MÓDULO 9

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CONTENIDO

CAPÍTULO 1

1. PROPIEDADES DE LA MATERIA (PARTE I)1.1 QUÍMICA1.2 MATERIA Y ENERGÍA1.2.1 Propiedades generales o extrínsecas de la materia1.2.1.1 Masa y peso1.2.1.2 Volumen1.2.1.3 Inercia1.2.1.4 Impenetrabilidad1.2.1.5 Forma1.2.2 Propiedades físicas y químicas1.2.2.1 Propiedades químicas1.2.2.2 Propiedades físicas1.3 ESTADOS. SÓLIDO, LÍQUIDO Y GAS1.3.1 Sólidos1.3.1.1 Teoría cinética de los sólidos1.3.1.2 Propiedades de los sólidos1.3.1.3 Clases de sólidos1.3.2 Líquidos1.3.2.1 Teoría cinética de los líquidos1.3.2.2 Propiedades de los líquidos1.3.3 Estado gaseoso1.3.3.1 Teoría cinética de los gases1.3.3.2 Presión1.3.3.3 Temperatura1.3.3.4 Leyes de los gases

1. PROPIEDADES DE LA MATERÍA (PARTE I)

1.1 QUÍMICA

La química es la disciplina científica que estudia la materia, su estructura, su relación con la energía, sus cambios o transformaciones y las leyes que rigen estos cambios.

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1.2 MATERIA Y ENERGÍA

La materia es todo aquello que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio. La masa es la medida de la cantidad de materia contenida en una muestra de cualquier material.

La energía se define la capacidad de realizar trabajo o transferir calor. Se conocen diversas formas de energía, que incluyen energía mecánica, eléctrica, calórica y luminosa.

1.2.1 Propiedades generales o extrínsecas de la materia. Comunes a todos los materiales independiente del estado en el que se encuentran, su valor depende de la cantidad de materia que se está analizando y con estas propiedades no se puede diferenciar un material de otro.

1.2.1.1 Masa y peso. La masa mide la cantidad de materia que un cuerpo contiene y no varia al cambiar un cuerpo de posición, a diferencia, el peso de un cuerpo es la medida de la atracción gravitacional de la tierra sobre él, la cual varía según la distancia al centro de la tierra.

1.2.1.2 Volumen. Espacio ocupado por un cuerpo.

1.2.1.3 Inercia. Propiedad de la materia por la cual los sistemas físicos no pueden modificar por sí mismos su estado de reposo o de movimiento.

1.2.1.4 Impenetrabilidad. Propiedad de los cuerpos que impide que uno esté en el lugar que ocupa otro.

1.2.1.5 Forma. Es la apariencia que adopta un material.

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Congelaciónlíquido sólido

Fusión

EvaporaciónLíquido vapor

Condensación

1.2.2 Propiedades Físicas y químicas. Para diferenciar las muestras de diferentes tipos de materia se determinan y comparan las propiedades específicas o intrínsecas, las cuales se clasifican en general en químicas y físicas.

1.2.2.1 Propiedades Químicas. Son las que exhibe la materia cuando experimentan cambios en su composición, son muy diversas y requieren de otras sustancias como referencia para ser descritas. Algunas de ellas son:

Combustión. Es la combinación rápida de un material con el oxígeno, acompañada de un gran desprendimiento de energía.

Inflamabilidad. La tendencia de una sustancia a arder en presencia de oxígeno.

Reactividad con las sustancias ácidas. Es la capacidad de la materia para reaccionar con los ácidos.

Reactividad con las sustancias básicas. Es la capacidad de la materia para reaccionar con las bases.

1.2.2.2 Propiedades físicas. Son aquellas en la cuales su valor no depende de la cantidad de sustancia.

Estado físico. Es la característica de la materia que se deriva del grado de cohesión de las moléculas. Los estados son: sólido, líquido y gaseoso.

