química i - diego jara
DESCRIPTION
zxzxzxzxTRANSCRIPT
-
2015
CICLO I
LOJA-ECUADOR
CARRERA DE INGENIERA EN GEOLOGA AMBIENTAL Y
ORDENAMIENTO TERRITORIAL
CURSO: QUMICA I
UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA
AREA DE LA ENERGA, LAS INDUSTRIAS Y LOS
RECURSOS NATURALES NO RENOVABLES
CICLO I:
LAS PROBLEMTICAS GLOBALES DE LAS
CIENCIAS DE LA TIERRA Y LAS
ALTERNATIVAS DE NIVELACIN EN EL
CAMPO INGENIERIL
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 2
ASIGNATURA:
QUMICA
Contenido UNIDAD: QUMICA .................................................................................................................6
1. GENERALIDADES. ..................................................................................................6
1.1 DEFINICIN ETIMOLGICA. ............................................................................6
1.1.1 CONCEPTO. ..........................................................................................................7
1.2 CLASIFICACIN DE LA QUMICA. ..................................................................9
1.2.2 QUMICA ORGNICA O DEL CARBONO:...............................................................9
1.2.3 QUMICA INORGNICA O MINERAL: ....................................................................9
1.2.4 QUMICA ANALTICA: ...............................................................................................9
1.2.5 QUMICA FSICA. ............................................................................................9
1.2.6 QUMICA INDUSTRIAL. ...............................................................................10
1.2.7 BIOQUMICA. .................................................................................................11
1.3 RELACIN DE LA QUMICA CON OTRAS CIENCIAS. .............................11
1.4 RASGOS EVOLUTIVOS DE LA QUMICA ....................................................13
1.5 IMPORTANCIA DEL ESTUDIO DE LA QUMICA. ......................................20
1.6 EL MTODO CIENTFICO EN LA QUMICA. ...............................................22
1.6.1 OBSERVACIN DEL FENMENO. ...........................................................23
1.6.2 REVISIN DE TRABAJOS PREVIOS. ......................................................23
1.6.3 FORMULACIN DE HIPTESIS. ...............................................................24
1.6.4 COMPROBACIN EXPERIMENTAL DE LA HIPTESIS. .....................24
1.6.5 PLANTEAMIENTO Y DIVULGACIN DE LAS CONCLUSIONES. .......25
1.6.6 ELABORACIN DE LEYES. ........................................................................25
2. MATERIA Y ENERGA. .........................................................................................26
2.1 LA MATERIA. DEFINICIN .............................................................................26
2.2 PROPIEDADES DE LA MATERIA ..................................................................27
2.2.1 PROPIEDADES EXTENSIVAS, GENERALES O ADITIVAS. ................27
2.2.2 PROPIEDADES ESPECFICAS O INTENSIVAS. ....................................27
2.2.2.1 Sistema Homogneo: ....................................................................................27
2.2.2.2 Sistema Heterogneo: ...................................................................................27
2.3 CONSTITUCIN DE LA MATERIA. ...............................................................28
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 3
2.3.1 CUERPOS SIMPLES Y COMPUESTOS. MEZCLAS Y COMBINACIONES.........................................................................................................28
2.3.2 ELEMENTO QUMICO. .................................................................................29
2.3.3 COMPUESTO QUMICO. .............................................................................29
2.3.4 MEZCLAS........................................................................................................30
2.4 LA ENERGA. DEFINICIN .............................................................................32
2.4.1 FORMAS DE ENERGA................................................................................33
2.4.2 ENERGA POTENCIAL. ................................................................................33
2.4.3 ENERGA CINTICA. ....................................................................................34
2.4.4 ENERGA TRMICA. ....................................................................................35
2.4.5 ENERGA QUMICA. .....................................................................................36
2.4.6 ENERGA ATMICA. ....................................................................................37
2.4.7 ENERGA SOLAR. .........................................................................................37
2.4.8 ENERGA HIDRULICA. ..............................................................................37
2.4.9 ENERGA ELICA. ........................................................................................37
2.4.10 GENERACIN DE ENERGA A PARTIR DE BIOMASA. .......................38
2.4.11 ENERGA GEOTRMICA. ...........................................................................38
3. LOS SISTEMAS DE UNIDADES ........................................................................39
3.1 MAGNITUDES FUNDAMENTALES Y DERIVADAS ......................................39
4. NOMENCLATURA QUMICA ......................................................................................49
4.1. NMERO DE OXIDACIN - VALENCIA. .........................................................49
4.2. SISTEMAS DE NOMENCLATURA. ...................................................................52
4.2.1. NOMENCLATURA DE LA IUPAC..................................................................52
4.2.2. NOMENCLATURA STOCK. ............................................................................53
4.2.3. NOMENCLATURA TRADICIONAL................................................................53
4.3. COMPUESTOS BINARIOS. ................................................................................54
4.3.1. CLASIFICACIN DE LOS COMPUESTOS BINARIOS. ........................55
4.4. COMPUESTOS TERNARIOS. ............................................................................62
4.4.1. FUNCIN HIDRXIDO, BASE O LCALIS.............................................62
4.4.2. FUNCIN OXOCIDOS O CIDOS OXCIDOS. ..................................63
4.4.3. CIDOS OXCIDOS DEL GRUPO I (F Cl Br I) Y EL NITRGENO (N): ..........................................................................................................63
4.4.4. CIDOS OXCIDOS DEL GRUPO II (S Se Te). ..............................63
4.4.5. CIDOS OXCIDOS DEL GRUPO IV DEL (C- Si Ge) .......................64
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 4
4.4.6. CASOS ESPECIALES DE LOS CIDOS OXCIDOS (P As Sb). 65
4.5. IONES: ANIONES Y CATIONES. .......................................................................67
4.6. SALES. ....................................................................................................................69
4.6.1. SALES HALGENAS. .................................................................................69
4.6.2. SALES HALGENAS CIDAS ..................................................................71
4.6.3. SALES HALGENAS BSICAS ...............................................................71
4.6.4. SALES OXISALES. .......................................................................................72
5. ESTEQUIOMETRIA ........................................................................................................77
5.1. ASPECTO GENERALES: DEFINICIN............................................................77
5.2. LA MOL O MOLCULA GRAMO NUMRO DE AVOGADRO. ................77
5.3. FRMULA QUMICA ............................................................................................80
5.4. PESO FORMULA O MASA FRMULA ..........................................................81
5.5. COMPOSICIN ESTEQUIOMETRICA..............................................................82
5.5.1. PORCENTAJE O COMPOSICIN PORCENTUAL. ...................................83
5.5.2. Relacin Peso - Peso. .....................................................................................83
5.5.3. Relacin Peso - Volumen. ..............................................................................84
5.5.4. Relacin Volumen - Volumen. ......................................................................84
5.6. ELEMENTOS EN TRAZAS ..................................................................................84
Partes por milln (ppm).................................................................................85 5.6.1.
5.6.2. Partes por billn (ppb) ...................................................................................85
5.7. LEYES PONDERALES ........................................................................................86
5.7.1. LEY DE LAVOISIER O DE LA CONSERVACIN DE LA MATERIA....86
5.7.2. LEY DE PROUST O DE LAS PROPORCIONES DEFINIDAS. .................87
5.7.3. LEY DE DALTON O DE LAS PROPORCIONES MULTIPLES. ................88
5.7.4. LEY DE LAS PROPORCIONES RECPROCAS O DE WENZEL Y RICHTER .............................................................................................................................88
5.8. LEYES VOLUMTRICAS ....................................................................................89
5.8.1. LEYES VOLUMTRICAS O DE GAY LUSSAC ..........................................89
5.8.2. VOLUMEN MOLECULAR GRAMO. ..............................................................90
5.9. LA HIPTESIS DE AVOGADRO. ..................................................................90
5.10. COMPOSICIN EN PORCENTAJE DE LOS COMPUESTOS QUIMICOS .........................................................................................................................91
5.11. DETERMINACIN DE LA FRMULA EMPIRICA Y MOLECULAR DE UN COMPUESTO .....................................................................................................95
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 5
5.12. DETERMINACIN DE LA FORMULA EMPIRICA A PARTIR DE UNA COMPOSICIN PORCENTUAL. ......................................................................96
5.13. CALULOS ESTEQUIOMETRICOS SOBRE LA BASE DE LAS ECUACIONES QUIMICAS. ..........................................................................................98
5.13.1. RELACIONES MOLARES A PARTIR DE ECUACIONES QUMICAS. ........................................................................................................................98
5.13.2. CALCULOS DE MOL A MOL. .................................................................99
5.14. EJERCICIOS DE APLICACIN. ..............................................................101
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 6
ASIGNATURA: QUMICA
1. GENERALIDADES.
El hombre desde los albores de la humanidad hasta nuestros das,
trata de conocer el origen de los fenmenos que transforman la naturaleza, y
sobre todo sus repercusiones e impactos, debido a los cambios que en ella se
han generado;y , en las formas de vida que han desarrollado en las
sociedades; llegando ha establecer la relacin entre la sociedad-naturaleza y
conocimiento, hacindo necesaria la bsqueda constante de hehos y
explicaciones cientficas, a objeto de fundamentar y mejorar la existencia del
ser humano. En este mbito, la ciencia en la actualidad se ha desarrollado a
tal punto que la informacin que es posible de obtenerse, se vuelve imposible
pensar que el ser humano pueda dominarla en su totalidad, de ah que se
desarrollan los diferentes campos del saber; como el de las Ciencias
Qumicas; y con ello surge la Qumica como la ciencia que estudia la
materia, su estructura, propiedades y transformaciones; convirtindose en la
ciencia que tiene su relevancia tanto cientfica como social, ya que al
estudiar la naturaleza aplicando el Mtodo cientfico proporciona un
conocimiento de la qumica, para transformarla, desarrollando la tecnologa
acorde a su entorno y teniendo como objetivo principal el beneficio a
sociedad para potenciar las operaciones y procesos garantizando la
produccin de un bien tanto de servicio como de consumo dentro del
desarrollo en sus diversas formas.
