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Capítulo 1:

¿QUÉ ESTUDIA LA QUÍMICA?

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¿Qué conceptos trabajaremos?

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La siguiente imagen muestra el ciclo hidrológico o también llamado ciclo del agua

Para focalizar y explorar Observa la imagen anterior del ciclo del agua y responde las siguientes preguntas:

¿En qué lugares puedes encontrar agua?

¿Cómo explicas la presencia de agua en los lugares antes descritos?

¿El agua que encuentras en los lagos es la misma presente en las nubes? Explica

¿Qué ocurriría si el agua del lago fuera retirada en su totalidad?

Actividad

indagatoria

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Para comparar y explicar En la imagen encontramos una propuesta de chilenos para obtener agua de uso doméstico a partir

del aire atmosférico

La máquina propuesta permite algunas transformaciones del agua ¿Qué cambios son los que

experimenta el agua?

¿Qué características tiene el agua obtenida desde este proceso?

¿El agua obtenida es apta para el consumo humano?

En Chile hay ciudades con déficit hídrico. Dibuja una propuesta que dé una solución a estas

comunidades y describe los pasos que permiten que esta agua pueda ser consumida por sus

integrantes.

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1.1 QUÍMICA

Según el significado etimológico de la palabra QUÍMICA, deriva del egipcio Kimi (negro) o kimiyá piedra filosofal. Lo que está claro es que el primer químico fue el hombre primitivo, quien usó el fuego para transformar la materia. Química, es la ciencia que estudia la composición, las propiedades y las transformaciones que experimenta la materia.

1.2 ¿QUÉ ES LA MATERIA?

Todo lo que nos rodea es materia, e incluso nosotros mismos. En muchas ocasiones la materia se puede percibir fácilmente, como ocurre al probar alimentos, observar un paisaje o amasar pan. Pero la materia no siempre es perceptible por nuestros sentidos, como es el caso del aire o los microorganismos que nos rodean y que también están conformados por materia.

En principio, podemos decir que la definición más simple para materia la define como “todo aquello que posee masa y ocupa un espacio”. Sin embargo, el concepto de materia puede ser más sofisticado para incorporar ámbitos de acción más específicos. Es así como podríamos incorporar las siguientes definiciones de materia, las cuales vienen a complementar a la definición ya señalada:

“En física, se llama materia a cualquier tipo de entidad que es parte del universo observable, tiene energía asociada, es capaz de interaccionar, es decir, es medible y tiene una localización espacio-temporal compatible con las leyes de la naturaleza.

Clásicamente se considera que la materia tiene tres propiedades que juntas la caracterizan: ocupa un lugar en el espacio, tiene masa y perdura en el tiempo.

En el contexto de la física moderna se entiende por materia cualquier campo, entidad, o discontinuidad traducible a fenómeno perceptible que se propaga a través del espacio-tiempo a una velocidad igual o inferior a la de la luz y a la que se pueda asociar energía. Así todas las formas de materia tienen asociadas una cierta energía, pero solo algunas formas de materia tienen masa.”

1.3 ¿CÓMO SE CLASIFICA?

Existen distintos criterios para poder clasificar la materia y sus posibles manifestaciones. Es así como podemos hablar de sustancias y mezclas, al mismo tiempo que distinguimos entre elementos y

compuestos. Más adelante deberemos abordar la diferencia entre átomos y moléculas para poder comprender totalmente en qué consiste aquello que llamamos materia.

1.3.1 Sustancias y mezclas

Una sustancia es un tipo de materia que tiene composición definida (constante) y propiedades reconocibles. El hecho de que una sustancia tenga composición definida significa que siempre tendrá esa composición, ya sea en un lugar geográfico o en otro muy distinto. Ejemplos de sustancias son el agua, el dióxido de carbono y la sal común.

LA MATERIA ES TODO

AQUELLO QUE POSEE

MASA Y OCUPA UN

ESPACIO

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Una mezcla es una combinación de dos o más sustancias, en la que éstas conservan sus propiedades distintivas. Algunos ejemplos son la leche, el vinagre, el aire y las bebidas gaseosas. Las mezclas no poseen composición constante, lo cual quiere decir que, por ejemplo, no todas las bebidas gaseosas tendrán exactamente la misma proporción de sus componentes, e incluso puede haber variaciones de composición en las botellas de un mismo fabricante.

Las mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas. Una mezcla homogénea se caracteriza por ser uniforme, es decir, presenta una única fase; ejemplo de mezcla homogénea es la disolución formada por agua y sal común. Cuando la mezcla no es uniforme y en ella se pueden apreciar dos o más fases, se le denomina mezcla heterogénea, siendo un ejemplo la mezcla entre agua y aceite.

