APUNTES Nº I CONCEPTOS GENERALES

1. QUÍMICA: Es la ciencia que estudia la composición, propiedades transformaciones de la materia

Por ejemplo: ( H2O ) (AGUA)

Composición: 11.21 % de hidrógeno y 88.79 % de oxígeno

Propiedades: Inodora – Incolora – Insípida - Punto de ebullición 100ºC

Transformaciones: Por oxidación se transforma en agua oxigenada cuya composición y propiedades son totalmente diferentes al agua..

transformación / reacción transformación / reacción controlada natural

La ciencia química estudia de qué están hechos los objetos y como su estructura nos explica sus propiedades y su comportamiento en las transformaciones materiales.

Su campo abarca desde la materia mas simple a la de organización más compleja, por ejemplo, desde las partículas elementales hasta el ácido desoxirribonucleico (ADN)

Su campo de acción es tan amplio que muchas veces trabaja en conjunto con otras ciencias, por ejemplo, las partículas elementales se estudian junto con la física y las macromoléculas de interés biológico, con la biología.

En la actualidad la química es fundamental en el desarrollo tecnológico.

2. MATERIA Es todo aquello que nos rodea y ocupa un lugar en el espacio

2.1 MATERIA HOMOGÉNEA Y MATERIA HETEROGENEA

Materia Homogénea: Es aquella cuya composición y propiedades no varían de un punto a otro de ella. Por ejemplo : agua – solución (agua azucarada); o bien cambian en forma gradual y continua entre puntos vecinos, por ejemplo el aire.

Materia Heterogénea :Es aquella cuya composición y propiedades varían en forma discontinua entre puntos vecinos. Por ejemplo: - mezcla de arena y sal. - mezcla de agua y aceite.

SUSTANCIAS PURAS (composición no varia) ( el agua) Materia Homogénea

SUSTANCIAS IMPURAS (composición es variable) (el agua azucarada)

LAS SUSTANCIAS PURAS SE CLASIFICAN EN ELEMENTOS Y COMPUESTOS.

a) ELEMENTO: Es una sustancia pura que no puede descomponerse en otras mas simples, por métodos químicos clásicos, por ejemplo el hidrógeno.La entidad mínima de un elemento es el átomo, corpúsculo sub - microscópico que no puede destruirse por métodos químicos clásicos.

b) COMPUESTO : Son aquellas sustancias puras que pueden descomponerse en otras más simples por métodos químicos clásicos, por ejemplo el agua, que puede descomponerse en hidrógeno y oxígeno.

La entidad mínima de un compuesto es la molécula , la cual esta conformada por la unión de átomos, por ejemplo el agua (H2O ) – el amoníaco (NH3) etc.

Representación de la molécula del agua (a) estructura (b) fórmula geométrica

(a) Distribución de los átomos en una típica estructura cristalina en que se presentan los metales.

(b) Disposición geométrica de los átomos en la estructura cristalina.

(a) (b) (c)

(a) muestra de agua líquida (b) modelo que muestra la estructura del agua líquida (c) representación geométrica de una molécula de agua.

2.2 ESTADOS DE LA MATERIA

La materia presenta tres estados: SÓLIDO – LÍQUIDO – GAS

SÓLIDO

OOOOOOOOO - Distribución ordenada OOOOOOOOO - Tienen forma y volumen definido OOOOOOOOO - Son incompresibles

- Alta cohesión- Las partículas vibran- Presentan la máxima densidad

- Son rígidos

LIQUIDO O O O O O - Las partículas presentan mayor libertad O O O - Adquieren la forma del recipiente que lo O O O O O contiene

- Se pueden comprimir con bastante dificultad - Fluyen con facilidad (fluidez) - Tienen u volumen definido que es independiente de su forma

- Densidad alta

GASEOSO - Máximo desorden

- Las partículas presentan completa libertad de movimiento

- Se pueden comprimir con facilidad- Difunden con facilidad- Pueden expandirse (aumentar el volumen) espontáneamente

- Densidad mínima

La explicación de los estados de la materia se basan en las “partículas fundamentales” de ésta, considerando en conjunto sus fuerzas de atracción y su energía.

Las partículas fundamentales pueden ser átomos, moléculas o iones.

O O O

OO O

Las partículas de un sólido se encuentran unidas unas con otras por grandes fuerzas de atracción, lo que les impide desplazarse de un lugar a otro. El movimiento se limita a una vibración de las partículas.

Su energía cinética es muy pequeña comparada con la de los líquidos, por ejemplo.

Los sólidos se presentan en la naturaleza en dos formas:

- Forma cristalina- Forma amorfa

Los sólidos cristalinos presentan una distribución tridimensional ordenada de las partículas . Por ejemplo: la sal común (NaCl) ( cloruro de sodio) , el azúcar o sacarosa

Los sólidos amorfos presentan una distribución desordenadas de las partículas. Por ejemplo: el vidrio – los plásticos.

Las partículas de un líquido se encuentran unidas por fuerzas de atracción menores que en los sólidos, lo que permite desplazarse unas alrededor de las otras. Su energía cinética es mayor que en los sólidos.

Las partículas de un gas se mueven libremente, en forma independiente de las otras. La fuerza de atracción entre sus partículas es prácticamente nula y la energía cinética es mucho mayor que en los líquidos

ALGUNAS PROPIEDADES IMPORTANTES DE LOS LIQUIDOS

1.- EVAPORACION: Cuando un líquido es colocado en un recipiente abierto, lentamente escapa pasando al estado de vapor y eventualmente el recipiente queda vacío.