1.1 DEFINICIN ETIMOLGICA.
El origen de la qumica se pierde en el tiempo, por lo tanto no existe
un criterio nico peor an definido sobre su significado, sin embargo es
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 7
necesario puntualizar algunos vocablos y su significacin en diferentes
idiomas:
CHEMIA, que es un vocablo griego que significa negro.
CHEMAN, es una palabra hebrea que significa misterioso.
KEMA, palabra rabe que significa oculto.
La Qumica se ubica dentro el campo de las ciencias fsicas conjuntamente
con la Astronoma, Geologa y la Fsica; constituyendo en un trmino que
comprende las ramas de las ciencias que estudian la estructura del mundo
fsico, las leyes que la gobiernas y, en general, la materia inorgnica.
Finalmente podemos expresar que en el afn de relacionar lo factico con o
formal se sintetiza lo enunciado por Albert Einstein la Qumica como ciencia:
Es un intento de relacionar la caotica diversidad de nuestra experiencia
sensorial con un sistema lgico y uniforme de pensamiento
1.1.1 CONCEPTO.
La Qumica es una ciencia que estudia la interaccin matera-energa, as
como los cambios que se originan en la estructura interna de la materia
acompaados de los cambios en la energa.
Ciencia que se encarga del estudio de la composicin, estructura y
propiedades de las sustancias, de sus interacciones y de los efectos
producidos sobre ellas al aadir o extraer energa en cualquiera de sus
formas.
Ciencia exacta que estudia las transformaciones que ocurren en la materia.
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 8
Ciencia que estudia la estructura de la materia, sus propiedades, las
transformaciones o reacciones que pueden sufrir y que estn sujetas a leyes
y principios, que producen absorcin o liberacin de energa.
Es la ciencia natural, experimental por excelencia que estudia la
constitucin de la materia, las interacciones de los tomos que permiten
derivar en nuevos productos y los fenmenos que modifican la materia.
En forma general, estudia la transformacin de la materia, ejemplo de esta
concepcin tenemos: la transformacin de los alimentos en los organismos
vivos, la transformacin del oxgeno en gas carbnico en la respiracin de los
seres vivos, en la industria petroqumica en el estudio de los derivados del
petrleo, en la industria del papel en la transformacin de la celulosa entre
los diversos procesos y operaciones para lograr un producto o bien para el
consumo.
Por lo expuesto: La qumica es una ciencia dinmica que relaciona la
estructura, el comportamiento de la materia, la relacin del contenido
energtico que genera, la rapidez de transformacin como parte central. Su
estudio como ciencia radica en el conocimiento sistematizado y por tanto
constituye una rama del saber humano, en este contexto: La Qumica es la
Ciencia que estudia la naturaleza de la materia, su estructura y los cambios
en la composicin que se producen en una transformacin; Adems de las
propiedades de los cuerpos simples y compuestos, los fenmenos de
transformacin y de combinacin con el fin de establecer la teora y derivar
las leyes que rigen el comportamiento de la materia. Se considera que la
qumica es la ciencia que estudia e investiga el conocimiento de las
sustancias que forman los seres, sus propiedades, los cambios que
experimentan al actuar unas sustancias sobre otras, las leyes que rigen
dichos cambios y las teoras que la explican.
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 9
1.2 CLASIFICACIN DE LA QUMICA.
Cualquier clasificacin de la Qumica, corre el riesgo de ser una
simplificacin excesiva; sin embargo, con el propsito de tener una clara
visin del accionar de la qumica, se la divide as:
1.2.1 QUMICA GENERAL Y APLICADA.
Estudia las propiedades qumicas comunes de todos los cuerpos y las leyes
que rigen los fenmenos qumicos; la constitucin, la estructura y las
propiedades.
1.2.2 QUMICA ORGNICA O DEL CARBONO:
Estudia las sustancias orgnicas que se encuentran en los seres vivos y
los componentes naturales y artificiales del carbono.
1.2.3 QUMICA INORGNICA O MINERAL:
Estudia la estructura propiedades y aplicaciones de los elementos y
compuestos del reino mineral o inanimado.
1.2.4 QUMICA ANALTICA:
Identifica los elementos que forman parte de un cuerpo por intermedio
del anlisis cualitativo. Al igual que descubre la proporcin de elementos
que se han combinado o mezclado por intermedio del anlisis cuantitativo.
1.2.5 QUMICA FSICA.
La fisicoqumica o qumica fsica es una rama de la qumica que
estudia la materia empleando conceptos fsicos.
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 10
Segn G. Lewis, "La fisicoqumica es cualquier cosa interesante", con lo cual
probablemente se refera al hecho de que muchos fenmenos de la
naturaleza con respecto a la materia son de principal inters en la fsico-
qumica.
La fsicoqumica representa una rama donde ocurre una combinacin de
diversas ciencias, como la qumica, la fsica, termodinmica, electroqumica
y la mecnica cuntica donde funciones matemtica pueden representar
interpretaciones a nivel molecular y atmico estructural. Cambios en la
temperatura, presin, volumen, calor, concentracin y trabajo en los
sistemas ya sean lquidos, slidos y/o gaseosos y/o se encuentran tambin
relacionados a estas interpretaciones de interacciones moleculares. W.
Gibbs, junto con Lewis son los considerados padres de la Fsico-Qumica, en
1876 publica su obra "On the Equilibrium of Heterogeneous Substances" en
l introduce los trminos como energa libre, potencial qumico, regla de las
fases, que aos ms tarde seran de principal inters de estudio en esta
disciplina.
1.2.6 QUMICA INDUSTRIAL.
La Qumica Industrial es una parte de la qumica que cubre la
necesidad en lo que se relaciona al desarrollo de nuevos productos y
procesos, que sean competitivos tanto en la calidad como en el costo,
respetando la primicia de crear al mismo tiempo tecnologas limpias que
eviten o minimicen la contaminacin ambiental. En resumen, estudia los
procedimientos industriales de obtencin de las sustancias sintetizadas en el
laboratorio.
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 11
1.2.7 BIOQUMICA.
La bioqumica es la ciencia que estudia los componentes qumicos de
los seres vivos, especialmente las protenas, carbohidratos, lpidos, cidos
nucledos, adems de otras pequeas molculas presentes en las clulas. La
bioqumica se basa en el concepto de que todo ser vivo contiene carbono y en
general las molculas biolgicas estn compuestas principalmente de
carbono, hidrgeno, oxgeno, nitrgeno, fsforo, y azufre. Es la ciencia que
estudia la base de la vida: las molculas que componen las clulas y los
tejidos, que catalizan las reacciones qumicas, de la digestin, la fotosntesis
y la inmunidad, entre otras. En consecuencia, para tener un dominio del la
bioqumica, de hecho se debe conocer las ciencias fsicas y qumicas.
Esta clasificacin no es la nica, lo que se trata es de englobar las
actividades donde se evidencia el accionar de la qumica.
1.3 RELACIN DE LA QUMICA CON OTRAS CIENCIAS.
La qumica es muy importante y ello se refleja por la relacin que tiene
con las diversas ciencias del conocimiento, as:
1.3.1 CON LAS CIENCIA NATURALES.
La qumica se encuentra en el grupo de las Ciencias Naturales, por
consiguiente est relacionada con todas las que se derivan de ella; as, con
las CIENCIAS BIOLGICAS, guarda estrecha relacin al estudiar los
fenmenos vitales, los cuales en esencia no son otra cosa que fenmenos
qumicos; en este mbito existe una ciencia dedicada al estudio que
experimenta la materia viva, esta es la BIOQUMICA.
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 12
1.3.2 CON LA MEDICINA.
La qumica ha permitido con sus avances identificar macromolculas
como el ADN, as tambin en el desarrollo de productos de tipo farmacutico
como son: antibiticos, sulfas, aspirina, quinina, agua oxigenada (H2O2),
anestsicos.
1.3.3 CON LAS CIENCIAS GEOLGICAS.
El conocimiento de la qumica define el entendimiento de las
estructuras minerales que conforman las rocas de la corteza terrestre. Define
adems la utilidad y campo de accin industrial de los minerales, y en un
tercer eje define el complemento de las reacciones qumicas en las
afectaciones ambientales en: suelo, agua y aire.
1.3.4 CON LA AGRICULTURA.
El conocimiento de la qumica, ha permitido la obtencin de abonos
qumicos como fertilizantes enriquecidos en Nitrgeno, Fsforo y
microelementos que son requeridos para el crecimiento de las plantas;
adems de insecticidas y fungicidas para control de plagas.
La Qumica en conjunto con la Fsica guarda una estrecha relacin ya que
sin el conocimiento de esta ltima no podra entenderse los procesos
qumicos en la naturaleza y es evidente que no existe un lmite definido entre
las dos ciencias.
En forma general la qumica constituye un aporte sustantivo en el campo de
la industria como en los casos de: fabricacin del cemento, materiales para
la construccin como el hierro, acero y otras aleaciones metlicas,
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 13
explotacin petrolera, vidrio, plsticos, resinas, tejidos, pinturas, explosivos,
gas de alumbrado, jabn, cosmticos, perfumes, entre otros.
