‐31 ‐1

1 uma = 1,66 x 10‐27 kg => 1 g = 6,022 x 1023 uma

1 g = 1 mol uma

1 átomo de Oxígeno → 16 uma

1 mol de átomos de Oxígeno → 16 (6,022 x 1023) uma

→ 9,635 x 1024 uma

Pero: 6,022 x 1023 uma = 1 g

1 mol de átomos de Oxígeno:

9,635 x 1024 uma (1 g / 6,022 x 1023 uma) = 16 g

Masa Molar

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1 molécula de H2O

18 uma

3 átomos:

2 átomos de H

1 átomo de O

1 mol de moléculas de H2O

18 g

3 moles de átomos:

2 moles de átomos de H

1 mol de átomos de O6,022 x 1023

¿Podrían tomar 10 moles de moléculas de agua?

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Fórmula global de la nicotina C14H9Cl5

Fórmula empírica de la nicotina C14H9Cl5

Peso de una molécula de nicotina, en uma

Peso de una molécula de nicotina, en gramos

Peso de una mol de moléculas de nicotina, en uma

Peso de una mol de moléculas de nicotina, en gramos ,25

Si un cigarrillo contiene aproximadamente 19 mg de nicotina, ¿cuántas moléculas de nicotina se ingieren cuando se fuma un cigarrillo? ,25 ,25

Nicotina H : 1

C : 12

N : 14

CN

C

CC

C

CN

C

CC

CH H

H

H

H

HH

H

H

H

H

HH

H

El ibuprofeno tiene la siguiente

fórmula estructural:

¿Cuál es su fórmula global y el peso de una molécula de ibuprofeno?

¿Cuántas moles de moléculas de ibuprofeno hay en una pastilla si ésta contiene 400 mg?

¿Cuántos átomos de carbono hay en una pastilla?

C

CC

C

CC

CC

C

C

CC

O

OH

CHH

H

HH

H

HH H

H

H

H

H

HH

H

H

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Moléculas y Fórmulas Moleculares

¿Cuál es la fórmula molecular del compuesto que en una mol, contiene 1 mol de S, 1,2 x 1024 átomos de Cl y 16,0 g de O?

Pesos atómicos:

S = 32

O = 16

Cl = 35,45


Fórmula molecular: C8H8

Fórmula empírica: CH

Peso molecular: 104 g/mol

1 molécula de estireno = 8 átomos de C + 8 átomos de H = 104 uma

7,69%%100uma104uma18H%

92,31%%100uma104uma128C%

=⋅⋅

=

=⋅⋅

=

C

CC

C

CC

CC

H

HH

H

H

H

H

H

estireno

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El ácido acético está formado por:

40,00 % de C

53,33 % de O

6,67 % de H

¿cuál es su fórmula empírica y molecular?

Asumiendo que se tienen 100 g de ácido acético:

23,33Hdemol6,67g/mol1

g6,67g6,67g1006,67%H6,67%

13,33Odemol3,33g/mol16

g53,33g53,33g10053,33%O53,33%

13,33Cdemol3,33g/mol12

g40,00g40,00g10040,00%C40,00%

=÷=⇒=⋅⇒

=÷=⇒=⋅⇒

=÷=⇒=⋅⇒

CH2O


C2H4O2

CH2O

C3H6O3

C4H8O4

CnH2nOn

Peso molecular : 60 g/mol

C2H4O2

40,00 % de C

53,33 % de O

6,67 % de H

Fórmula Empírica

CH2O

Fórmula Molecular

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Para detectar el olor a limón se necesita que un millón de moléculas de limoneno, CxHy, ingresen a nuestra nariz,

a) ¿a cuántas moles de moléculas de limoneno equivale esta cantidad?

b) si el análisis del limoneno da como resultado que está compuesto por 88,2% de C y 11,8% de H, determine su fórmula empírica.

c) si el millón de moléculas de limoneno tienen una masa total de 0,2258 fg (femtogramos), determine su fórmula molecular.

La cafeína es un alcaloide natural cuya masa molar es 194 g, está presente en el café, el té y también en bebidas gaseosas y energizantes.

a) Determine su fórmula empírica y fórmula molecular si sabe que contiene 49,48% de C, 5,15% de H, 28,87% de N y el resto es oxígeno.

b) Una taza de té contiene aproximadamente unas 1,50 x 1020 moléculas de cafeína, mientras que en una lata de Red Bull de 250 mL hay 80 mg del alcaloide. ¿Con cuál de las dos bebidas se consume una mayor cantidad de cafeína?

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En un laboratorio de química forense, se analizó el contenido del estómago de un accidentado para determinar si había consumido drogas o venenos, y se identificó un compuesto con 46,67 % de C, 17,78 % de O, 31,11 % de N y 4,44 % de H.

a) Según estos resultados, concluya cuál de las siguientes sustancias había ingerido el accidentado antes de morir:

b) Si se encontraron 45 mg del compuesto identificado en el estómago del accidentado, i) ¿a cuántos moles de moléculas corresponde esta masa?

ii) ¿cuántos átomos de nitrógeno estaban presentes en su estómago (debido a este compuesto)?

C

C NC

NN

CN

C

O

O

C

C

H

H HH

H

HH

H

CO

CO

CC

C

CC C

C

N

C

HHH

H

HH

H

H H H

HH

teobromina(en chocolate)

metanfetamina(en éxtasis)

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