Cambios de estado o fase. Para que un cambio de estado se efectúe, es necesario hacer una variación de presión, temperatura o ambas. Cuando se produce un cambio de estado, se presenta un equilibrio entre los dos estados involucrados.

Fusión – Solidificación. El punto de fusión (punto de congelamiento) es la temperatura en la cual un sólido y un líquido existen en equilibrio.

El punto de fusión de un sólido es lo mismo que el punto de congelamiento de su líquido. Es la temperatura a la cual la velocidad de fusión de un sólido es igual a la velocidad de congelamiento de su líquido a una presión dada.

Evaporación – Condensación. La evaporación o vaporización es el proceso por el cual las moléculas de la superficie del líquido se desprenden y pasan a la fase gaseosa, el proceso inverso se denomina condensación.

Sublimación – Sublimación reversible. Las sustancias que se evaporan a presión atmosférica sin pasar por el estado líquido se dice que subliman. Los sólidos con presiones de vapor alta se subliman con facilidad.

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SublimaciónSólido vapor

Sublimación reversible

El proceso inverso, por el cual el vapor se solidifica sin pasar por la fase líquida se denomina sublimación reversible.

Dureza. Es la resistencia que oponen los cuerpos a ser rayados.

Punto de ebullición. Es la temperatura a la cual una sustancia pasa del estado líquido al estado gaseoso.

Densidad. Es la relación entre la masa y volumen de un cuerpo.

Organolépticas. Son aquellas propiedades que se perciben a través de los sentidos: color, sabor, olor, textura.

Ductibilidad. Capacidad de los materiales de convertirse en hilos o alambres.

Maleabilidad. Capacidad de los materiales de convertirse en láminas.

Conductividad térmica. Capacidad de un material para transferir calor.

Conductividad eléctrica. Capacidad de un material para conducir la corriente eléctrica.

Índice de refracción. Es el grado de de densidad óptica que posee un cuerpo traslúcido para dejar pasar un haz de luz a través del mismo.

Solubilidad. Es la propiedad que tienen las sustancias de poder formar un sistema homogéneo con un solvente.

Viscosidad. Es una medida de la resistencia de un fluido a derramarse o fluir por el interior de un conducto.

1.3 ESTADOS. SÓLIDO, LÍQUIDO Y GASEOSO

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1.3.1 Sólidos. Un cuerpo sólido se caracteriza porque opone resistencia a los cambios de forma y los cambios de volumen.

1.3.1.1 Teoría cinética de los sólidos

Están formados por átomos, iones o moléculas.

Sus átomos, iones o moléculas están en movimiento continuo, pero este movimiento es pequeño y vibratorio alrededor de puntos fijos y próximos, dentro de una misma sustancia.

Cuando sus átomos se distribuyen en una configuración ordenada tridimensional, que se repite una y otra vez, recibe el nombre de sólido cristalino.

Sus partículas aumentan o disminuyen la velocidad dependiendo de la temperatura.

1.3.1.2 Propiedades de los sólidos

Forma definida. Tienen forma definida, y sus partículas se encuentran adheridas rígidamente entre sí.

Volumen definido. Conservan su volumen debido a que en ellos la cohesión predomina sobre la energía cinética, por lo que solo presentan movimiento de vibración en torno a puntos fijos.

Difusión. Se difunden con mucha lentitud, debido a que sus moléculas ocupan posiciones fijas de las que apenas se separan.

Incompresibilidad. No se pueden comprimir debido a que sus moléculas están muy cerca unas de otras.

Formación de cristales. Los sólidos cristalizan, es decir, presentan formas geométricas definidas, características de cada sustancia.

1.3.1.3 Clases de sólidos

Amorfos. Cuando sus partículas se encuentran desordenadas y no tienen forma geométrica.

Cristalinos. Son los que tienen sus átomos, iones o moléculas, situadas a distancias fijas y en posición determinada. Forman poliedros que reciben el nombre de cristales.

