fundamentosquimica-clase1

QUÍMICA GENERAL Y ORGÁNICA

MEDICINA 2015

Profesor: Dr. Mauricio Yáñez

E-mail: mauricio.yanez@usach.cl

Laboratorio de Hidratos de Carbono-(Oficina

3-46)-Área de Química Orgánica 3°Piso FQB

LOS FUNDAMENTOS DE LA QUIMICA

¿Química?Química es la ciencia que describe la materia, sus propiedades

físicas y químicas, los cambios que experimenta y las

variaciones de energía que acompañan a dichos procesos

SE LA HA LLAMADO LA

CIENCIA CENTRAL

1. Reacciones e influencias químicas, que se efectúan en su interior

2. Los productos químicos del cuerpo humano, afectan profundamente al mundo

personal de los pensamientos y emociones

Es el fundamento de las ciencias de la vida: La biología y la MEDICINA

¿Porque estudiar química en medicina?

Para comprender a fondo los sistemas vivientes

Se necesita un numero considerable de reacciones químicas

para formar un embrión humano (10 semanas, 6 cm de largo).

Materia y energía

Materia: Es todo aquello que ocupa

un lugar en el espacio y tiene masa

Masa es la medida de la cantidad de

materia contenida en una muestra de

cualquier material

Energía se define como la capacidad

de realizar trabajo y transferir calor

¿Para que estudiar el concepto de Energía?

Se estudia la energía debido a que todos los procesos

químicos están acompañados de cambios de energía

hacia el medio circundante,

Generalmente en forma de energía calorífica

Energía se puede clasificar en dos tipos

principales.

Energía cinética es la energía que posee un cuerpo

debido a su movimiento

Energía potencial es la energía que posee un cuerpo

debido a su posición o su composición pe. Carbón

(Energía Química)

La ley de conservación de la Materia

No hay cambio observable en la cantidad de materia

durante una reacción Química ordinaria

La ley de conservación de la Energía

No hay cambio observable en la cantidad de energía

durante una reacción Química ordinaria

ESTADOS DE LA MATERIA

La materia se clasifica en tres estados

SÓLIDO GASEOSO

-Sustancias rígidas

-Forma definida

LIQUIDO

-Los líquidos fluyen

-Difíciles de comprimir

-Menos densos que los

líquidos y sólidos

-Pueden expandirse

hasta el infinito

-Se comprimen con

facilidad

Cloro, un gas

Flúor, un gas

Bromo, un líquido Yodo, un sólido

PROPIEDADES DE LA MATERIA

Propiedades Físicas Propiedades Químicas

-Se observan en ausencia de cualquier

cambio en la composición

Ej. El color, la densidad, la dureza,

punto de fusión, el punto de

ebullición, la conductividad eléctrica

y térmica y otras

-Propiedades que exhibe la materia

cuando experimenta cambios en su

composición

-Se relaciona con los tipos de cambios

químicos que experimentan

PROPIEDADES DE LA MATERIA

Propiedades extensivas Propiedades intensivas

-Dependen de la cantidad de

materia que se examine

(el volumen y la masa)

-directamente proporcionales,

a la cantidad de materia

contenida en la muestra

examinada

-No dependen de la cantidad

de material examinado. Pe.

Color, punto de fusión,

-Nota: Todas las propiedades

químicas son propiedades

intensivas

Comparación de algunas propiedades físicas de los tres estados de la materia

• Las sustancias son rígidas y tienen forma definida

• El volumen no varia en forma considerable con los cambios de temperatura y presión

•En los sólidos denominados cristalinos, las partículas individuales que los conforman

ocupan posiciones definidas en la estructura cristalina

Estado sólido

Estado Liquido

. Los líquidos fluyen y adoptan la forma del recipiente que los contiene, sin que su volumen

varíe

• Los líquidos son difíciles de comprimir

Estado sólido Estado Liquido Estado gaseoso

CAMBIOS FISICOS

-Ocurre sin que se de un cambio en la composición Química

CAMBIOS QUIMICOS Y FISICOS

Fusión

Cristalización

2Mg (s) + O2 (g) 2MgO (s)

CAMBIOS QUÍMICOS

-Ocurre con un cambio en la composición Química

Se utilizan una o más sustancias (al menos parcialmente)

Se forman una o más sustancias nuevas

Se libera o se absorbe energía

K (s) + H2O(l) KOH (ac) + 1/2H2 (g)

Mezclas Sustancias puras

Mezclas

Homogéneas

Mezclas

Heterogéneas

Compuestos Elementos

Materia

Separación por medios

Físicos

Separación por medios

Químicos

Clasificación de la materia

Cambio químico

Cambio físico

SUSTANCIAS, COMPUESTOS, ELEMENTOS Y MEZCLAS

Sustancia es cualquier tipo de materia cuyas muestras tienen composición

idéntica, y en condiciones iguales, propiedades idénticas.