1.4 RASGOS EVOLUTIVOS DE LA QUMICA
El origen de la qumica, segn documentos histricos (papiros escritos
en forma cabalstica 1), se remontan a la edad primitiva, especficamente a la
poca paleoltica (aproximadamente hace 25000 aos) en la cual la Qumica
se inicia como arte, y sus conocimientos aunque empricos, fomentaron
evidentemente el progreso de la tcnica humana en funcin de su cultura.
Con el descubrimiento de los metales se da un paso importante a la
utilizacin del fuego y a la quema de la madera, y surgen los primeros
procesos qumicos conocidos realizados por los artesanos en Mesopotamia,
Egipto y China. Al principio, trabajaban con metales nativos como el oro
(para la decoracin) y el cobre (en la defensa), sea en estado puro o en
combinacin con otros elementos, rpidamente aprendieron a fundir menas
(principalmente los xidos metlicos y los sulfuros) calentndolas con
madera o carbn de lea para obtener los metales. El uso progresivo del
cobre (Cu), de la plata (Ag), del Plomo (Pb) del bronce (aleacin) y hierro (Fe)2
dio origen al desarrollo de la humanidad tanto en el arte de guerra como en
los estndares de vida. Los arquelogos en base a los descubrimientos de
residuos histricos de stos materiales establecen criterios importantes en
torno a la evolucin del hombre. En estas culturas se inici tambin una
tecnologa qumica primitiva (Qumica Paleoltica3), con la preparacin de
pigmentos y esencias, las cuales fueron utilizadas fundamentalmente para
tejidos y alfarera, ms tarde aprendieron a fabricar el vidrio, surge la
utilizacin de la cal para la construccin y de las mezclas para embalsamar
a sus muertos. La alfarera en la prehistoria alcanz un considerable
1 Balta-Elias La Materia y la Energa, pgina 306
2 Ibd. Pgina306.
3 Ibd. Pgina305.
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 14
desarrollo, as aproximadamente hace unos 3600 aos en China, se fabric
artculos de porcelana y se utiliz colorante para su decoracin. La mayora
de estos artesanos trabajaron en monasterios y palacios haciendo artculos
de lujo con fines exclusivamente religiosos, constituyendo el llamado Arte
Sagrado 4
Demcrito junto a Leucipo se los considera los creadores de la Escuela
Atomista. Se admite, en la poca de 460-370 AC que la materia era eterna y
que estaba formada por tomos de movimiento constante (tomos enteros
invisibles, indestructibles, indivisibles y de diferente tamao).
EMPEDCLES, (griego, 400 aos a. de C.), sostuvo que la materia estaba
formada por cuatro elementos fundamentales: aire, agua, fuego y tierra.
ARISTTELES, (griego, 384-322 aos a. de C.), dedujo cuatro esencias en la
naturaleza: lo fro, lo caliente, lo hmedo y lo seco. Realiza la primera
tentativa de usar el mtodo experimental; al tratar de pesar un odre lleno de
aire, en una balanza rstica, como no observo variacin alguna en la
balanza, dedujo que el aire no posea peso.
En los primeros siglos de nuestra era se consideraba a la qumica ya no
solamente como Arte sino como Ciencia, se formulan leyes y postulados que
sientan las bases para futuros descubrimientos.
La alquimia nace en el antiguo Egipto, y empieza a florecer en Alejandra, en
el periodo helenstico; segn los escritos de algunos de los primeros filsofos
griegos contienen las primeras teoras qumicas. Al respecto, Zsimo de
Tebas (alrededor del 250-300 a. de C.), descubri que el cido sulfrico era
un disolvente de metales y liber oxgeno del xido rojo de mercurio. El
4 Ibd. Pgina 306
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 15
concepto fundamental de la alquimia proceda de la doctrina aristotlica de
que todas las cosas tienden a alcanzar la perfeccin, puesto que otros
metales eran considerados menos perfectos que el oro, era razonable
suponer que la naturaleza formaba oro a partir de esos metales en el interior
de la Tierra, y con habilidad y la diligencia suficientes, un artesano podra
reproducir este proceso en el taller; al principio, los esfuerzos hacia este
objetivo eran empricos y prcticos, prctica que fue decayendo a causa de
los repetidos fracasos de sus mtodos principalmente porque los charlatanes
que se aprovecharon de la codicia de los poderosos acabaron por
desacreditarla, sin que podamos precisar lo que la qumica actual debe
agradecer a cada uno de ellos.
Es por ello, que muchos qumicos sealan que en el transcurso de los
cuatro siglos se trato de encontrar una solucin a dos asuntos importantes,
la piedra filosofal y el elixir de la larga vida, que se constituyeron en la
panacea universal 5
LA PIEDRA FILOSOFAL, un mineral u objeto que al contacto con cualquier
metal lo converta en oro, era como una piedra mgica; y, el ELIXIR DE LA
LARGA VIDA, que deba tener la propiedad de que las personas que tomaban
este lquido no envejecan y podan prolongar la vida indefinidamente.
Ni el elixir de larga vida, ni la piedra filosofal se descubrieron, pero tuvieron
la virtud de incentivar en el hombre de la poca el afn de investigar, se
descubrieron nuevas tcnicas qumicas, nuevos metales como el As, Bi, P,
Sb y muchos de sus compuestos; sustancias orgnicas, jarabes, remedios.
Posteriormente en la Yatroqumica Iatroqumica (siglo XIII hasta el
siglo XVII), los estudios de los alquimistas se orientaron hacia la curacin de
las enfermedades. Se destaca el suizo PARACELSO, que consideraba al
hombre como una combinacin equilibrada de molculas qumicas y
sostena que las enfermedades se desencadenaban cuando se perda este
5 LNS: Coleccin Qumica I. Pgina 5
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 16
equilibrio qumico y que, por lo mismo slo podan curarse con sustancias
qumicas; como resultado se descubre algunas medicinas.
En el siglo XVI, se descubre cmo crear el vaco, algo que Aristteles haba
declarado imposible, esto atrajo la atencin sobre la antigua teora de
Demcrito, que haba supuesto que los tomos se movan en el vaco. El
filsofo y matemtico francs Ren Descartes y sus seguidores desarrollaron
una visin mecnica de la materia en la que el tamao, la forma y el
movimiento de las partculas diminutas explicaban todos los fenmenos
observados. La mayora de los Iatroqumicos y filsofos naturales de la poca
suponan que los gases no tenan propiedades qumicas, de aqu que su
atencin se centrara en su comportamiento fsico.
Con el Renacimiento la qumica entra en un franco proceso de transicin,
durante el cual desaparecen las ideas preponderantes de la Edad Media. La
sensibilidad intelectual mejora gracias a la influencia de los avances y
descubrimientos de la poca. La Filosofa, la Matemticas y la Fsica
alcanzan un grado de desarrollo elevado; el mtodo experimental,
preconizado por Francisco Bacn (1561-1641), Galileo Galilei (1564-1641) y
Gassend (1592-1655), se va imponiendo contra el escolasticismo y las
teoras aristotlicas; el estudio de la atmsfera iniciado por Torricelli y
continuado por Pascal abri nuevos horizontes a los investigadores; las ideas
de Newton y de Leibnizt revelaron muchos misterios que envolvan los
fenmenos ms visibles. Finalmente la constitucin de las sociedades
cientficas crea un ambiente propicio para discutir y conocer los adelantos
cientficos. Desde este momento la Ciencia deja de ser un tesoro secreto para
convertirse en un bien colectivo, enriquecindose cada uno con el trabajo de
todos.
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 17
Uno de los primeros qumicos que inaugura esta poca es el belga Van
Helmont (1577-1644) se lo considera como el precursor del Mtodo
experimental qumico; en este mismo mbito surge Robert Boyle (1627-
1691) con el descubrimiento de la ley que lleva su nombre relativa a los
gases y por consiguiente la aparicin de la teora cintico-molecular. La obra
de Boyle tiene el mrito de establecer limpiamente los problemas qumicos y
de dar comienzo a la poca de las teoras qumicas que explican sus
fenmenos, con ello la poca de la qumica neumtica, con una
generalizacin de la relacin inversa entre la presin y el volumen de los
gases.
En la segunda mitad del siglo VII, el mdico, economista y qumico alemn
Johann Joachim Becher construy un sistema qumico en torno a su
principio, anot que cuando la materia orgnica arda, pareca que un
material voltil sala de la sustancia. Su discpulo Georg Ernst Stahl, hizo
de ste el punto central de una teora que sobrevivi en los crculos qumicos
durante casi un siglo, supuso que cuando algo arda, su parte combustible
era expulsada al aire. A esta parte la llam flogisto, de la palabra griega
flogistos, inflamable. La oxidacin de los metales era anloga a la
combustin y, por tanto, supona prdida de flogisto, las plantas absorban
el flogisto del aire, por lo que eran ricas en l, al calentar las escorias (u
xidos) de los metales con carbn de lea, se les restitua el flogisto, as
dedujo que la escoria era un elemento y el metal un compuesto. Esta teora
es casi exactamente la contraria al concepto moderno de oxidacin-
reduccin, pero implica la transformacin cclica de una sustancia (aunque
fuera en sentido inverso), y poda explicar algunos de los fenmenos
observados. Sin embargo, recientes estudios de la literatura qumica de la
poca muestran que la explicacin del flogisto no tuvo mucha influencia
entre los qumicos hasta que fue recuperada por el qumico Antoine Laurent
de Lavoisier, en el ltimo cuarto del siglo XVIII, esta teora fue errnea pero
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 18
contribuyo a que tratando de descubrirla, los investigadores descubrieran
nuevas sustancias qumicas:
Macquer, descubri el cido arsnico (H3AsO4).
Scheele, descubri el amoniaco (NH3) y el cido sulfrico (H2SO4).
Priestly, estudio la respiracin de los animales y las plantas, y
descubri l nitrgeno (N2), el oxgeno (O2) y el anhdrido carbnico (CO2).