1.3.2 Líquidos. El conjunto de moléculas que conforman a un líquido están sujetas a fuerzas de atracción lo suficientemente fuertes para que permanezcan juntas, pero son también lo suficientemente débiles para que dichas moléculas puedan deslizarse unas sobre otras, es decir, para que el líquido pueda fluir.

1.3.2.1 Teoría cinética de los líquidos

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Todos los líquidos están formados por moléculas.

La fuerza de atracción entre las moléculas de un líquido es mayor que la fuerza de atracción entre las moléculas de los gases. Por este motivo las moléculas están más cerca unas de otras.

Cuando las moléculas en el líquido están muy cerca, experimentan una repulsión debido a sus capas electrónicas o a las cargas positivas de sus núcleos, lo que hace que las moléculas estén en continuo movimiento.

1.3.2.2 Propiedades de los líquidos

Volumen definido. En los líquidos el volumen es constante debido a las fuerzas de atracción entre sus moléculas, tienen movimiento, pero no tan libre como en los gases.

Forma. Adoptan la forma del recipiente que los contiene ya que sus moléculas se pueden deslizar unas sobre otras.Difusión. Se difunden pero en forma más lenta que en los gases, debido a que sus distancias intermoleculares son más pequeñas.

Viscosidad. Cuanto mayor sea la viscosidad de un líquido, este tenderá a fluir más lentamente. La viscosidad disminuye al aumentar la temperatura de un fluido porque a temperaturas más altas el aumento en la energía cinética de las moléculas disminuye la fuerza de atracción entre ellas.

Fluidez. Los líquidos fluyen cuando pasan de un recipiente a otro.Incompresibilidad. Los líquidos son prácticamente incomprensibles, aún a temperaturas muy altas, su volúmen se altera un poco debido a que el espacio libre entre las moléculas es mínimo.

Tensión superficial. La cohesión de las moléculas en la superficie de los líquidos produce una fuerza que disminuye su área superficial, llamada tensión superficial.

Capilaridad. Es el ascenso espontáneo de un líquido dentro de un tubo estrecho. Este efecto es consecuencia de las fuerzas de cohesión del líquido y las fuerzas de cohesión del líquido y las fuerzas de adhesión entre el líquido y las paredes del recipiente.

Presión de vapor. Las moléculas de un líquido se mueven con diferentes velocidades. En un instante dado, algunas de las moléculas que están en la superficie del líquido poseen suficiente energía para escapar de las fuerzas de atracción de sus vecinas, el líquido comienza a evaporarse. Cuanto más débiles son las fuerzas de atracción mayor es el número de moléculas que pueden escapar hacia la fase gaseosa, por lo tanto es mayor la presión de vapor. A cualquier temperatura dada tiene lugar un movimiento continuo de las moléculas de la fase líquida a la fase gaseosa.

Sin embargo, al aumentar el número de moléculas de la fase gaseosa aumentará la probabilidad de que una molécula de fase gaseosa choque con la superficie del líquido y se quede ahí. En algún momento, la frecuencia con que las moléculas regresan al líquido es igual a la frecuencia con la que escapan. El número de moléculas de la fase gaseosa llega a un valor estable, y la presión de vapor se hace constante. La condición en que estos dos procesos opuestos están ocurriendo simultáneamente y con la misma tasa se denomina equilibrio dinámico.

La presión de vapor de un líquido es la presión ejercida por su vapor cuando los estados líquido y gaseoso están en equilibrio dinámico.

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La presión de vapor de un líquido es característica de cada líquido, ya que depende de las fuerzas de atracción intermolecular de la sustancia. Este valor es el que permite definir el grado de volatilidad de cada líquido.

La presión de vapor de un líquido es independiente de la cantidad de líquido, pero si presenta variación al aumentar o disminuir la temperatura.

1.3.3 Estado gaseoso. Los gases presentan características comunes tales como: forma y volumen indefinidos, se difunden y comprimen con facilidad, presentan baja densidad, la fuerza de cohesión molecular es casi nula, y finalmente sus moléculas son muy separadas unas con otras presentando gran movilidad.