Los compuestos son sustancias puras formadas por dos o mas elementos

diferentes combinados en una proporción constante

Los elementos son sustancias que no se pueden descomponer en otras mas

simples mediante cambios químicos. Ejemplos de elementos son:

nitrógeno, plata, aluminio, cobre, oro y azufre.

SEPARACIÓN DE MEZCLAS HOMOGÉNEAS

DESTILACIÓN FRACCIONADA

-Filtración, Destilación, Cromatografía y otras

Electrólisis del agua

FORMULAS QUÍMICAS

Y COMPOSICIÓN

ESTEQUIOMETRICA

Estequiometria???

Stoiheion: “ primer principio o elemento

Metron: medida

Describe las relaciones cuantitativas entre los elementos en

los compuestos (composición estequiometrica) y entre las

sustancias cuando experimentan cambios químicos

(estequiometria de reacción)

¿Cual es el lenguaje que los químicos emplean

para describir las formas de la materia y cambios

en su composición?

Respuesta:

•Los símbolos químicos

•Las formulas químicas

•Ecuaciones químicas

ÁTOMOS Y MOLÉCULAS

POSTULADOS DE DALTON

1. Un elemento esta compuesto de partículas pequeñas e indivisibles llamadas

átomos.

2. Todos los átomos de un elemento dado tienen propiedades idénticas, las cuales

difieren de las de átomos de otros elementos.

3. Los átomos de un elemento no pueden crearse, destruirse o transformarse en

átomos de otros elementos.

4. Los compuestos químicos se forman cuando átomos de elementos diferentes se

combinan (unen) entre si en una proporción fija.

5. Los números relativos y tipos de átomos son constantes en un compuesto dado

Átomos: En Grecia, “átomo” se empleaba para referirse a las partes más

pequeñas de materia indestructibles. Atomo significa en griego “no-

divisible”.

Átomo (DEF): es la partícula mas pequeña de un elemento que mantiene su

identidad química a través de todos los cambios químicos y físicos

Molécula: es la partícula mas pequeña de un compuesto o elemento que

tiene existencia estable e independiente, las moléculas de los compuestos

están formadas por mas de un tipo de átomos

Formulas Químicas

La formula de una sustancia indica su composición química. Representa a los

elementos que contiene y la relación en que se encuentran los átomos.

Por Ejemplo: F2 , P4

El oxigeno existe en dos formas : O2 , O3

Agua

H2O

Formula Fórmula estructural Modelo de bolas y varillas Modelo Espacial

FORMULAS QUÍMICAS

Peroxido de

hidrogeno

H2O2

Tetracloruro de

carbono

CCl4

H O O H

H O H

C

Cl

Cl

Cl

Cl

Propano

C3H8C

H

H

H

C

H

H

C

H

H

H

FORMULA FÓRMULA ESTRUCTURAL MODELO DE BOLAS Y VARILLAS MODELO ESPACIAL

O HC

H

H

C

H

H

H

Etanol

C2H5OH

Peso atómico (PA)

Unidades de masa atómica _(uma)

La cual se define exactamente como 1/12 de la masa de un átomo de un

tipo particular de carbono, llamado carbono-12.

La Mol

Esta unidad se define como la cantidad de sustancia que contiene tantas

entidades (átomos, moléculas u otra partícula) como el numero de átomos

en 0.012 Kg de carbono-12 puro). Múltiples experimentos han ajustado

ese numero al valor actual de:

1 mol= 6.022045 1023 Particulas Número de Avogadro

6.022 1023

Es un numero fijo de “entidades” cuya identidad se debe especificar:

Pe. Mol de átomos, de moléculas (o de iones, electrones u otras particulas)

¡1 mol de huevos!

Nota: La masa en gramos de una mol de átomos de un elemento puro es

numéricamente igual al peso atómico en uma de dicho elemento.

6.022 1023 Huevos

Ej: 1 mol de He consta de 6.022 1023 átomos de helio

602.000.000.000.000.000.000.000

El hidrogeno, se encuentra en forma de moléculas diatomicas (de dos átomos); por

tanto, una mol de hidrógeno contiene 6.022 1023 moléculas de H2 y 2(6.022

1023) tomos de hidrógeno

Elemento metálico titanio (Ti)

Peso atómico = 47.90 uma 47.90 g 6.022 1023 átomos de Ti

El símbolo de un elemento puede:

a.- Identificar al elemento

b.-Representar un átomo del elemento

c.- Representar una mol de átomos del elemento

12 Huevos

1 docena de huevos

24 onzas de huevos

6.022 1023 atomos de Fe

1 mol de átomos de Fe

55.847 gramos de hierro

Limaduras de Hierro

EJEMPLO

¿ Cuantos moles de átomos contienen 245.2 g de níquel metálico)

nº moles de átomos Ni = 245.2 g Ni 1mol de átomos Ni = 4.178 mol de átomos Ni

58.69 g Ni

? nº de átomos Ni = 4.178 moles de atomos 6.022 1023 atomos Ni = 2.516 1024

1 mol átomos de Ni

EJEMPLO

¿ Cuantos átomos hay en 4.178 moles de átomos de niquel?

EJEMPLO

¿ Cual es la masa, en gramos, de un átomo de Ni

? Masa en g, de un átomo de Ni = 58.69 g Ni 1 mol de Ni

1 mol de Ni (6.022 1023 atomos de Ni)

= 9.746 10-23 g/atomo

Nota: Para convertir en moles (n) los gramos (m) de cualquier sustancia sólo hay

que dividir por la masa molecular (M) de dicha sustancia.

n = m/M

EJEMPLO

Calcule la masa, en gramos, de un átomo de níquel.

Pesos Fórmula, Pesos Moleculares y Moles

El peso molecular (PM) se emplea con el termino peso formula cuando se hace

referencia a las sustancias moleculares (no iónicas), es decir, sustancias que pueden

existir como moléculas discretas.

El peso fórmula (PF) de una sustancia es la suma de los pesos atómicos (PA) de los

elementos de la formula, multiplicados cada uno por el numero de veces en que esta

presente el elemento. Es la masa en unidades de masa atómica, uma, de una formula

unitaria.

Núm. De átomos de un tipo especifico masa de un átomo

1 Na = 1 23.00 uma = 23.00 uma de Na

1 H = 1 1.01 uma = 1.01 uma de H

1 O = 1 16.00 uma = 16.00 uma de O

EJEMPLO

Determinar el peso formula para el hidróxido de sodio (NaOH)

Peso fórmula de NaOH = 40.01 uma

Determinar el peso formula del carbonato de amonio (NH4)2CO3

Núm. de átomos de un tipo especifico masa de un átomo

2 N = 2 14.00674 uma = 28.01348 uma de N

8 H = 8 1.00794 uma = 8.06352 uma de H

1 C = 1 12.011 uma = 12.011 uma de C

3 O = 3 14.00674 uma = 15.9994 uma de O

Peso fórmula = 96.086 uma

¿Cuál es la masa en gramos de 10 mil millones de moléculas de SO2?

¿ Cuantos a) moles de O2 b) moléculas de O2 y c) átomos de O están contenidas en 40.0

gramos de oxígeno gaseoso a 25° C?

? n° de moles de O2=40.0 g O2 1 mol de O2 = 1.25 moles de O2

32. 0 g de O2

? Moléculas de O2 = 40.0 g de O2 6.02 1023 moléculas de O2= 7.52 1023 moléculas de O2

32.0 g de O2

? Átomos de O = 40.0 g de O2 6.02 1023 moléculas de O2 2 átomos de O = 1.50 1024 átomos de O

32.0 g de O2 1 molécula de O2

Solución

El cianuro de hidrógeno, HCN, es un líquido incoloro, volátil, el compuesto es

sumamente venenoso. ¿Cuántas moléculas hay en 56 mg de HCN, la dosis

tóxica promedio?.