Este fenómeno conocido como evaporación ( a veces vaporización) puede ser explicado en términos de modelo cinético molecular de la materia.

Una partícula cerca de la superficie del líquido puede escapar al estado gaseoso cuando gana suficiente energía cinética por medio de colisiones para romper la atracción con las partículas vecinas. Mientras más débiles son las fuerzas de atracción más fácil es la evaporación. Cuando se comparan dos líquidos, se dice, del que se evapora más rápido, que es más volátil. Por ejemplo, el alcohol es más volátil que el agua.

Evaporación natural (ciclo del agua)

Evaporación controlada

2. PRESION DE VAPOR: Al colocar un líquido en un recipiente cerrado, las partículas (moléculas) que pasan al estado de vapor (gas) no pueden escapar.

En su movimiento al azar muchas de ellas chocan con la superficie del líquido y son recapturadas por éste. Eventualmente se establece un equilibrio entre la velocidad de evaporación y la velocidad de condensación. Este equilibrio dinámico es una igualdad de velocidades de dos tendencias opuestas que ocurren a nivel submicroscópico y que se mantienen constantemente en movimiento.

La presión ejercida por las partículas (moléculas) del vapor se denomina “presión de vapor de equilibrio”. La presión de vapor es característica del líquido y aumenta con la temperatura.

Modelo esquemático que representa la evaporación y condensación de las partículas de un líquido.

3. VISCOSIDAD : Algunos líquidos fluyen con mucha dificultad mientras que otros lo hacen muy fácilmente. La resistencia de los líquidos a fluir se denomina “viscosidad”. Mientras mayor es la viscosidad más lentamente fluye un líquido

4. TENSION SUPERFICIAL : Los líquidos tienen tendencia a tener un área de superficie mínima. Esta área se alcanza cuando el líquido tiene forma esférica. Por ejemplo, cuando es agua es colocada sobre una superficie cerosa forma esferas distorsionadas. El estado de mínima energía es el estado con menor área de superficie; para alimentar el área de superficie debe suministrarse energía. La energía requerida para aumentar el área de superficie de un líquido se conoce como “tensión superficial”.

Esquema que muestra cómo las partículas de la superficie son atraídas por las partículas de los lados y de abajo, mientras las restantes son además atraídas por las de arriba

2.3. CAMBIOS DE ESTADO DE LA MATERIA

Fusión Evaporación / EbulliciónSOLIDO ---------------------------------- LIQUIDO ---------------------------------- GAS Congelación Condensación

Sublimación

(*) Trabajo bibliográfico:

Encontrar una definición para los siguientes conceptos:

- Punto de fusión- Punto de ebullición- Punto de condensación- Punto de congelación

Cambios del estado de la materia

2.4. PROPIEDADES DE LA MATERIA

La materia presenta básicamente dos tipos de propiedades:

- Propiedades Físicas - Propiedades Químicas

a) Propiedades Físicas : No cambian la composición material

- Propiedades Extensivas : Dependen del tamaño del cuerpo

Masa - Peso - Volumen

- Propiedades Intensivas : Son propiedades específicas. Son independientes del tamaño o forma. del cuerpo

Color – Olor – Sabor – Dureza – Punto de Fusión - Solubilidad

b) Propiedades Químicas

- Propiedades propias de cada sustancia- Se manifiestan cuando sufren transformaciones- Se utilizan para identificar sustancias (análisis químico)

2.5. PROCESOS FISICOS Y PROCESOS QUÍMICOS

- Proceso Físico : Se producen variaciones en algunas de sus propiedades

H2O(s) ---------------------- H2O(l) ------------------H2O(g)

- Proceso Químico: Se producen cambios en su composición

AgNO3 (ac) + NaCl (ac) ------------- AgCl (s) + NaNO3 (ac)

COMPUESTO + Calor ------------ Producto 1 + Producto 2 ...........

2.6 CONCEPTOS IMPORTANTES

a) MASA : Cantidad de materia contenida en un cuerpo Unidad: mgr. - gramo – Kgr

b) PESO : Es la medida de atracción gravitacional hacia un cuerpo ( En la superficie de la tierra , el PESO es proporcional a la masa)

c) VOLUMEN : Es el espacio ocupado por un cuerpo

- Líquidos : litro - ml - m3 ( 1m3 = 1000 litros )- Sólidos : m3 ( largo – ancho – alto )- Gases : litro – m3

(*) La Temperatura y la Presión pueden influir en el volumen de un gas o de un líquido

d) DENSIDAD : Es la relación entre masa y volumen de un cuerpo

d = m/v

gr/m3 - gr/L - gr/ml - Kgr/m3 - Kgr/ L

2.7.- PRECISION Y EXACTITUD

La observación diaria nos indica que en la obtención experimental de varias medidas de una cantidad dada influyen tanto la experiencia ( pericia) de los operadores como la calidad de los instrumentos de medida. Así distintos operadores utilizando el mismo instrumento, o el mismo operador con distintos instrumentos, obtienen en general resultados diferentes. Es por tanto de interés definir los conceptos de exactitud y precisión relacionados con estas variables.

La exactitud de una serie de medidas indica la aproximación de la media ( el valor medio) de la serie al valor verdadero de la cantidad que se mide.

La precisión de una serie de medidas indica la variabilidad entre los resultados de dicha serie; así comparando varias series de la misma cantidad es más precisa aquella cuyos valores se apartan menos de los valores medios.