Materia, cambios físicos y químicos. Estructura del átomo

Fredy Quispe Jacobo

UNIVERSIDAD CATÓLICA SAN PABLO

Arequipa, 12 de Marzo del 2012

QUÍMICA

FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL Y COMPUTACIÓN

Objetivo

Comprender los fundamentos de la química.

Bibliografía

Química Brown, Theodore L. - LeMay, H. Eugene - Bursten, Bruce E. - Burdge, Julia R. México: Pearson educacion,2004 Química Chang, Raymond. México: McGraw-Hill,2002

Jesús le dijo: Yo soy el camino, y la verdad, y la vida; nadie viene al Padre, sino por mí (Juan 14:6)

Materia

Todo lo que ocupa un lugar en el espacio y tiene masa.

Ejm: el aire que respiramos, el agua que bebemos, las frutas que consumimos

Masa

Medida de la cantidad de materia de un objeto. Se determina en la balanza.

Peso

Fuerza que ejerce la gravedad sobre un objeto. Ejm el peso de un objeto en la luna es 1/6 de su valor en la tierra.

Sustancia

Forma de materia que tiene una composición definida y propiedades distintivas. Las sustancias se pueden identificar por su aspecto, olor, sabor y otras propiedades.

Tabla 1. Comparación de agua, hidrógeno y oxígeno

Propiedades Agua Hidrógeno OxígenoEstado* Líquido Gas GasPunto de ebullición normal (°C) 100 -253 -183Densidad* 1 g/mL 0,084 g/L 1,33 g/LInflamable No Sí No* A temperatura ambiente y presión atmosférica

Mezcla

Combinación de dos o más sustancias en la cual éstas mantienen su identidad. Ejm: gaseosa, cemento, leche, aire.

Mezclas homogéneas

Las sustancias que forman la mezcla son indistinguibles unas de otras, formando una sola fase. Ejm: agua y sacarosa, el aire.

Figura 1. Composición del aire (%) en volumen, libre de vapor de agua

Mezclas heterogéneas

Las sustancias que forman la mezcla se pueden distinguir unas de otras. Ejm: arena y virutas de hierro, agua y aceite.

Las mezclas homogéneas y heterogéneas se pueden separar por métodos físicos.

Elementos

Sustancia que no se puede separar en sustancias más simples por medios químicos. En la actualidad se conocen 112 elementos, los cuales varían ampliamente en su abundancia, y sólo 83 se encuentran en forma natural en la tierra.

Símbolo

Los elementos se denotan por símbolos con una o dos palabras, siendo la primera mayúscula.

Figura 2. Composición de la tierra (%)

Tabla 2. Algunos elementos comunes y sus símbolosCarbono, C Aluminio, Al Cobre, Cu de cuprumFlúor, F Bario, B Hierro, Fe de ferrumHidrógeno, H Calcio, C Plomo, Pb de plumbumYodo, I de iodine Cloro, Cl Mercurio, Hg de hydrargyrumNitrógeno, N Helio, He Potasio, K de kaliumOxígeno, O Magnesio, Mg Plata, Ag de argentumFósforo, P de phosphorus Platino, Pt Sodio, Na de natriumAzufre, S de sulfur Silicio, Si Estaño, Sn de stannum

Compuestos

Sustancias formadas por átomos de dos o más elementos unidos quimicamente en proporciones definidas. Ejm: H2O.

Compuestos iónicosEjm: sales inorgánicas (NaCl, NaOH, CaCl2, etc)

Compuestos covalentes, moléculasEjm: compuestos del carbono (CH4, C6H6, C2H5OH, etc)

Forma de representar las moléculas:a) Fórmula estructuralb) Dibujo en perspectivac) Modelo de bolas y palosd) Modelo de llenado de espacios

Ejm: Metano, CH4

Fórmula molecular, peso fórmula

Materia, cambios físicos y químicos. Estructura del átomo

Figura 3. Mezclas y sustancias

Se separan por métodos químicos

Propiedades de la materia

Físicas: color, olor, densidad, punto de fusión, punto de ebullición, dureza, etc. (se miden sin cambiar su identidad)

Químicas: combustión, cambio de coloración por el pH. (describe como la sustancia puede reaccionar, cambiando su identidad)

Intensivas: densidad, índice de refracción, etc (no dependen de la cantidad de materia)

Extensivas: masa, volumen, etc (dependen de la cantidad de sustancia)

Cambios físicos y químicos

Cambios físicos: la sustancia varía en su apariencia física pero no en su composición. Ejm: la evaporación del agua.

Cambios químicos: la sustancia se transforma en una sustancia químicamente distinta (reacción química). Ejm: Cuando se quema papel, etc.