0.056 g HCN x 1 mol HCN 6.022 10 23 moléculas= 1.25 x 1021 moléculas de HCN

27 g HCN 1 mol HCN

¿Cuántos gramos de metano, CH4 hay en 1.20 x 10-4 moléculas?

1.20 x 10-4 moléculas CH4 x 1 mol CH4 x 16 g = 3.19 x 10-27 g

6.022 x 10 23 moléculas 1mol CH4

¿Cuántos moles de sulfuro de sodio, Na2S corresponden a 2.709 x 1024

moléculas de sulfuro de sodio y cuántos moles de sodio?

2.709 x 1024 moléculas Na2S x 1 mol Na2S = 4.5 mol Na2S

6.02 x 1023 moléculas Na2S

4.5 mol Na2S x 2 mol Na = 9 mol Na

1 mol Na2S

Composición porcentual y formulas de compuestos

Si se conoce la formula de un compuesto, su composición química se puede

expresar como porcentaje de masa de cada elemento en el compuesto

EJEMPLO

Una molécula de CO2

% C= masa de C 100% ) = PA del C 100 % = 12.0 uma 100% = 27.3 %

masa de CO2 PM del CO2 44.0 uma

% O= masa de O 100% = 2 PA del O 100 % = 2 (16.0 uma) 100 % = 72.7 %

masa de CO2 PM del CO2 44.0 uma

EJEMPLO

Calcule la composición porcentual en masa del HNO3

DETERMINACION DE LAS FORMULAS MOLECULARES

El análisis de una muestra de un compuesto puro revela que contiene 50.1%

de azufre y 49.9% de oxígeno, en masa. ¿Cuál es la fórmula empírica?

DEDUCCION DE LAS FÓRMULAS A PARTIR DE LA COMPOSICIÓN

ELEMENTAL

ECUACIONES QUIMICAS Y

ESTEQUIOMETRIA DE LAS REACCIONES

ECUACIONES QUÍMICAS

1. Indican las sustancias que reaccionan o reactivos

2. Las sustancias que se forman o productos

3. Las cantidades relativas de las sustancias que participan en la

reacción.

CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O

reactantes productos

¿Qué indica esta ecuación

CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O

1 molécula 2 moléculas 1 molécula 2 moléculas

+

+

+

Representación de la reacción desde el punto de vista molecular

Al + HCl AlCl3 + H2

¿La ecuación cumple con la ley de conservación de la materia

2Al + 6 HCl 2AlCl3 + 3H2

C2H6O + O2 CO2 + 2 H2O

C2H6O + 3 O2 2 CO2 + 3 H2O

¿ Cuántas moléculas de O2 son necesarias para reaccionar con 47 moléculas de

CH4?

1 molécula de CH4 y 2 moléculas de O2

2 moléculas de O2 1 molécula de CH4

? moléculas de O2 = 47 moléculas CH4 2 moléculas O2 = 94 moléculas O2

1 molécula CH4

CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O

6.02 1023 moléculas 2(6.02 1023) moléculas 6.02 1023 moléculas 2(6.02 1023 moléculas )

1 mol

16 g

16 g

2 mol

2 (32 g)

64 g

1 mol

44g

44 g

2 mol

2 (18g)

36 g

80 g de reactivos 80 g de productos

Cálculos que se realizan a partir de ecuaciones químicas

¿Que masa de oxigeno se requiere para que reaccionen

completamente 24 gramos de CH4 ?

CH4 + 2 O2CO2 + 2 H2O

La mayor parte de las reacciones de combustión se llevan a cabo con exceso de O2,es

decir, mas O2 del necesario para quemar la sustancia por completo. Calcule la masa en

gramos de CO2, que se produce al quemar 6.0 moles de CH4 en exceso de O2

¿Que masa de CH4 producen 3.01x1023 moléculas de H2O cuando se queman en

exceso de O2 ?

? g de CH4 = 3.01 1023 moléculas H2O 1 mol H2O 1 mol CH 16 g CH4 = 4.0 g CH4

6.02 1023 moléculas H2O 2 moles H2O 1 mol CH4

Ejemplo

Ejemplo

Resp. 96 g O2

Resp. 2.6*102 g CO2

EL CONCEPTO DEL REACTIVO LIMITANTE

¿ Que masa de CO2 se puede obtener a partir de la reacción de 8.0 g

de CH4 con 48 g de O2?