Las mezclas se pueden formar y volver a separar en sus constituyentes mediante diversos métodos físicos. De acuerdo al tipo de mezcla que se requiera separar, se elegirá el método más adecuado para obtener sus constituyentes. Por ejemplo, si lo que se requiere es obtener sal a partir de agua de mar, un primer paso puede ser la aplicación de un proceso de evaporación en que el agua se transforma en gas y por tanto se obtiene sal en estado sólido. Si de la misma agua de mar, lo que se pretende es obtener agua, lo más adecuado podría ser la aplicación de un proceso de destilación

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1.3.2 ¿En qué consiste la destilación? La destilación es un método físico para separar mezclas homogéneas entre dos o más líquidos solubles entre sí o entre líquido y sólido soluble en él

Equipo de destilación simple

Consiste en una vaporización y condensación sucesivas, aprovechando los diferentes puntos de ebullición de cada uno de los líquidos; también se emplea para purificar un líquido eliminando sus impurezas. En la industria, la destilación se efectúa por medio de alambiques, que constan de una caldera, el refrigerante en forma de serpentín y el recolector; mediante este procedimiento se obtiene el agua destilada o bidestilada, usada en las ampollas que se usan para preparar las suspensiones de los antibióticos, así como el agua destilada para las planchas de vapor; también de esta manera se obtiene la purificación del alcohol y la destilación fraccionada del petróleo.

Otros métodos físicos de separación de mezclas son: tamizado, decantación, filtración, magnetismo, centrifugación, cromatografía.

https://www.youtube.com/watch?v=pJ2jm2J41bw

https://www.youtube.com/watch?v=3k6ctzVkIkk

https://www.youtube.com/watch?v=t_kYP4bwg1I

Para saber

más

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1.3.3 Elementos y compuestos

Definimos elemento como aquella “sustancia que no es posible separar en sustancias más simples por medios físicos ni químicos”.

Los elementos son los que aparecen clasificados en la Tabla Periódica y se simbolizan por medio de una o dos letras.

Lo habitual es que en la naturaleza no sea posible encontrar elementos en su estado puro, ya que la mayoría de ellos presentan átomos que interactúan con otros átomos para formar compuestos. Es así como el dióxido de carbono es un compuesto que está formado por átomos de los elementos carbono y oxígeno, el cual tiene propiedades

muy distintas de aquellas que poseen sus elementos constituyentes.

Compuesto, entonces, corresponde a una “sustancia formada por átomos de dos o más elementos unidos químicamente en proporciones definidas”. A diferencia de las mezclas, los compuestos Solo pueden ser divididos en sus componentes por medio de procesos químicos.

1.3.4 PROPIEDADES DE LA MATERIA

Todas las sustancias pueden ser caracterizadas por medio de sus propiedades y por su composición. Dentro de las propiedades, podemos distinguir:

A. Propiedades físicas: son aquellas que se pueden medir sin cambiar la composición e identidad de la materia. Entre ellas están: densidad, punto de ebullición, punto de fusión, conductividad eléctrica, masa, volumen, longitud, etc.

B. Propiedades químicas: son aquellas que describen la forma en que una sustancia puede cambiar o reaccionar para formar otra sustancia. Ejemplos son: reactividad, inflamabilidad, grado de acidez de una sustancia, entre otras.

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Esquema sobre la materia.

En el esquema se resumen las distintas maneras de encontrar la materia en nuestro medio. Podemos decir que las mezclas son las que presentan partículas más desordenadas y los compuestos y elementos son los más ordenados.

1.4 LOS ESTADOS DE LA MATERIA

Todas las sustancias pueden existir en alguno de los tres estados: sólido, líquido y gaseoso. Uno de los enfoques que nos permite diferenciar estos tres estados, es el grado de separación que presentan las partículas que forman una sustancia. En un sólido, las partículas constituyentes se encuentran unidas de manera organizada, con poca libertad de movimiento (poca energía cinética). Las partículas en un líquido están unidas con menor organización que en un sólido y se pueden mover libremente entre ellas. En un gas, las partículas están muy poco ordenadas y están separadas por

distancias grandes en comparación con el tamaño de las partículas.

Los tres estados de la materia pueden ser transformables unos en otros sin que cambie la composición de la sustancia.

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Organización de partículas en cada estado.

Además de estos tres estados, se reconoce actualmente la existencia de un “cuarto estado de la materia” denominado plasma. Éste consiste en un gas cuyos átomos se han ionizado, es decir, han perdido electrones, quedando con carga positiva. El plasma lo encontramos en las estrellas (por ejemplo, el Sol), ya que gran parte de los átomos de gases que ahí existen están permanentemente ionizados. Otros ejemplos de plasma los encontramos en: los televisores con pantalla de plasma, el interior de las ampolletas de ahorro de energía, la materia expulsada en la propulsión de cohetes y los rayos durante una tormenta. El condensado de Bosé Einstein, es el quinto estado de la materia

y se da en ciertos materiales cuando llegan a temperaturas del cero absoluto (-2073,15 °C)

Actividad de

estudio

Elabora un cuadro comparativo que muestre

organización de partículas, estado de agregación

de las mismas y ejemplo para cada uno de los

estados de la materia.

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1.4.1 ¿Qué son los cambios de estado? Si un cuerpo material, como por ejemplo el agua, por acción del calor o del frío pasa de un estado a otro, decimos que experimenta un cambio de estado. Así el agua líquida se evapora si la calentamos o se congela cuando la enfriamos.

También la presión influye en el estado en que se encuentra la materia.

A continuación, se ilustran algunos de los cambios de estado:

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1.5 ¿QUÉ CAMBIOS EXPERIMENTA LA MATERIA?

En la naturaleza y en nuestra vida cotidiana vemos que permanentemente se están produciendo cambios de todo tipo en aquello que hemos definido como materia. Algunos de estos cambios pueden ser de tipo físico y otros de tipo químico.

1.5.1 Cambio Físico

Un ejemplo de cambio físico es lo que ocurre con el agua que se transforma en el medio ambiente, muchas veces sin intervención del hombre, desde estado líquido a gaseoso (nubes) o a sólido (glaciares).

Se denomina cambio físico al proceso en el que no se modifica la naturaleza de las sustancias ni se forman otras nuevas. Es un cambio de tipo superficial en que las moléculas se aproximan o alejan unas de otras, pero no cambia su estructura básica.

1.5.2 Cambio Químico

La imagen y la ecuación de la reacción, muestran la oxidación de hierro presente en la manzana.

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Neutralización

HCl + NaOH NaCl + H2O

En una reacción de neutralización, se experimenta un cambio de pH, el que se mide con papel pH, peachímetro o indicador de pH

Cuando ocurre un cambio químico se produce un cambio en la naturaleza íntima de la materia, lo que implica necesariamente la formación de una o más sustancias distintas a las que había en un principio. El cambio químico implica la alteración de la estructura de las moléculas, ya que se rompen enlaces y los átomos se reagrupan por medio de la formación de otros enlaces.

La combustión es un ejemplo de cambio químico ya que a partir de un combustible (por ejemplo, metano) se obtienen otras sustancias como agua y dióxido de carbono.

En muchas ocasiones la ocurrencia de un cambio químico puede ser percibida por la aparición de algún precipitado, cambios de coloración, emisión de luz, variaciones de temperatura, entre otros fenómenos.

1.6 UNIDADES DE MEDIDA

Muchas propiedades de la materia son cuantitativas, es decir, están asociadas a valores numéricos y para medir esas propiedades se emplean unidades llamadas “unidades SI” (Unidades del Sistema Internacional). El sistema SI posee siete unidades básicas de las cuales se derivan todas las demás.

Unidades Básicas en el Sistema Internacional

El Sistema Internacional utiliza una serie de prefijos para indicar fracciones decimales o múltiplos de diversas unidades.

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El angstrom (Å) es una unidad de longitud que no pertenece al sistema internacional, pero es muy útil cuando se trabaja con dimensiones moleculares; equivale a 1 x 10–10 m.

Ejemplo de conversión

Ejemplo de conversión de unidades:

¿Cuántos kilogramos (Kg) son 750 gramos?

1 Kilogramo 1000 g

x Kg 750 g

x = 750 g x 1 Kg = 0,75 Kg

1000 g

1.6.1 ¿Cuáles son las unidades más comunes en química?

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Balanza granataria

https://www.youtube.com/watch?v=e15fEWAs5yc

https://phet.colorado.edu/sims/html/states-of-matter-

basics/latest/states-of-matter-basics_en.html

Para saber

más

1.6.2 Instrumentos de medición en química

Materiales volumétricos:

Materiales contenedores

Materiales para medir masa

Vaso de precipitado

Piseta

Matraz erlenmeyer Balón

Balanza analítica

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¿El agua de los ríos se pierde al llegar al mar?

Muchas personas piensan que la respuesta a esta pregunta es que el agua se pierde al llevar al mar. De acuerdo a lo estudiado en el capítulo, el agua experimenta un ciclo, el ciclo hidríco.

Teniendo en cuenta que este recurso es necesario para el funcionamiento de todas las actividades humanas y para responder esta pregunta. La figura a continuación muestra el porcentaje de agua requerida en Chile para diversas actividades.

Actividad de

Cierre

Capítulo

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Construye una gráfica que muestre el consumo de agua diario de tu casa.

Podrías decir que el agua consumida en los hogares, es un agua que se perdió. Argumenta tu respuesta y registrala en el recuadro siguiente.

DESAFÍO

Si consideramos que “En Chile, una persona gasta en promedio 120 litros de agua a diario, al

mes, cerca de 4.000 litros” (Alex Godoy) director del Centro de Investigación en Sustentabilidad de la UDD. Dado

que estamos frente a una inminente sequía. Realiza una propuesta que te permita reducir en un 50%

este consumo, sin afectar tu calidad de vida.

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EJERCICIOS 01 – LA MATERIA

1. De las siguientes opciones, aquella que se clasifica como sustancia es:

A) agua potable B) aire C) ácido clorhídrico D) vinagre E) bencina

2. ¿Cuál de las siguientes alternativas corresponde a una propiedad química de los alimentos?

A) Textura B) Humedad C) Conductividad térmica D) Acidez E) Densidad

F)

3. Después de analizar 4 muestras de distintas sustancias, se crea la siguiente tabla que resume la densidad y masa de cada muestra:

Muestra Densidad (g/mL) Masa (g)

A 0,5 60

B 1,0 60

C 0,2 50

D 2,0 100

De acuerdo a esta información, es correcto afirmar que

A) La muestra D es la que presenta mayor volumen. B) Las muestras A y B tienen el mismo volumen. C) La muestra C posee menor volumen que la muestra A. D) La muestra D presenta el doble de volumen que la muestra C. E) La muestra B posee mayor volumen que la muestra D

4. ¿Cuáles de los siguientes procesos ocurren en una destilación?

A) Vaporización y condensación. B) Fusión y congelación. C) Sublimación y vaporización. D) Condensación y sublimación. E) Condensación y fusión.

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5. En el punto de ebullición de una sustancia se produce la transformación masiva de un líquido en gas, y se define como aquella temperatura a la cual la presión de vapor de un líquido se iguala a la presión atmosférica de su entorno. En el siguiente gráfico se muestra la presión de vapor de tres sustancias X, Y, Z, a distintas temperaturas:

En relación con este gráfico, y sabiendo que las tres sustancias se encuentran en un entorno que presenta una presión de 1 atmósfera (760 mm Hg), ¿cuál(es) de las siguientes afirmaciones es (son) correcta(s)?

I) la sustancia X presenta el mismo punto de ebullición que la sustancia Y. II) a la temperatura T2 la sustancia X es la única de las tres sustancias que se encuentra

en estado gaseoso. III) a la temperatura T1 ninguna de las tres sustancias se encuentra en estado gaseoso.

A) Solo I B) Solo III C) Solo I y II D) Solo II y III E) I, II y III

6. ¿Cuál es el orden correcto de los diferentes estados de la materia, ordenados de acuerdo al incremento de su energía cinética interna?

A) gas – sólido – plasma – líquido

B) líquido – gas– plasma – sólido

C) plasma – gas – líquido– sólido

D) plasma– sólido – líquido – gas

E) sólido – líquido – gas – plasma

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7. El etanol y la acetona, a temperatura ambiente forman una mezcla homogénea ya que ambas son sustancias polares. En la siguiente tabla se indican los puntos de fusión y ebullición de cada uno de ellos:

Sustancia Punto de Fusión

(ºC)

Punto de Ebullición

(ºC)

Etanol –114 78

Acetona –94 56

¿Cuál de los gráficos representa la separación de una mezcla de 20 mL de etanol y 50 mL

de acetona, por medio de una destilación?

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8. Los compuestos 1, 2 y 3 presentan los siguientes puntos de fusión y ebullición:

Compuesto Punto de Fusión Punto de Ebullición

1 – 20ºC – 11ºC

2 122ºC 210ºC

3 – 3ºC 68ºC

¿Cuál es el estado físico de cada uno de estos compuestos a una temperatura de 298

grados Kelvin (K)?

1 2 3

A) Gas Gas Gas

B) Gas Sólido Líquido

C) Líquido Líquido Sólido

D) Líquido Gas Sólido

E) Sólido Gas Líquido

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9. Cuando ocurre un cambio de estado de una sustancia intervienen dos variables, la temperatura y la presión, y dependiendo del valor de ellas es el estado físico de una sustancia. Por ejemplo, si observamos el gráfico adjunto se puede determinar que a 60 °C y 0,1 atm el agua se encuentra en estado líquido.

En base al gráfico, ¿en qué estado de la materia se encontrará el agua cuando la

temperatura es de 110 °C y la presión de 100 atm.?

A) Sólido

B) Líquido

C) Gas

D) Entre gas y sólido

E) Entre líquido y gas

10. La materia que nos rodea se puede clasificar como elemento, compuesto, mezcla homogénea o mezcla heterogénea. Indique cuál de las siguientes alternativas presenta una relación incorrecta entre ejemplo de materia y clasificación de ella.

A) Agua salada – mezcla homogénea. B) Cloruro de sodio – compuesto. C) Bebida gaseosa – mezcla heterogénea D) Aire – mezcla homogénea E) Helio gaseoso – elemento