1.3.3.1 Teoría cinética de los gases. La teoría cinética de los gases proporciona un modelo para explicar la regularidad observada en el comportamiento de los gases. Incluye los siguientes postulados:

Los gases consisten en moléculas muy separadas en el espacio. El volumen real de las moléculas individuales es despreciable en comparación con el volumen total del gas como un todo.

Las moléculas de los gases están en constante y rápido movimiento rectilíneo, chocan entre sí y con las paredes del recipiente. Aunque la energía se puede transmitir de una molécula a otra en estos choques, no se pierde energía cinética.

El promedio de la energía cinética de las moléculas de un gas depende de la temperatura y aumenta a medida que la temperatura aumenta. A una temperatura dada, las moléculas de todos los gases tienen el mismo promedio de energía cinética.

Las fuerzas de atracción entre las moléculas de los gases son despreciables.

Un gas puede ser definido en magnitudes de presión, volumen, temperatura y cantidad de materia.

1.3.3.2 Presión. La presión se define como la fuerza por unidad de área. En los gases esta fuerza actúa en forma uniforme sobre todas las partes del recipiente que lo contiene:

P = F/A

Se expresa en milímetros de mercurio o en atmósferas.

1atm = 760 mmHg

1.3.3.3 Temperatura. Es una medida de la enérgica cinética promedio de todas las moléculas que conforman la materia. El calor es una forma de energía y esta asociado al movimiento de sus moléculas.

Escala de Temperatura. En el Sistema Internacional de Unidades, (SI), la escala empleada es la Kelvin (K).

Si es expresada la temperatura de un gas en una escala diferente a la Kelvin pueden ser utilizadas las siguientes relaciones de conversión de unidades:

K = ºC + 273

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ºC = 5/9 (ºF -32)

1.3.3.4 Leyes de los gases. Son los principios que relacionan los comportamientos y cambios en las condiciones a las que se somete un gas, y vincula las variables de temperatura, presión, volumen, moles y densidad.

Ley de Boyle y Mariotte. A temperatura constante (T), el volumen (V) de una masa determinada de gas es inversamente proporcional a la presión (P).

V a 1/P (T = cte)

V = k 1/P, donde K es una constante de proporcionalidad

Ley de Charles. El volumen de una determinada masa de gas, a presión constante, es directamente proporcional a su temperatura absoluta (K).

V a T (P = cte)

V/T = k, donde K es una constante de proporcionalidad

Ley de Gay-Lussac. La presión de una determinada masa de gas, a volumen constante, es directamente proporcional a su temperatura absoluta.

P a T (V = cte)

P/T = k, donde K es una constante de proporcionalidad

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Ley combinada de los gases. El volumen de un gas es inversamente proporcional a la presión y directamente proporcional a la temperatura absoluta.

V1P1/T1 = V2P2/T2

Ley de Dalton o de las presiones parciales. A temperatura y volúmenes constantes, la presión total de una mezcla de gases es igual a la suma de la presión parcial ejercida por cada gas.

PTotal = P1 + P2 + P3 + ….+ Pn

Principio de Avogadro. A condiciones normales de presión y temperatura (CN), volúmenes iguales de cualquier gas contienen el mismo número de moléculas. Las condiciones normales de un gas son 1 atm de presión y 273 K, bajo estas condiciones, una mol de cualquier gas ocupa un volumen de 22,4 litros.

Ecuación de Estado. El volumen de un gas es inversamente proporcional a la presión y directamente proporcional a la temperatura absoluta y al número de moles del gas.

PV =nRT

R= 0.082 atm*l / mol*K

Relación entre la densidad y la masa molecular

n = W / M

d = P*M / R*T

Ley de Graham. Las velocidades de difusión de los gases son inversamente proporcionales a la raíz cuadrada de su densidad.

Vα1

√d

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