Cavendish, descubri el hidrgeno (H2).
En lo que se refiere al perodo de la Teora Atmico Molecular, sobresalen los
estudios que realiza: Lavoisier, quien tiene el mrito de introducir las
medidas y la balanza para explicar mejor las reacciones qumicas, y
demuestra que la materia tiene peso y que es indestructible, estableciendo
as su Ley de la Conservacin de la Materia. Con una serie de experimentos
brillantes comprob que el aire contiene un 20% de oxgeno y que la
combustin es debida a la combinacin de una sustancia combustible con
oxgeno. Al quemar carbono se produce aire fijo (dixido de carbono),
consecuentemente, el flogisto no existe. La teora del flogisto fue sustituida
rpidamente por la visin de que el oxgeno del aire, se combina con los
elementos componentes de la sustancia combustible, formando los xidos de
dichos elementos. Lavoisier utiliz la balanza de laboratorio para darle apoyo
cuantitativo a su trabajo (leyes ponderales), defini los elementos como
sustancias que no pueden ser descompuestas por medios qumicos,
preparando el camino para la aceptacin de la Ley de Conservacin de la
Masa, sustituy el sistema antiguo de nombres qumicos (basado en el uso
alqumico) por la Nomenclatura Qumica Racional utilizada en la actualidad;
y, ayud a fundar el primer peridico qumico. Despus de morir en la
guillotina en 1794, sus colegas continuaron su trabajo estableciendo la
Qumica Moderna.
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 19
El qumico sueco Jns Jakob, barn de Berzelius propuso representar los
smbolos de los tomos de los elementos por la letra o par de letras inciales
de sus nombres. Proust, en 1896 comprueba que en toda combinacin los
componentes intervienen en determinada relacin. Dalton estableci la
teora atmica, que luego ayudara enormemente para una fcil comprensin
de las reacciones qumicas.
Finalmente surge la era de la radiactividad y de la fsica atmica cuando a
mediados del siglo XIX Clausius, modifica la teora atmica de Dalton al
descubrir fracciones de molculas o iones dotados de carga elctrica; luego
en 1898, los esposos CURIE, al efectuar estudios en el elemento radio
descubrieron que los tomos podan desintegrarse en partculas ms
pequeas de electrones y protones. Los electrones son considerados ahora
como partculas vibrantes en el tomo y causantes de las vibraciones del
ter, siendo estos fenmenos la base de los conceptos de electricidad y luz.
Concomitante a ello, la qumica inorgnica tambin necesitaba organizarse,
seguan descubrindose nuevos elementos, pero no se haba sistematizado
ningn mtodo de clasificacin que pudiera poner orden en sus reacciones.
El sistema peridico, formulado a raz de que el qumico ruso Dmitri
Ivnovich Mendeliev en 1869 y el qumico alemn Julius Lothar Meyer en
1870 elaboraran independientemente la ley peridica, elimin esta confusin
e indic dnde se encontraran los nuevos elementos y qu propiedades
tendran. A partir de entonces sabios como Kelvin, Bohr, Rutherford, Planck,
Pauli, entre otros, se han consagrado a conocer ms a fondo la estructura
del tomo y de la materia.
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 20
El descubrimiento de la radiactividad se debe al fsico francs Henri
Becquerel, al comprobar casualmente en 1896 cmo quedaba impresa una
placa fotogrfica en la que se haban colocado cristales de uranio U y potasio
K, aun sin la intervencin de la luz solar. La radiactividad supone que las
sustancias llamadas radiactivas emiten espontneamente radiaciones
capaces de atravesar la materia, que impresionan placas fotogrficas o
producen ionizacin o fluorescencia.
Otro avance importante de la qumica en el siglo XX fue la creacin de la
Bioqumica; empezando con el anlisis de los fluidos corporales, pero pronto
se desarrollaron mtodos para determinar la naturaleza y funcin de los
componentes celulares ms complejos; posteriormente hacia la mitad del
siglo, los bioqumicos haban iniciado el estudio y la clasificacin del cdigo
gentico y explicado la funcin de los genes, base de la vida; el campo haba
crecido tanto que su estudio culmin estableciendo las bases de una nueva
ciencia, la Biologa Molecular.
Parafraseando, lo expresado en el acpite anterior podemos concluir con la
siguiente frase:
La qumica antigua era un arte que trataba de crear; luego se convirti en
ciencia que intentaba explicar los fenmenos. La Qumica Moderna se ocupa
de ambas cosas: explica los fenmenos, los predice, los controla y luego busca
crear nuevos hechos.
1.5 IMPORTANCIA DEL ESTUDIO DE LA QUMICA.
Desde los primeros tiempos, el hombre primitivo se sinti
impresionado ante la magnificencia de la naturaleza y de los fenmenos que
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 21
en ella se producen, sin embargo tratar de enumerarlos resulta difcil por
ello es necesario limitarnos a describir la importancia de la qumica para el
ser humano. Todo lo que le rodea al hombre est implcitamente aplicada a
esta ciencia, constituyndose en su principal protagonista y el pensamiento
humano se encamina hacia la apropiacin de la realidad (realidad que puede
ser conocida e intervenida por el ser humano, en la medida que ste la
transforme en una realidad para s.); por tanto, su estudio es importante
para lograr una mayor comprensin acerca de la naturaleza as como de las
fuerzas que la amenazan.
El hombre percibe los objetos que le rodea y que estn a su alcance
mediante los sentidos (vista, odo, gusto, olfato y tacto), consecuentemente
tenemos conciencia y percibimos lo que constituye la naturaleza del
Universo (materia).
El desarrollo de la qumica a lo largo de la historia se ha basado en la
observacin de los procesos, as como en las transformaciones que
experimentan las substancias al variar su composicin, se constituyen en el
fundamento para resolver los problemas en sus diferentes dimensiones, a tal
punto que en la vida cotidiana el hombre se encuentra con diversidad de
procesos qumicos.
Se puede afirmar que el hombre ha convivido con la Qumica sin advertir su
presencia, slo es cuestin de mirar con atencin las cosas que nos rodean,
as a la qumica le interesa los materiales que constituyen las cosas: la
celulosa en vez de los rboles, el nquel y no la moneda, el oro y no el anillo,
el hierro y no el pupitre, la slice presente en el vidrio y no la ventana, la
glucosa y no la manzana, la fructuosa y no la fruta, dndonos una visin
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 22
general de la importancia que tienen las Ciencias Qumicas con el entorno
sobre el cual actuamos.
Para concluir la qumica se reviste de importancia por su relacin con todas
las Ciencias (lgicas y fcticas o experimentales) lo cual ha permitido el
desarrollo en lo cientfico, tecnolgico, econmico e industrial.
1.6 EL MTODO CIENTFICO EN LA QUMICA.
La Qumica al ser una ciencia que estudia la materia y los distintos
estados de agregacin, propiedades, composicin y transformaciones;
requiere considerar el desarrollo del conocimiento cientfico, lo que amerita
especificar un mtodo especfico como el Cientfico, el mismo que se
constituye en un proceso metdico secuencial y ordenado para reconocer los
diversos aspectos del mundo en que se vive. As al ser el mtodo cientfico
un riguroso procedimiento intelectual, permitir su apropiado empleo, al
examinar los objetos y los hechos, al acumular la informacin,
necesariamente requiere: seleccionar, organizar, comparar y relacionar los
datos obtenidos con una doble finalidad como describir la naturaleza para
luego interpretarla.
La simple enumeracin de fenmenos observados, no es suficiente para el
cientfico cuya mxima aspiracin es explicar las causas y los mecanismos
que producen dichos fenmenos. Cuando la qumica investiga la realidad, en
procura de nuevos conocimientos se comporta como una ciencia pura. Si la
qumica persigue fines utilitarios, aprovechando los conocimientos para
beneficio de la humanidad se convierte en ciencia aplicada. Sin embargo no
existe una metodologa nica para desarrollar un proceso cientfico; al
respecto cada rea del conocimiento tiene sus propios mtodos, sus propias
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 23
estrategias y enfrenta los problemas de su rea desde distintos ngulos; pero
todas se rigen por principios comunes. En el caso de las ciencias
experimentales como la Qumica, la fsica y la biologa, casi siempre utilizan
un mtodo comn en el cual se pueden diferenciar las etapas sucesivas del
mtodo cientfico, as tenemos:
1.6.1 OBSERVACIN DEL FENMENO.
La observacin es la base del trabajo cientfico, constituye el primer
paso del mtodo cientfico; la misma que tiene lugar cuando se hace un
registro sistemtico, vlido y confiable de comportamientos, o conducta
manifiesta, y puede utilizarse como instrumento de medicin en muy
diversas circunstancias a propsito de algn evento o caracterstica del
mundo de la realidad, esta observacin puede inducir una pregunta sobre
este evento o caracterstica. Observamos para entender por qu o cmo
ocurren los fenmenos. Nos ayudamos de nuestros sentidos y de diversos
instrumentos de medida para observar y luego de haber realizado
anotaciones y mediciones por repetidas veces, podemos plantear preguntas
concretas. Algunos investigadores sealan que es importante que las
observaciones que se hagan puedan ser reproducidas y confirmadas por
otras personas. Una vez que se ha definido el fenmeno que se quiere
estudiar, en primer lugar se debe observar su aparicin, las circunstancias
en las que se producen y sus caractersticas. En el caso de la observacin de
la naturaleza, nos provoca curiosidad, nos hace preguntarnos cmo sta
funciona y nos motiva a investigar; en todo trabajo investigativo la
observacin se la aplica durante todo el proceso de investigacin.