Figura 4. Cambios físicos del agua

(a)

( c) (d)(b)

(e )

(f)

SÓLIDO GAS

LÍQUIDOFigura 5. Cambios de estado

ABP 1 TEORIA: Materia, sustancia, mezcla, compuesto, elemento, cambio físico y cambio químico

Unidades SI

El Sistema Internacional de Unidades de Medidas, es el fruto del esfuerzo de investigación para lograr un sistema de medidas exacto, práctico y universal

Se fundamenta en siete unidades de base, establecidas arbitrariamente y consideradas independientes, ya que no guardan relación entre sí. Estas unidades sirven para definir las demás:

Cantidad Nombre Símbolo

Longitud Metro mMasa Kilogramo kgTiempo Segundo sCorriente eléctrica Amperio ATemperatura termodinámica Kelvin KCantidad de sustancia Mol molIntensidad luminosa Candela cd

Unidades derivadasCantidad Expresión Nombre Símbolo

Aceleración lineal m/s2

Área m2

Densidad masa kg/m3

Densidad corriente A/m2

Trabajo, calor N.m Joule JFlujo, masa kg/s

Flujo, volumen m3/sFuerza (kg.m)/s2 Newton N

Frecuencia 1/s Hertz HzPresión N/m2 Pascal Pa

Velocidad lineal m/sVolumen m3

Uso de símbolos (algunas consideraciones)

- El SI no tiene abreviaturas, sólo símbolos. Ejm: Correcto A, incorrecto amp.; s correcto, incorrecto seg.- Los símbolos en minúscula, a menos que sea de origen nombre propio. Ejm: m para metro; Pa para Pascal.- Los símbolos y prefijos, no se escriben en cursiva. Ejm: ………. a una distancia de 73 km entre ……………..- Los símbolos son los mismo en singular y plural- Se debe dejar espacio entre el valor y símbolo. Ejm: 110 W, correcto; 110W, incorrecto.- No mezclar símbolos y nombres en la misma expresión. Ejm: Radianes por segundo o rad/s, correcto; radianes/segundo o radianes/s, incorrecto- Para representar cociente utilizar la forma: m/s, m o exponente negativo. s

Prefijos

Los prefijos expresan ordenes de magnitud en múltiplos de 1000, y proveen de una forma conveniente de expresar los números grandes y pequeños.

Ejm: 64 000 watt, es 64 kilowatt

18 000 metros, es 16 kilómetrro

Prefijo Símbolo Representa

yotta Y 1024

zetta Z 1021

exa E 1018

peta P 1015

tera T 1012

giga G 109

mega M 106

kilo k 103

hecto h 102

deca da 101

deci d 10-1

centi c 10-2

mili m 10-3

micro μ 10-6

nano n 10-9

pico p 10-12

femto f 10-15

atto a 10-18

zepto z 10-21

yocto y 10-24

Operaciones matemáticas con notación científica

a) Suma y restaSiempre que las potencias de 10 sean las mismas, se deben sumar los coeficientes

(o restar si se trata de una resta), dejando la potencia de 10 con el mismo grado. En caso de que no tengan el mismo exponente, debe convertirse el coeficiente, multiplicándolo o dividiéndolo por 10 tantas veces como se necesite para obtener el mismo exponente.

Ejemplo:2×105 + 3×105 = 5×105

3×105 – 0,2×105 = 2,8×105

2×104 + 3 ×105 - 6 ×103 = (tomamos el exponente 5 como referencia)= 0,2 × 105 + 3 × 105 - 0,06 ×105 = 3,14 ×105

b) MultiplicaciónPara multiplicar cantidades escritas en notación científica se multiplican los

coeficientes y se suman los exponentes.Ejemplo:

(4×1012)×(2×105) =8×1017

c) PotenciaciónSe eleva el coeficiente a la potencia y se multiplican los exponentes.Ejemplo: (3×106)2 = 9×1012.d) RadicaciónSe debe extraer la raíz del coeficiente y se divide el exponente por el índice de la

raíz.Ejemplos: raiz(9 x 1026) = 3 x 1013

Ejercicios:

1. Bajo ciertas condiciones la densidad del gas amoniaco es 0,625 g/L. Calcule la densidad en g/cm3

2. Convertir 4,2x10-4 m3 a mililitros

3. El área superficial y la profundidad promedio del oceáno Pacífico son de 1,8x108 km2 y 3,9x103 m, respectivamente. Calcule el volumen en L de agua en dicho oceáno.

http://www.agalano.com/Cursos/MetExpI/SIU.pdf

Lectura adicional: