QUMICA

UNIDAD I. INTRODUCCIN A LA QUMICA GENERAL

LA QUMICA A TRAVS DE LA HISTORIA

LAS PRIMERAS CIVILIZACIONES

5000 aos a. C: ya existi el dominio de las tcnicas de extraccin de metales 4000 aos a. C: Se empez a trabajar el bronce (primeras aleaciones) 1200 aos a. C: Descubren la forma de trabajar el hierro (Fundicin y forjado) En la era egipcia se fabricaron : EL VIDRIO-PERFUMES ESMALTES

BETUNES

TEIDO (en lana, algodn y lino)

En el siglo IV a. C. en Grecia aparece la primera teora qumica , denominada

TEORA DE LOS CUATRO ELEMENTOS

Demcrito y Leucipo (Griegos) afirmaron que la materia estaba compuesta por unas partculas mnimas indivisibles que las llamaron TOMOS.

En el ao 105 d. de C. los chinos inventan el papel Entre los el siglo VII y IX los chinos inventan la plvora negra 4000 aos a. de C. los chinos descubren y perfeccionan la cermica

(porcelana)

LA ALQUIMIA BSQUEDA DE LA PIEDRA FILOSOFAL :

Destacan : Avicena-Bacon-Valentini-Rhazes

Elxir de la vida (asegura la inmortalidad)

Conversin (intento) de no metales en oro

Siglo XVII , Ernest Stahl (alemn) desarrolla la TEORA DEL FLOGISTO, que tiene relacin con los principios de inflamabilidad de ciertas sustancias.

LA QUMICA MODERNA En el siglo XVIII, Lavoisier establece el Principio de la materia (no se crea ni

se destruye, sino que se transforma). Es el padre de la Qumica Moderna.

Siglo XIX, Dalton (Propuso la 1 teora atmica) .

Berthollet (Estudio de las reacciones).

Mendeleiev (Tabla Peridica).

Siglo XX, Marie Curie (La radiactividad).

Bhr y Rutherford (Moderna teora del tomo)

INTRODUCCIN AL ESTUDIO DE LA QUMICA

CIENCIAS NATURALES

Ciencias geolgicas

Ciencias biolgicas

Ciencias experimentales

Geologa Mineraloga Biologa Anatoma Gentica

QUMICA

General Especial

Bioqumica

Qumica Fsica

Geoqumica Mineraloga Petroqumica Analtica Orgnica Inorgnica

Aplicada

La Qumica estudia:

Transformacin de la materia

Alteraciones definitivas

Capacidad para mezclarse con otras

sustancias

QU ES LA QUMICA?

La Qumica es una ciencia que estudia la estructura de la materia, las transformaciones o reacciones que experimenta, las propiedades de las sustancias y la energa asociada a dichos cambios.

QUMICA GENERAL

RAMAS DE LA QUMICA Qumica Orgnica: involucra el estudio de los compuestos del

Carbono

Qumica Inorgnica: involucra el estudio de todos los dems elementos y sus compuestos

Fsico-Qumica: involucra el estudio de los principios de la qumica Bioqumica: estudia los compuestos qumicos, las reacciones y otros procesos en los sistemas vivos

Qumica Analtica: estudia las tcnicas para la identificacin de las sustancias y la medicin de sus cantidades

Qumica Terica: estudia la estructura molecular y las propiedades en trminos de modelos matemticos

Ingeniera Qumica: estudio y diseo de los procesos qumicos industriales, incluyendo la fabricacin de plantas manufactureras y su operacin

Qumica Medicinal: es la aplicacin de los principios qumicos al desarrollo farmacutico

Qumica Biolgica: es la aplicacin de los principios qumicos a las estructuras y procesos biolgicos

Biologa Molecular: estudia las bases qumicas y fsicas de la funcin y diversidad biolgicas, especialmente en relacin con los genes y protenas

Ciencia de los Materiales: estudia la estructura qumica y la composicin de los materiales

QUMICA GENERAL: es la que incluye los conceptos bsicos de la Qumica, que constituye nuestro campo de estudio.

RAMAS DE LA QUMICA

La qumica es una ciencia central

Sirve de apoyo a otras ciencias como la fsica, la biologa, la geologa, la petroqumica, etc. Adems permite satisfacer las necesidades humanas en diferentes reas o campos de la actividad humana.

Relacin con otras ciencias

Sirve de apoyo a otras ciencias como la fsica, la biologa, la geologa, la petroqumica, etc.

LA QUMICA: SU IMPORTANCIA EN LA VIDA COTIDIANA

La qumica la qumica est presente en nuestro entorno diario , proporcionndonos beneficios invaluables

la falta de control y tica en su uso tambin puede causarnos problemas

A la pregunta qumica para qu?

En medio ambiente: Ayuda en el tratamiento y control de sustancias contaminantes que afectan a nuestro ecosistema

En medicina

En nutricin: determina las sustancias vitales que requiere el organismo (minerales, vitaminas, protenas, etc.)

LA QUMICA Y SU INFLUENCIA EN EL SER HUMANO

DESARROLLO DE LA QUMICA INDUSTRIAL

MATERIALES LIVIANOS Y RESISTENTES (RECICLAJE) POLMEROS Y CONSERVACIN DE LOS ALIMENTOS DERIVADOS DEL PETROLEO MATERIALES PARA LA CONSTRUCCIN LA QUMICA Y LA ENERGA LA QUMICA - LA SALUD HUMANAY EL MEDIO

AMBIENTE

LA QUMICA Y LA S COMUNICACIONES LA QUMICA Y LA AGRO INDUSTRIA LA QUMICA Y LOS TEXTILES LA QUMICA DEL CEMENTO Y LA CERMICA LA QUMICA DE LAS PINTURAS Y PIGMENTOS LA QUMICA DE LOS EXPLOSIVOS

MTODO CIENTFICO El mtodo cientfico es el proceso que los investigadores utilizan en el

estudio de los hechos naturales, ya sea en la propia naturaleza o en un laboratorio

PASOS DEL MTODO

CIENTFICO

Estos pasos se siguen en un orden lgico y que a travs de la experiencia van demostrando su validez para alcanzar los resultados confiables.

Es importante conocer que existen diferentes posturas sobre cuales con los pasos del mtodo cientfico y el orden que debe seguirse.

1. Identificacin de problemas y formulacin de preguntas de carcter cientfico

Los cientficos o investigadores, parten de la observacin, ya que con esto identifican los problemas y por lo consiguiente se empieza la formulacin de preguntas sobre la problemtica que estn observando, estas dos actividades son primordiales para el avance de las ciencias.

Los cientficos contemplan la problemtica tratando de encontrar los mecanismos que explican el comportamiento de dicha problemtica o fenmeno que se est estudiando.

Es necesario identificar o detectar los factores que influyen o parezcan influir en el desarrollo del problema o fenmeno.

1. Identificacin de problemas y formulacin de preguntas de carcter cientfico

2. Planteamiento de la hiptesis

Toda suposicin tienen un cierto margen de error, podemos decir que cuando se plantea una hiptesis, no se tiene la certeza de comprobar que sea cierto el resultado.

Tenemos que considerar que una buena hiptesis debe ser verificable, en otras palabras, que se pueda comprobar utilizando los mtodos y procedimientos que ya existan.

2. Planteamiento de la hiptesis

3. Obtencin y registro de informacin

Es necesario tener en cuenta que adems de lo que nos proporcionan los sentidos, se deben de utilizar instrumentos apropiados y fuentes de consulta validas, esto nos ayudara a sustentar, corregir o desechar la hiptesis que se ha planteado.

3. Obtencin y registro de informacin

4. Experimentacin

La qumica es una ciencia experimental, este es uno de los pasos fundamentales para la resolucin de un fenmeno o problema.

Al tratar de resolver el fenmeno o problema, el cientfico o investigador obtiene varios factores o variables que inciden directamente sobre el comportamiento del fenmeno o problema que se est estudiando, estas variables son alteradas de una manera controlada para poder observar y tomar nota de las consecuencias resultantes.

Tenemos que tener en cuenta que no todas las variables influyen directamente o de la misma manera.

4. Experimentacin

4. Experimentacin

5. CONTRASTACIN DE RESULTADOS

Una vez que el cientfico o el investigador hayan realizado el experimento, debe de evaluar los resultados obtenidos, y en dado caso es necesario reformular el diseo para obtener mejores resultados.

El investigador deber de evaluar en este paso:

Para poder decidir esto, es necesario efectuar un anlisis profundo y minucioso de los resultados que se han obtenido, podemos realizar:

5. CONTRASTACIN DE RESULTADOS

6. COMUNICACIN DE RESULTADOS

Si la hiptesis no se desecha, el investigador puede comunicar sus resultados a la comunidad cientfica, para que cualquiera que desee hacer uso de los resultados lo pueda hacer, y a su vez pueda replicar lo experimentado para poder aceptar o modificar las conclusiones que se han obtenido.

Este paso es esencial para que se haga valido los nuevos conocimientos y poder hacer ms grande los conocimientos de la ciencia.

En dado caso que la hiptesis sea rechazada, los investigadores debern de plantear otra y repetir el proceso del mtodo cientfico hasta llegar a esta etapa.

MTODO CIENTFICO

DIFERENCIAS ENTRE HIPTESIS, TEORA Y LEY

Hiptesis es una explicacin tentativa de ciertos hechos que da una base para la experimentacin

posterior.

Teora es una hiptesis probada firmemente por la experimentacin.

Ley es la afirmacin de la hiptesis probada ya experimentalmente a la que no se le conoce ninguna excepcin en condiciones iguales.

EL MTODO CIENTFICO EN LA QUMICA

A veces se han realizado descubrimientos por accidente, sin embargo los grandes logros se alcanzan con experimentos planeados y profundamente experimentados.

Algunas teoras enunciadas por los grandes cientficos del pasado .se han modificado debido a las nuevas evidencias experimentales y esto ha sido esencial para el crecimiento, evolucin y desarroll del conocimiento cientfico actual

MATERIA Y ENERGIA

Materia :es todo lo que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio;

Masa: es la cantidad de materia que tiene un objeto;

Volumen :es el espacio ocupado por la masa

Cuerpo: es una porcin limitada de materia

Peso: Fuerza que ejerce la gravedad sobre un objeto

El peso cambia con la gravedad pero NO la masa

Todo lo que nos rodea, incluidos nosotros mismos, est formado por un componente comn: la materia. Normalmente, para referirnos a los objetos usamos trminos como materia, masa, peso, volumen. Para clarificar los conceptos, digamos que:

MATERIA

Es todo aquello de lo que estn formados los cuerpos, que tiene masa y que se caracteriza por ocupar un lugar en el espacio

Toda materia que conocemos est constituida por partculas muy pequeas, los tomos

Madera

Vidrio

Aire

Alimentos

MATERIA Y ENERGIA

PROPIEDADES ESPECFICAS O INTENSIVAS Se distingue una de otra, no depende de la masa que posee el cuerpo.

Pueden ser fsicas o qumicas:

PROPIEDADES FSICAS:

Pueden observarse sin que existan cambios en la estructura interna de la sustancia.

Color, olor, brillo, dureza, densidad, etc.

Dureza: Duro o blando

Punto de fusin: Temperatura en la que la materia pasa de slido -> lquido

Punto de ebullicin: lquido -> gaseoso

Ductibilidad: posible estirarse

Densidad: cantidad de masa por unidad de volumen

Maleabilidad: Capacidad de metales que al martillar y laminar se da forma

Conductividad: Medida con la que una muestra transmite calor o electricidad

Solubilidad: cantidad de sustancia que puede disolverse en un solvente.

PROPIEDADES QUMICAS Relacionan los cambios de composicin de una sustancia.

Oxibilidad: Propiedad de algunos elementos de formar xidos (contacto con el oxgeno). Fierro, verduras o frutas.

Combustibilidad: Sustancias capaces de arder

Inflamabilidad: Si la sustancia es capaz de encenderse con facilidad y desprender llamas.

Reactividad: Capacidad de reaccin qumica ante otros reactivos.

PROPIEDADES DE LA MATERIA

ESTADOS DE LA MATERIA

Plasma

Los estados de la materia dependen de Factores del

ambiente como presin y temperatura.

Principales Caractersticas de los estados de la materia

SLIDOS LQUIDOS GASES

Poseen forma definida.

No poseen forma definida, por lo tanto adoptan la forma del

recipiente que los contiene.

No poseen forma definida, por lo tanto adoptan la

forma del recipiente que los contiene.

Poseen volumen fijo. Poseen volumen fijo. Poseen volumen variable.

Baja compresibilidad. Compresin limitada. Alta Compresibilidad.

PLASMA Cuarto estado de la materia Ms abundante 99% Estrellas, auroras boreales, sol, polvo interestelar. Gas ionizado que conduce corriente elctRica pero es

elctricamente neutro. Se forma a Temp. muy elevadas, materia absorbe

energa y se separa en + y -

CAMBIOS DE

ESTADO DE LA

MATERIA

Cambios Fsicos: Son aquellos cambios que no generan la creacin de nuevas sustancias, lo que significa que no existen cambios en la composicin de la materia, como se ve en la figura siguiente.

El cambio fsico se caracteriza por

la no existencia de reacciones

qumicas y de cambios en la

composicin de la materia.

Cambios qumicos: Son aquellos cambios en la materia que originan la formacin de nuevas sustancias, lo que indica que existieron reacciones qumicas.

El cambio Qumico de

la materia se

caracteriza por la

existencia de

reacciones qumicas,

de cambios en la

composicin de la

materia y la formacin

de nuevas sustancias.

CAMBIOS DE ESTADO DE LA MATERIA

Clasificacin de la materia

Clasificacin de la materia

Mezcla: se los puede separar por medios fsicos: decantacin, filtracin, destilacin, tamizado, cromatografa.

Homognea: las soluciones

Heterognea: rocas y minerales

Clasificacin de la materia

Compuesto: sustancia formada por dos o ms elementos que se han combinado en proporciones definidas. Puede descomponerse en otras especies qumicas ms sencillas, utilizando medios qumicos

Elementos Compuestos Mezcla

homognea Mezcla

heterognea

Lingotes de oro Sal de mesa

(NaCl) Agua de mar Agua y arena

Papel de aluminio

Azcar (C12H22O11)

T de manzanilla Sopa de verduras

Flor de azufre Alcohol etlico

(C2H6O) Alcohol y agua

Yogurt con frutas

Alambres de cobre

Acetona (C3H6O) Aire (nitrgeno y

oxgeno principalmente)

Mosaico de granito

Clavos de hierro

Agua (H2O) Bronce (cobre y

estao) Madera

TABLA COMPARATIVA DE

EJEMPLOS.

ENERGA

Es la capacidad de los cuerpos para producir un movimiento o trabajo

El movimiento de los constituyentes de la materia, los cambios qumicos y fsicos y la formacin de nuevas sustancias se originan gracias a cambios en la energa del sistema

Conceptualmente, la energa es la capacidad para realizar un trabajo o transferir calor.

En el sistema internacional la energa se mide en joules (j)

La energa se presenta como energa calrica, energa mecnica, energa qumica, energa elctrica y energa radiante; estos tipos de energa pueden ser adems potencial o cintica. La energa potencial es la energa almacenada en el interior de un cuerpo cuando se encuentra en reposo

Ep = mgh La energa cintica es la energa en movimiento.

Ec = m.v2

La energa cintica o de movimiento del agua se transforma, cuando mueve las turbinas para que el generador lo convierta en electricidad. La energa elctrica se puede transformar en calrica o luminosa

TIPOS ENERGA

Energa Mecnica: El movimiento de las hlices del molino de viento es

transferido a un sistema mecnico de piones, para producir energa elctrica o lograr la ascensin de agua de un pozo

subterrneo

Energa Calrica o radiante: El calor o la luz emitida desde el sol es aprovechada

por las plantas para producir energa qumica en forma de carbohidratos.

Energa Elctrica: El movimiento de electrones libres, produce la energa elctrica, usada para hacer funcionar

electrodomsticos, trenes, y artefactos industriales.

Energa Qumica: La combustin de hidrocarburos como el petrleo, liberan

gran cantidad de energa.

MANIFESTACIONES DE LA ENERGA

LA ENERGA Y SUS FORMAS

Energa nuclear: Es la que se genera en los procesos de fisin nuclear (ruptura del ncleo atmico) o de fusin nuclear (unin de dos o ms ncleos atmicos).

Energa mecnica: Es la que poseen los cuerpos por el hecho de moverse a una determinada velocidad (cintica) o de encontrarse desplazados de su posicin (potencial).

Energa trmica: Esta energa se debe al movimiento de los tomos o molculas que componen un cuerpo. La temperatura es la medida de esta energa.

Energa elctrica: Es la que produce por ejemplo una pila o una batera de un coche.

Energa electromagntica: Es la que transportan las llamadas ondas electromagnticas, como la luz, las ondas de radio, y TV, las microondas, etc.

Energa qumica: Es la energa que se desprende o absorbe de las reacciones qumicas, como, por ejemplo, en una reaccin de combustin.

TRANSFORMACIN DE LA ENERGA

En todas las transformaciones de energa se cumple el principio de conservacin de la energa: La energa puede transformarse de unas formas en otras o transfiere de unos cuerpos a otros, pero, en conjunto, permanece constante.

Energa calrica

Es la energa que se intercambia entre dos sustancias cuando existe diferencias de temperatura entre ambas.

Medicin La cantidad de energa cedida o ganada por una sustancia se mide en caloras o joules.

Calora

Una calora (cal) es igual a la cantidad de calor necesario para elevar de 14,5 C a 15,5 C 1 gramo de agua.

Como factor de conversin diremos que una calora equivale a 4,184 joules.

FORMAS DE MEDICIN DE LA ENERGA

CALORA EN QUMICA

Es una herramienta de medicin de la energa calrica

CALORA EN NUTRICIN

Se utilizan las caloras para determinar el valor energtico de los alimentos y la

energa necesaria en una persona para realiza ciertas actividades.

La calora contenida en los alimentos (Cal) o gran calora, equivale a 1.000 caloras o 1

Kilocalora (Kcal).

2 cubos de azcar ( 10 g), contienen 37,5 Cal nutricionales, lo que equivale a 37,5 Kcal, 37.500 cal qumicas y 156.900 j.

DIFERENCIAS ENTRE CALORAS

CALORA.- Es la unidad estndar de la energa calrica (energa transferida de una sustancia a otra cuando hay una diferencia de temperatura entre ellas). JOULE.- Es la unidad estndar para la medicin de la energa calrica en el Sistema Internacional de unidades.

CALOR ESPECIFICO Has sentido que unas sustancias se calientan con mayor rapidez que otras?

Desde el punto de

vista qumico, es

la cantidad de

caloras

requeridas para

elevar en un

grado centgrado

la temperatura de

un gramo de una

sustancia, o es el

nmero de Joules

requeridos para

elevar en un grado

kelvin la

temperatura de un

kg de una

sustancia.

El calor especfico es la cantidad de calor

necesario para elevar la temperatura de una sustancia determinada

LEY DE LA CONSERVACIN DE MASA-ENERGA

En el momento de ocurrir un cambio fsico o qumico (reaccin qumica) en una sustancia

existe perdida de masa y/o energa?

Antoine Laurent Lavoiser (743-1749) y James Prescott Joule (1818-1889), dedicaron parte de su trabajo cientfico en la solucin de este problema, llegando a la conclusin de que en las reacciones qumicas y en los cambios fsicos las masas de las sustancias participantes no se crean ni destruyen, solo se transforman.

La suma de los reactivos es igual a la suma de los productos. La masa de los reactivos no se destruy, estos se combinaron y se transformaron en una nueva sustancia.

EXCEPCIN DE LA LEY

ESTA LEY NO SE CUMPLE EN LAS REACCIONES DE FISIN Y FUSIN NUCLEAR EN DONDE HAY TRANSFORMACIN DE LA MATERIA EN ENERGA, EN DONDE

CABE LA ECUACIN DE ALBERT EINSTEN.

Esta ecuacin establece que la cantidad de energa que se libera, cuando la materia se transforma en energa, es el producto entre la masa que se transforma y el cuadrado de la velocidad de la luz.

SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES

El Sistema Internacional de Unidades (abreviado SI), tambin denominado Sistema Internacional de Medidas, es el nombre que recibe el sistema de unidades que se usa en casi todos los pases. Unidades fundamentales: Son aquellas que no se definen en funcin de otras

magnitudes fsicas, y son: Longitud, masa, tiempo, temperatura, intensidad de corriente elctrica, intensidad luminosa, y cantidad de sustancia.

Unidades derivadas: son que aquellas que resultan de multiplicar o dividir entre s las magnitudes fundamentales, por ejemplo: velocidad, aceleracin, fuerza, etc.

3 pies= 1 yarda 1 metro=3.31 ft

1 pie= 0.3048 m 1 metro= 39.71 pulg

1 pulgada= 2.54 cm 1 kilmetro= 0.621 millas

1 milla= 1, 609.3 m 1 metro= 1.094 yardas

1 yarda= 0.9144 m 1760 yardas= 1 milla

12 pulgadas= 1 ft 1 kilogramo= 2.20 libras

1 libra= 0.4536 kg 1 gramo= 0.035 onzas

1 onza= 28.35 g 1 dm3= 0.264 galones

1 galn= 3.785 dm3 1000 litros= 1 m3

1 litro= 1 dm3 1 da= 86,400 s

1 Angstrom= 10-10 m 1 ao luz= 9.46 x 1015 m

1 hora= 3600 s 1 atmsfera= 760 mm Hg

1 minuto= 60 s 760 Torr= 1 kg/cm2

CONVERSIN DE UNIDADES

CONVERSIN DE UNIDADES

ESCALAS DE TEMPERATURA

Escala Fahrenheit

La escala Fahrenheit, llamada as en honor al fsico Daniel Gabriel Fahrenheit,

Fue utilizada en la mayora de los pases de habla Inglesa, hasta la dcada de 1970

La mayora de los pases cambiaron a la escala Celsius.

El punto de ebullicin del agua de 212 F y un punto de congelacin del agua de 32 F. El cero absoluto tiene un valor de -459,67 F. El nico punto en la escala de temperatura Fahrenheit y Celsius en la que se igualan entre s es en el -40 F y, por lo tanto, es tambin -40 C.

Escala Celsius

La escala Celsius o centgrados, recibi su nombre en honor al astrnomo Andrew Celsius.

Esta escala fue la norma en la ciencia, incluso antes de su prominencia despus de 1970.

Se basa en un punto de congelacin del agua de 0 C y un punto de ebullicin del agua de 100 C.

El valor Celsius para el cero absoluto es -273,15 C.

Escala Kelvin

La escala Kelvin fue nombrada en honor al fsico William Thomson, barn Kelvin.

La escala tiene grados equivalentes en tamao a la escala Celsius, pero la escala Kelvin tiene un cero absoluto de 0 en comparacin con los -273,15 C.

La unidad de medida estndar de temperatura termodinmica, Kelvin, generalmente se escribe sin un smbolo de grado entre los nmeros y la K.

El agua hierve a 373,15 K y se congela a 273,15 K.

Escala Rankine

Rankine es una escala termodinmica, es decir, el cero absoluto es igual a cero.

Los grados de Rankine, sin embargo, son iguales en tamao a los de la escala Fahrenheit.

Se utiliza principalmente en la ingeniera; la escala fue nombrada en honor al ingeniero y fsico William John Macquorn Rankine.

La escala por lo general se indica con un smbolo de grados y la letra "R" despus del valor numrico.

La escala tiene un punto de ebullicin del agua de 671,67 R y un punto de congelacin del agua de 491,67 R.

CONVERSIN DE TEMPERATURA