1.6.2 REVISIN DE TRABAJOS PREVIOS.
Este segundo paso consiste en detectar, obtener y consultar la
bibliografa y otros materiales que pueden ser tiles para los propsitos de
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 24
los estudios, as como en extraer y recopilar la informacin relevante y
necesaria que atae a nuestra temtica o simplemente consultar las diversas
fuentes para informarse acerca de lo que se conoce hasta el momento sobre
el tema que se va a tratar. Por esta razn se dice que la ciencia es
acumulativa, pues los nuevos conocimientos se construyen sobre los
anteriores y de esta manera se va ampliando.
1.6.3 FORMULACIN DE HIPTESIS.
El paso siguiente es proponer respuestas a las preguntas que nos
habamos formulado con anterioridad se trata de explicar y predecir en lo
posible los hechos o fenmenos si se comprueban. Varios investigadores
coinciden en describir a las hiptesis como explicaciones o interpretaciones
anticipadas a un problema, proceso o ley, pero sin una evidencia
experimental que la apoye. Estas suposiciones son provisionales y pueden
ser falsas o verdaderas, por lo cual constituyen un puente entre la teora y la
investigacin. La construccin de las hiptesis se apoya en un sistema de
conocimientos organizados formando un contexto terico comprobado
mediante la verificacin emprica.
1.6.4 COMPROBACIN EXPERIMENTAL DE LA HIPTESIS.
A continuacin se intenta probar si la hiptesis planteada logra
explicar satisfactoriamente el fenmeno en cuestin. Para ello se disea un
experimento, durante el cual se realizan nuevas observaciones, pero bajo
condiciones controladas. La verificacin emprica consiste en explicar y
predecir en lo posible los hechos o fenmenos si se comprueba la relacin
enunciada.
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 25
1.6.5 PLANTEAMIENTO Y DIVULGACIN DE LAS
CONCLUSIONES.
Las observaciones y datos obtenidos en el experimento constituyen
resultados concretos que deben ser analizados con el fin de determinar si
corroboran o no la hiptesis; y, plantear luego las conclusiones. En caso
afirmativo, la hiptesis generar una teora cientfica, es decir una
explicacin que da razn de lo observado. De lo contrario se procede a
replantearla y a disear nuevos experimentos. Las conclusiones deben ser
comunicadas al resto de la comunidad cientfica, con el fin de generar
discusiones y permitir que sean utilizadas como punto de partida para otros
descubrimientos o como fundamento para aplicaciones tecnolgicas.
1.6.6 ELABORACIN DE LEYES.
Despus de una serie de experimentos, es posible evidenciar
regularidades y relaciones entre diferentes sucesos que se enuncian de
manera concisa y matemtica en forma de Leyes Cientficas. A diferencia de
una teora, una ley es descriptiva, no explicativa y se aplica a un conjunto
bien definido de fenmenos, por lo que no puede tomarse como una verdad
absoluta.
Lo que hace vlida una Teora Cientfica es que explique todos los
hechos conocidos hasta el momento y que puede analizarse para predecir
resultados de nuevas observaciones. Siempre que las predicciones estn de
acuerdo con los experimentos, confirmando la teora.
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 26
2. MATERIA Y ENERGA.
2.1 LA MATERIA. DEFINICIN
El Universo est constituido por materia; y, se sintetiza como todo
aquello que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio y forma la totalidad
de las cosas. Rubn (1974) seala que, la heterogeneidad del universo se
debe a la materia, lo que conduce a la idea de espacio-tiempo; concluye
indicando que todos los sucesos y acontecimientos que observamos en la
naturaleza y en el universo estn relacionados con la materia.
Consecuentemente la materia se define como todo aquello que conforma el
mundo fsico, que pueden percibir nuestros sentidos; y, dotada de Cantidad
(masa) y Extensin (espacio), puede presentarse en uno de los estados de
Agregacin (slido lquido, gaseoso y plasma). En el siguiente esquema se
describe las formas desde el punto de vista qumico de la materia.
Sobre lo expuesto, los elementos y compuestos que la estructuran pueden
ser: materia orgnica, materia inorgnica y materia viva.
La materia orgnica estudiada por la Qumica Orgnica. En la cual
las molculas orgnicas que la constituyen son derivados del carbono;
elemento que puede combinarse consigo mismo en una infinidad de veces, y
dar lugar a molculas grandes y complejas.
La materia inorgnica estudiada por la Qumica Inorgnica. Est
formada por molculas ms simples y constituida por todos los elementos
qumicos.
La materia viva es aquella que forma parte de los seres vivos. Puede
ser orgnica (protenas, lpidos, azcares, aminocidos, enzimas y vitaminas
entre otras); y, tambin puede ser inorgnica (agua, sales minerales). De ah
que la materia viviente se define como un sistema psico-qumico sumamente
complejo, termodinmicamente activo, capaz de poder captar energa de su
entorno y transformarla en su propio beneficio.
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 27
2.2 PROPIEDADES DE LA MATERIA
Referirse a las propiedades de la materia conlleva a explicitar las
caractersticas o cualidades que nos permiten describir a los cuerpos,
mismas que se resumen en dos grupos:
2.2.1 PROPIEDADES EXTENSIVAS, GENERALES O ADITIVAS.
Son comunes a los cuerpos y no permiten diferenciar individualmente;
dependen de la cantidad de materia, as por ejemplo: masa, peso, inercia,
volumen, discontinuidad, extensin, longitud, divisibilidad,
impermeabilidad; por si solas no son de gran utilidad para su identificacin.
2.2.2 PROPIEDADES ESPECFICAS O INTENSIVAS.
Su valor es definido por lo cual permite, diferenciar los cuerpos, color,
olor el sabor, dureza, densidad, peso especfico, temperatura, punto de
fusin, punto de ebullicin, maleabilidad, dustibilidad, poder oxidante,
poder reductor, acidez, ndice de refraccin, solubilidad, presin de vapor,
resistencia elctrica, conduccin de calor, longitud de onda, resonancia
magntica y nuclear (determinacin de espectros).
La caracterstica que origina la transformacin de una sustancia en
otra, cambindole su naturaleza se denominan Propiedades Qumicas, la
misma que de acuerdo a su composicin se dividen en:
2.2.2.1 Sistema Homogneo:
Cuando est constituida de una sola fase, se caracteriza por poseer las
mismas propiedades a lo largo de toda su composicin. Ejemplo: Elementos
como el Hierro (Fe) o Compuestos como el Cloruro de Sodio (NaCl) una
solucin de azcar en agua.
2.2.2.2 Sistema Heterogneo:
Cuando est formada por dos o ms fases o cuando los componentes
de un cuerpo pueden diferenciarse a simple vista sin necesidad de recurrir a
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 28
mtodos de anlisis qumicos. Ejemplo Mezclas como el Azufre ms el Hierro
(S+Fe) donde es posible separar sus componentes por procedimientos fsicos
o qumicos, gelatina agua, etc.
2.3 CONSTITUCIN DE LA MATERIA.
La materia est formada por pequesimas porciones denominadas
tomos. Esta idea fue introducida por el sabio griego Demcrito6, y
defendida por Dalton a principios del siglo XlX, fue muy discutida en esta
poca, pero confirmada posteriormente.
Segn Dalton7, los tomos son como pequeos bloques o ladrillos con
los que se construyen todas las clases de materia. Indica adems, que esas
piezas elementales son indivisibles, pero poco despus se confirm que s se
podan dividir en fragmentos ms pequeos, cuando Thompson8 descubri el
electrn se confirm que los tomos no son indivisibles y se reafirmo que los
tomos son elctricamente neutros, cada uno tendra la carga positiva
necesaria para equilibrar la negativa de los electrones.
2.3.1 CUERPOS SIMPLES Y COMPUESTOS. MEZCLAS Y
COMBINACIONES
Al estudiar la materia, resulta importante hacer referencia a lo que se
entiende por sustancia y cuerpo. La primera define las diferentes clases de
materias que existen en la naturaleza y la segunda a todos los seres y cosas
que existen en ella.
Al respecto, si se examinan los cuerpos que nos rodean y lo que
perciben nuestros sentidos, nos vemos impulsados a preguntar: de qu
estn formados los cuerpos? Ese algo, es la sustancia que constituyen los
cuerpos, es lo que llamamos materia y est compuesta de partculas muy
pequeas llamadas tomos, ya sea en forma de sustancias puras o de
6 Demcrito de Abdera vivi entre los aos 460 al 370 a. C., siendo contemporneo a Scrates.
7 Dalton, John (1766-1844), qumico y fsico britnico.
8 En 1904 Thompson recibi el premio Nobel de Fsica por este descubrimiento. Modelo del tomo de
Thompson.
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 29
mezclas. Mondragn. (2002) indica que la materia puede presentarse como
una sustancia pura o como una mezcla. Una sustancia pura es aquella
compuesta por un solo tipo de materia, presenta una composicin fija y se
puede caracterizar por una serie de propiedades especficas. Las sustancias
puras no pueden separarse en sus componentes por mtodos fsicos
Segn la composicin qumica, las sustancias puras se clasifican en:
sustancias, cuerpos simples o elementos qumicos y sustancias compuestas
o compuestos qumicos.
2.3.2 ELEMENTO QUMICO.
Se define como la forma bsica de la materia, es una substancia pura
que no puede descomponerse en otras ms sencillas, pero puede combinarse
con otros elementos para formar compuestos, se los representa mediante
smbolos y se clasifican en dos grupos: los metales y No-metales9.
2.3.3 COMPUESTO QUMICO.
Es una sustancia pura formada por la combinacin qumica de dos o
ms elementos en proporciones definidas, homognea, esto es formando una
sola fase. Se los representa por medio de frmulas. Una frmula qumica
constituye la representacin en forma abreviada de la composicin de un
compuesto, contiene los smbolos de los tomos presentes en la molcula,
presenta una serie de subndices que indican el nmero exacto de tomos de
cada elemento. Permite identificar a un elemento o compuesto. Una frmula
cumple en primer lugar con la indicacin de los elementos presentes en la
molcula, segundo aclara el nmero de tomos y tercero especifica los
coeficientes y subndices. Los coeficientes afectan a todos los elementos de la
molcula y los subndices afectan solamente al tomo que le acompaan. En
resumen, es Un mensaje en clave!
9 No metales denominados anteriormente metaloides
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 30
Los compuestos qumicos, se pueden descomponer por medio de
procedimientos qumicos con la participacin de variaciones de condiciones
fsicas, se clasifica en dos grandes grupos: a) los compuestos orgnicos y, b)
los compuestos inorgnicos.
2.3.4 MEZCLAS.
La materia puede estar formada por molculas diferentes y en ese caso
se llama una MEZCLA o por molculas que son todas iguales que es lo que
llamaramos un COMPUESTO QUMICO, o una SUSTANCIA
QUMICAMENTE PURA.
Un ejemplo que puede aclarar conceptos, es el caso del aire. Est
formado, en su mayor proporcin, por molculas de nitrgeno y de oxgeno,
esto significa que el oxgeno y el nitrgeno son dos sustancias
completamente independientes, entre las cuales no existe ninguna unin.
Los enlaces qumicos son en este caso de tomos de oxgeno con otros
tomos de oxgeno, los de los tomos de nitrgeno son con otros tomos de
nitrgeno, por eso el aire es una mezcla. Se reconoce, que en el aire hay ms
sustancias, pero por asuntos de explicacin, se hace referencia a los dos
componentes ms importantes y en mayor proporcin.
Como se puede apreciar en el ejemplo, los componentes que lo
constituyen estn conformando entre s uniones de tipo fsico, cuya
composicin qumica no cambia, en consecuencia se puede mediante un
proceso eminentemente fsico separarlos. Se aprecia adems, que la
estructura de cada sustancia no cambia; por lo tanto, cada elemento que la
integra se conserva inalterable en todas y cada una de sus propiedades
fsicas y qumicas; sobre esta base las mezclas no tienen propiedades
especficas bien definidas por ello dependen de su composicin
(concentracin), que puede ser variable segn la proporcin en la que
intervengan los distintos constituyentes que la conforman. De esta manera,
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 31
no hay proporciones fijas o rgidas en torno a su constitucin, se pueden
separar por procedimientos fsicos.
SISTEMAS HOMOGNEOS.
Se definen a aquellos que mantienen un aspecto uniforme a lo largo de
toda su composicin, el caso de una solucin la cual esta constituida por un
soluto y un solvente, esto es poseen una sola fase, por esta razn, no se
distingue visualmente sus componentes, se las conoce como soluciones o
disoluciones.
SISTEMAS HETEROGNEOS
Son aquellos que estn constituidos por una fase discontinua y una fase
continua, la primera denominada dispersa y la segunda dispersante. Las
partculas (macromolculas o molculas) suspendidas que caracterizan a un
sistema heterogneo presentan el fenmeno de Tyndall y movimiento
browniano, a estos sistemas se los denomina suspensiones o coloides.
SISTEMAS COLOIDALES.
Son sistemas heterogneos en los que se aprecia con mayor claridad la
separacin de las fases, generalmente estn formadas por una fase dispersa
slida insoluble en la fase dispersante lquida, por lo cual tiene un aspecto
opaco y, si se dejan en reposo, las partculas de la fase dispersa se
sedimentan.
El sistema coloidal se caracteriza por estar constituido por partculas
suspendidas en una fase continua, estas partculas no pueden atravesar
una membrana semi-permeable de un osmmetro.
La definicin clsica de coloide, tambin llamada dispersin coloidal, se
basa en el tamao de las partculas que lo forman. Poseen un tamao
pequeo, tanto que no pueden verse con los mejores microscopios pticos,
aunque son mayores que las molculas ordinarias. Las partculas que
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 32
forman los sistemas coloidales tienen un tamao comprendido entre 50 y
2.000 .
En la actualidad se sabe que cualquier sustancia, puede alcanzar el estado
coloidal, ya que la fase dispersante como la fase dispersiva, pueden ser un
gas, un lquido o un slido, excepto que ambos no pueden estar en estado
gaseoso, son posibles ocho sistemas coloidales:
Medio de dispersin
Fase dispersa Nombre Ejemplos
Gas
Lquido Slido
Aerosol lquido Aerosol slido
Niebla, nubes, Polvo, humo.
Lquido
Gas Lquido Slido
Espuma Emulsin Sol
Espumas (de jabn, cerveza, etc.), nata batida. Leche, mayonesa. Pinturas, tinta china, goma arbiga, jaleas
Slido
Gas Lquido Slido
Espuma slida Emulsin slida Sol slido
Piedra pmez. Mantequilla, queso. Algunas aleaciones, piedras preciosas coloreadas
2.4 LA ENERGA. DEFINICIN
La Energa es la capacidad que tiene un cuerpo o un sistema fsico
para realizar un trabajo. La materia posee energa como resultado de su
movimiento o de su posicin en relacin con las fuerzas que actan sobre
ella; cuando se manifiesta en forma de movimiento se conoce como energa
cintica, mientras que la relacionada con la posicin es la energa potencial.
Un pndulo que oscila tiene una energa potencial mxima en los extremos
de su recorrido; y, en todas las posiciones intermedias tiene energa cintica
y potencial en proporciones diversas. Un cuerpo posee energa cuando es
capaz de efectuar un trabajo. La materia y la energa son simplemente dos
manifestaciones de un todo que constituye el universo entero.
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 33
En 1906 Albert Einstein10 con su TEORA DE LA RELATIVIDAD,
demostr que la energa puede transformarse en materia o viceversa,
representada en la expresin matemtica: la energa (E) es igual a la masa
(m) del cuerpo multiplicada por el cuadrado de la velocidad de la luz
(c=300000 km/s)
2.4.1 FORMAS DE ENERGA.
La energa se manifiesta en varias formas: de calor (energa trmica), de
movimiento (energa cintica), de posicin (energa potencial), de posicin y
movimiento (energa mecnica), por variacin de temperatura (energa
trmica o calrica), por reacciones qumicas que desprenden calor (energa
qumica), por atraccin y repulsin de campos magnticos (energa elctrica),
energa liberada por los tomos (energa radiante o atmica); todas las
formas de energa pueden convertirse en otras formas mediante procesos
adecuados. Las siguientes son las manifestaciones de energa ms
importantes dentro del grupo de las formas de energa:
Energa Potencial.
Energa Cintica.
Energa Trmica.
Energa Qumica.
Energa Atmica.
2.4.2 ENERGA POTENCIAL.
Es aquella energa que est en reposo o en estado latente, proviene de un
cambio de configuracin de un sistema y se constituye en la energa
almacenada; Se define como la energa que posee un sistema debido a su
posicin o a su composicin qumica. La gasolina y el azcar de mesa poseen
10
Albert Einstein, fsico de origen alemn, premio Nobel de Fsica, Teora de la Relatividad.
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 34
energa potencial debido a su composicin qumica. Un automvil
estacionado en una colina tiene energa potencial debido a su posicin. En la
mayor parte de las reacciones qumicas, la energa potencial de las
sustancias que intervienen disminuyen. En otras palabras, los compuestos
de alta energa se convierten por lo general en compuestos de baja energa,
debido a que todo sistema tiende a su estado termodinmicamente ms
estable que constituye el de ms baja energa.
La cantidad de energa potencial que posee un sistema es igual al
trabajo realizado sobre el mismo para situarlo en cierta configuracin. La
energa potencial tambin puede transformarse en otras formas de energa,
al respecto, cuando se suelta una pelota situada a una cierta altura, la
energa potencial se transforma en energa cintica.
La energa potencial se manifiesta de diferentes formas; los objetos
elctricamente cargados tienen energa potencial como resultado de su
posicin en un campo elctrico. Un explosivo tiene energa potencial
qumica que se transforma en calor, luz y energa cintica al ser detonado.
Los ncleos de los tomos tienen una energa potencial que se transforma en
otras formas de energa en las centrales nucleares.
2.4.3 ENERGA CINTICA.
Es la que posee un cuerpo por su estado de movimiento. Por ejemplo la
energa almacenada en una represa de agua cuando se produce la abertura
de una compuerta dando como resultado arrastre de todo lo que encuentra a
su paso observndose en todo caso que a existido esta transformacin de
una energa eminentemente potencial a una cintica.
Las relaciones entre energa cintica, energa potencial, y entre los conceptos
de fuerza, distancia, aceleracin, pueden ilustrarse mediante el siguiente
ejemplo: Cuando un objeto se levanta desde su estado de reposo y se aplica
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 35
una fuerza vertical positiva gana en energa tanto cintica como potencial, la
primera que hace referencia al movimiento que requiere tener ese cuerpo
para llegar a su estado de posicin final 2 que puede encontrarse a una
altura final (h1), al llegar a esta altura toda la energa adquirida por el cuerpo
se transforma en energa potencial, tal como se demuestra en el siguiente
grfico.
La energa cintica viene expresada mediante la siguiente ecuacin11:
2.4.4 ENERGA TRMICA.
Es una forma de energa producida mediante la combustin de
materiales en mquinas trmicas, como la hulla, el petrleo, el gas natural.
La energa trmica puede transformarse en otras formas tiles de energa,
por ejemplo, la energa elctrica generada por una central termoelctrica, la
energa cintica de una turbina producida por el vapor de agua en una
caldera, al hervir agua esta se evapora y puede usarse para mover l embolo
de algunas mquinas.
Cuando se hace referencia a la energa trmica como calrica, se la
puntualiza como la energa que se trasmite entre dos cuerpos que se
encuentran a diferente temperatura; cuando dos cuerpos se ponen en
contacto trmico, fluye energa desde el de mayor temperatura al de menor
temperatura, hasta el equilibrio. La energa calrica es utilizada para generar
movimiento de diversas mquinas; recibe el nombre de calor. Su unidad
trmica es el Joule12 (J), su unidad histrica es la calora13, en el campo
biolgico la Kilocalora (1000 caloras) Calora grande (C).
11
12
Un joule es igual 0,23901 caloras. 13
Una calora es igual a 4,184 Joules.
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 36
2.4.5 ENERGA QUMICA.
La humanidad ha utilizado desde su existencia reacciones qumicas
para producir energa, como ser la combustin de madera o carbn, hasta
mecanismo ms sofisticado, como los que se producen en los motores
modernos (aviones o naves espaciales, etc.); van acompaadas de un
desprendimiento, o absorcin de energa.
Es interesante analizar el resultado del alimento que ingerimos. En
nuestro cuerpo es la produccin de energa para realizar diferentes
actividades diarias o un trabajo determinado. Las clulas requieren energa
para llevar a cabo la mayora de los procesos biolgicos. La energa de los
seres vivos es aquella que se encuentra concentrada en las uniones qumicas
de los alimentos que toma y de los compuestos que ellos mismos sintetizan
en sus procesos metablicos. Todas las clulas transforman energa, las
clulas vegetales utilizan la luz solar para obtener carbohidratos (azcares y
almidn) a partir de principios qumicos inorgnicos simples. En este
proceso, (fotosntesis), la energa solar se convierte en energa qumica de
reserva. Si los carbohidratos de estas plantas son ingeridos por un animal,
se produce su ruptura y su energa qumica se transforma en movimiento
(energa cintica), calor corporal o enlaces qumicos nuevos.
En toda esta serie de transformaciones, existe una prdida de energa
hacia el medio ambiente, generalmente en forma de energa trmica (calor).
Esta energa no puede generar trabajo til debido a que se ha liberado. La
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 37
Segunda Ley de la Termodinmica14 establece que, con el tiempo, cualquier
sistema tiende a un desorden mayor; es decir, incrementa su entropa15.
2.4.6 ENERGA ATMICA.
Es la que se obtiene a partir de la fisin y fusin nuclear de un tomo.
Al estallar un tomo se producen nuevas sustancias que bombardean
nuevos tomos hasta agotar su existencia.
2.4.7 ENERGA SOLAR.
Fundamentada en la radiacin proveniente del sol que permite
mediante procesos/sistemas transformarla en energa elctrica u otras
formas de energa.
2.4.8 ENERGA HIDRULICA.
Se utiliza principalmente para producir energa elctrica, que consiste
en el uso de grandes almacenamientos de agua o movimientos naturales de
la misma que aplicados a una turbina permite transformar esa energa
potencial o cintica en elctrica. Una aplicacin de sta es la producida por
las mareas.
2.4.9 ENERGA ELICA.
Es la utilizacin de los cambios de direccin de grandes masas de aire
que aplicados sobre aspas generan movimiento y a su vez este produce
energa, para que esto ocurra la velocidad del viento tiene que ser entre 5 y
25m/s.
14 Segn Claussius, la Segunda Ley de la Termodinmica afirme que Es imposible que en un proceso cclico transferir calor desde un lugar frio a un lugar caliente, sin que se produzcan cambios energticos en otros cuerpos. Kelvin Es imposible extraer calor mediante un proceso cclico de un reservorio y convertirlo completamente en trabajo, sin transferir en la misma operacin calor de un lugar frio a un lugar
caliente. En consecuencia es imposible que exista una maquina perpetuo mvil de segunda clase. 15 Entropa, medida del estado de orden y desorden de un sistema.
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 38
2.4.10 GENERACIN DE ENERGA A PARTIR DE BIOMASA.
Es el resultado de un proceso de descomposicin complejo en el que
intervienen reacciones de tipo qumica-biolgica sobre material orgnico,
este proceso da como resultado la formacin de productos qumicos los
cuales pueden ser utilizados con finalidades de generacin de energa. Es
necesario puntualizar que si bien es cierto es una forma de reducir
problemas de contaminacin de productos denominados residuos, tambin
constituyen un sistema que aporta considerable cantidad de gases que son
causantes del calentamiento global como ser la formacin de metano,
anhdrido carbnico, entre otros.
2.4.11 ENERGA GEOTRMICA.
Consiste en aprovechar la energa trmica del interior de la Tierra. El
interior de la Tierra es caliente como consecuencia de la fusin de las rocas.
Se han encontrado rocas a ms de 200C. El agua caliente tambin sale al
exterior por grietas de las rocas.
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 39
3. LOS SISTEMAS DE UNIDADES
La importancia de la medicin radica dentro del campo de la fsica cuando se
intenta describir la naturaleza de una forma objetiva por medio de las
mediciones; y, dentro del campo de la qumica su importancia radica en
comprender los aspectos energticos de los sistemas qumicos a escalas
macroscpicas, moleculares y atmicas sobre la base de su composicin y
estructura. De all, que gran parte de nuestro conocimiento descansa sobre
una base de medicin ingeniosa, de su clculo sencillo para su
cuantificacin valorativa dentro del campo de la estequiometra y bajo la
denominacin de concentracin16.
Para ello es necesario puntualizar dos tminos el primero medir como un
procedimiento mediante el cual se puede conocer la magnitud de un objeto
comparndolo con otro de la misma especie que le sirve de base o patrn. Y
el segundo magnitud que constituye en toda propiedad de los cuerpos en
que se puede medir. (Longitud, temperatura, velocidad, densidad, masa,
peso, aceleracin, superficie, volumen entre otras).
Bajo estas conceptulaizaciones podemos sealar que a partir del ao 1960,
se creo y se estableci un solo sistema de unidades para ser utilizado por
todos los pases denominado Sistema Internacional de Unidades (SI)
(M.K.S.). Sin embargo, existen otros sistemas y subsistemas que hasta
nuestros das se utilizan otros sietemas como el caso del sistema cegesimal
(C.G.S.); el sistema ingls y los sistemas tcnicos, gravitacionales o de
ingeniera (peso).
3.1 MAGNITUDES FUNDAMENTALES Y DERIVADAS
3.1.1 LAS MAGNITUDES FUNDAMENTALES:
16
Concentracin es la medida de la cantidad de soluto por unidad de cantidad de disolvente o solucin y puede
ser expresada de diferentes formas, en funcin de la unidad y unidades empleadas.
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 40
Sirven de base para obtener las dems magnitudes y que forman parte
del Sistema Internacional tenemos:
Magnitud Unidad Smbolo
Longitud metro m
Masa kilogramo kg
Tiempo segundo s
Intensidad de corriente elctrica
ampere A
Temperatura termodinmica kelvin K
Intensidad luminosa candela cd
Cantidad de materia mol mol
Para un ngulo plano (2 dimensiones); y, un ngulo slido (3 dimensiones)
Dentro de las principales unidades que intervienen en los diversos sistemas
tenemos:
Longitud: magnitud fundamental para medir distancias o dimensiones en el
espacio y se constituye en la distancia entre dos puntos. Su unidad SI es el
metro. En qumica se utilizan comnmente varios submltiplos del metro,
como son el centmetro (cm), el milmetro (mm) y el micrmetro (um)
Masa: magnitud fundamental que se utiliza para describir cantidades de
materia; se constituye la cantidad de masa que contiene un cuerpo. Su
unidad SI es de kilogramos (kg). En qumica se utiliza preferiblemente el
gramo (gr) en vez de kilogramos, ya que este representa una masa muy
grande en comparacion con las cantidades que se miden normalmente en el
laboratorio. Otra unidad de masa bastante empleada en qumica es la
unidad de masa atmica (uma) que sirve para denotar el peso de las
partculas extremadamente pequeas (tomos, molculas, partculas,
compuestos).
Tiempo: es el flujo hacia delante de los eventos, es la cuarta dimensin
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 41
3.1.2 LAS MAGNITUDES DERIVADAS:
Se obtienen cuando se multiplican o dividen dos o ms magnitudes
fundamentales asi tenemos entre las rincipales:
Magnitud Unidad Abreviatura Expresin SI
Superficie metro cuadrado m2 m2
Volumen metro cbico m3 m3
Velocidad metro por segundo m/s m/s
Fuerza newton N Kgm/s2
Energa, trabajo julio J Kgm2/s2
Densidad kilogramo/metro cbico Kg/m3 Kg/m3
Cuando no referimos a los Sistemas Absolutos estamos haciendo nfasis en
aquellos sistemas en los cuales se usan como unidades fundamentales la
longitud, la masa y el tiempo, entre ello tenemos:
Sistema Internacional
Sistema c.g.s.
Sistema Ingles
Los cuales se resumen en el siguiente cuadro:
Magnitud SI c.g.s. Ingls
Longitud metro (m) centmetro (cm) pie (ft)
Masa kilogramo (kg) gramo (g) libra (lb)
Tiempo segundo (s) segundo (s) segundo (s)
rea o Superficie m2 cm
2 pie
2
Volumen m3 cm
3 pie
3
Velocidad m/s cm/s pie/s
Aceleracin m/s2 cm/s
2 pie/s
2
Fuerza kgm/s2 = newton gcm/s
2 = dina librapie/s
2 = poundal
Trabajo y Energia Nm= joule dinacm = ergio poundalpie
Presion N/m2 = pascal dina/cm
2 = baria poundal/pie
2
Potencia Joule/s=watt ergio/s poundalpie/s
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 42
En muchos casos, la magnitud que pretendemos medir es tan grande o tan
pequea, que la unidad basica o derivada respectivamente no es la
apropiada. As cuando el metro como unidad no es adecuado para expresar
distancias tan grandes como la que existen entre los planetas, ni tampoco
para indicar dimensiones de objetos tan pequeos como las bacterias o los
atomos.
El SI resuelve este problema mediante el empleo de factores de
multiplicacin o multiplicadores decimales y de prefijo, para obtener
mltiplos y submltiplos de las unidades bsicas.
MLTIPLOS DEL SI SUBMLTIPLOS DEL SI
Prefijo Smbolo Factor Prefijo Smbolo Factor
YOTTA Y 1024 deci d 10-1
ZETTA Z 1021 centi c 10-2
EXA E 1018 mili m 10-3
PENTA P 1015 micro u 10-6
TERA T 1012 nano n 10-9
GIGA G 109 pico p 10-12
MEGA M 106 femto f 10-15
KILO K 103 atto a 10-18
HECTO H 102 zepto y 10-21
DECA D 101 yocto z 10-24
A la hora de expresar grande o pequeas medidas por medio de los prefijo y
multiplicadores decimales se debe tener presente el factor de conversin que
resulta de la razn obtenida entre dos cantidades equivalentes expresada en
unidades diferentes, que se obtienen siempre a partir de una relacin
validada entre dichas unidades.
Para encontrar el valor numrico, en el campo de las ciencias exactas se
utiliza el factor de conversin que resulta ser aquella relacin entre los
sistemas de unidades que vincula la unidad entre el sistema actual y la
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 43
unidad en el sistema nuevo, adicionalmente estos trminos se utiliza en
campos especficos de las ciencias, como el caso de la qumica bajo la
denominacin de factor qumico que en este caso relaciona la substancia
buscada y la substancia dada o en estequiometria con la denominacin de
factor molar, mismo que relaciona el nmero de moles de substancia
deseada y el nmero de moles de substancia de partida, constituyndose por
tanto la base en las determinaciones gravimetricas y volumetricas.
El factor de conversin tambin se suele expresarse mediante la siguiente
ecuacin: Cantidad deseada= cantidad dada * factor de conversin
Aplicando tenemos, por ejemplo, si una persona tiene una altura de 187cm
cual es su altura expresada en metros?
La distancia del sol a la tierra es de 150 millones de Kilmetros. Exprese
esta distancia en cm?
Un cuerpo es sometido a un proceso de transformacin cuya masa es 3,2 gr. Exprese esta masa su equivalencia tanto en micro gramos como en kilogramos?
Unidad Actual
Sistema Factor de Conversin Unidad Nuevo
Sistema
Fc =
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 44
Determinar la equivalencia de 0,132 nanogramos (ngr), expresados en micro
gramos ( , miligramos y en picogramos ( respectivamente
3.1.3 OTRAS MAGNITUDES UTILIZADAS EN QUMICA
3.1.3.1 VOLUMEN
Es el espacio ocupado por un cuerpo y como tal tiene una
amplia aplicacion en qumica. La unidad SI del volumen es el metro cubico
m3.
En el sistema mtrico un litro (lit) equivale a un decmetro cubico (dm3) y
un mililitro (mL) equivale a un centmetro cbico (cm3) y son la unidades
mas utilizadas en el campo de la qumica.
3.1.3.2 PESO
El peso es otra unidad definida como la atraccin que ejerce la tierra
sobre la masa de un cuerpo y se representa por la siguiente formula:
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 45
La fuerza gravitacional depender del sistema de unidadesque se utiliza:
Magnitud SI c.g.s. Ingls
Gravedad
Gravedad Absoluta
Masa a Peso
Peso a Masa
La relacin entre el peso y la masa podemos expresar que las unidades que
se expresan dentro de la gravedad absoluta tenemos:
(kg; g; y, lib) se refiere a la expresin de la masa
(kgf; gf; y, libf) se refiere a la expresin de la fuerza o peso
3.1.3.3 DENSIDAD:
Es un concepto que es utilizado en el campo de la qumica para definir la
relacin existente entre la cantidad de masa de un cuerpo por unidad de
volumen, descrita en la siguiente expresin matemtica:
La unidad del SI para la densidad es kg/m3. Si embargo se utiliza en
qumica gr/ml. Sin dejar de lado las unidades afines tanto para la masa
como para el volumen.
3.1.3.4 PESO ESPECFICO
El peso especfico de una sustancia es la relacin entre el peso conocido de
la sustancia y la unidad de volumen que ocupa.
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 46
De las unidades
Magnitud SI c.g.s. Ingls Tcnico
Peso Especfico
Un (kilopondio) o un kilogramo-fuerza representan el peso de una masa
de un kilogramo en la superficie terrestre y equivale 9,81 Newton (9,80665
Newton); entonces tenemos que
RELACIN ENTRE EL PESO ESPECFICO Y LA DENSIDAD.
El peso especfico y la densidad son evidentemente magnitudes distintas si
comparamos a travs de las definiciones, pero entre ellas hay una ntima
relacin. Si el peso de un cuerpo es igual a su masa por la aceleracin de la
gravedad:
Relacionando la densidad con el eso especfico tenemos:
De ello tenemos que: el peso especfico de una sustancia es igual a su
densidad por la aceleracin de la gravedad.
PESO ESPECFICO ABSOLUTO Y RELATIVO
El peso especfico puede ser absoluto o relativo. El peso especfico Absoluto
es la relacin entre el peso y la unidad de volumen de un cuerpo homogneo.
El peso especfico relativo es la relacin entre el peso de un cuerpo y el peso
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 47
de igual volumen de una sustancia tomada como referencia; para los slidos
y lquidos se toma como referencia el agua destilada a 4C, su valor es
adimensional
En el casode la mecnica de los suelos el peso especfico relativo o
gravedad especfica de un suelo se toma como el valor promedio para los
granos del suelo. Este valor es necesario para calcular la relacin de vacios
de un suelo, se utiliza tambin en el anlisis de hidrmetro17 y es til para
predecir el peso unitario de un suelo. Generalmente se utiliza para clasificar
los minerales del suelo. La gravedad especfica de cualquier sustancia se
define como el peso unitario del material en cuestin dividido por el peso
unitario del agua destilada a 4 C
3.1.3.5 VELOCIDAD DE REACCIN:
Cantidad de partculas formadas o desaparecidas por unidad de tiempo, las
unidades utilizadas son moles formados/segundos. (mol/s)
3.1.3.6 TEMPERATURA Y CALOR
El calor corresponde a la medida de la energa que se transfiere de un
cuerpo a otro debido a la diferencia de temperatura existente entre ellos. La
unidad que se utiliza comnmente para medir el calor es la calora (cal), que
se define como la cantidad de calor requeridad para elevar la temperatura de
1gramo de agua a un 1 grado centgrado. Frecuentemente se emplea un
mltiplo dela calora denominado kilocaloria o calora grande que equivale a
1000 caloras.
Para la valoracin cuantitativa de la Temperatura se utiliza las Escalas
Absolutas y Relativas. Las primeras integradas por grados Kelvin y Rankine
y las segundas por los grados Centgrados y los Farenheit, las cuales se
representan mediante las expresiones que a continuacin se describen..
17
Instrumento desarrollado para el uso de medir la densidad relativa o gravedad especfica de varios lquidos.
Mide la densidad en relacin a su radio, somparado contra la densidad del agua. La densidad relativa del agua es
una constante de 1,0 y para obtener una lectura precisa, debe haber partes iguales de agua y de otro lquido a
medir.
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 48
K C F R
ESCALAS DE TEMPERATURA
Punto de ebullicin del agua
Punto de fusin del hielo
Cero absoluto00
0 32
0
273 492
460
- 460- 273
100 212 672373
100
C
=100
15,273K =
180
32F =
180
492R
5
C
=5
15,273K =
9
32F =
9
492R
-
ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I
Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 49
4. NOMENCLATURA QUMICA
4.1. NMERO DE OXIDACIN - VALENCIA18.
El nmero de oxidacin es un nmero entero que representa el nmero de
electrones que un tomo pone en juego cuando forma un compuesto
determinado. El nmero de oxidacin es positivo si el tomo pierde electrones, o los
comparte con un tomo que tenga tendencia a captarlos. Y ser negativo cuando el
tomo gane electrones, o los comparta con un tomo que tenga tendencia a
cederlos.
El nmero de oxidacin se escribe en nmeros romanos (caso nomenclatura de
Stock): I+, II+, III+, IV+, I-, II-, III-, IV- Pero tambin se utiliza caracteres arbigos
para referirnos a ellos: 1+, 2+, 3+, 4+, 1-, 2-, 3-, 4- , lo que nos facilitar los
clculos al tratarlos como nmeros enteros.
En los iones monoatmicos la carga elctrica coincide con el nmero de oxidacin.
Cuando nos referimos al nmero de oxidacin el signo + o - lo escribiremos a la
derecha del nmero. Por otra parte la carga de los iones, o nmero de carga, se
debe escribir con el signo a la derecha del dgito: Ca2+ in calcio (2+), CO32- in
carbonato (2-).
Frecuentemente nos preguntamos Ser tan complicado saber cul es el nmero de
oxidacin que le corresponde a cada tomo? Pues no, basta con conocer el nmero
de oxidacin de los elementos que tienen un nico nmero de oxidacin, que son
pocos, y es fcil deducirlo a partir de las configuraciones electrnicas. Los nmeros
de oxida