Concepto fundamentales de química 2010 deza
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Modificadas por ...........Ing. Daniel Enrique Zambrano Arroyo 1 UNIVERSIDAD DE BOYACÁ FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍA PROGRAMA INGENIERÍA INDUSTRIAL PROGRAMA INGENIERÍA AMBIENTAL PROGRAMA INGENIERÍA SANITARIA PROGRAMA INGENIERÍA MECATRONICA CURSO: QUÍMICA GENERAL MODULO: CONCEPTOS FUNDMENTALES DE QUÍMICA
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UNIVERSIDAD DE BOYACÁ FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍA PROGRAMA INGENIERÍA INDUSTRIAL PROGRAMA INGENIERÍA AMBIENTAL PROGRAMA INGENIERÍA SANITARIA
PROGRAMA INGENIERÍA MECATRONICA
CURSO: QUÍMICA GENERAL
MODULO: CONCEPTOS FUNDMENTALES DE QUÍMICA
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Concepto fundamentales de química
El concepto de química
La materia y la energía
La estructuración oconstitución interna
del átomo
La composición Centesimal de la
sustancia
Se relacionan con
comoEn términos de En particular como
Ciencia de los Átomos y moléculas
En continua Transformación
La energía
Partículas Subatómicas
Base para
La materia
Obtener
Representación de Compuestos
La materia visible
Que se
relacionan con
Mol A través de como6,023 * 1023
Unidades
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Concepto fundamentales de química
Homogénea
Soluciones
La energía
Potencial
Especialmente
se representa por
Se presenta
En particular
puede ser
Heterogénea
Medios físicos
Cinética
Mezclas
La materia
Es básicamente
Fórmulas Compuestos
En forma
Elementos
Dos o más fases
Llamadas
una fase
Sustancias puras
Símbolos Se separan por Química
La materia y la Energía
o Representaciones de Compuestos
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INTRODUCCIÓN1
Los orígenes de la química se remontan a unos 3,500 años A.C
Con la prácticas de la metalurgia Las técnicas de tinturas La fabricación de cerveza entre otras Que son formas prácticas de ver como cambia la
materia 1Fuente: CARDENAS S. Fidel y GELVEZ Carlos. Química y Ambiente. Mc Graw Hill. 1999. pp, 21 – 29
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INTRODUCCIÓN
El florecimiento de la filosofía en la antigua Grecia, se ocupó del problema de la naturaleza íntima de la materia también contribuyo a su desarrollo, aunque, por muchos años, fue lento.
A partir de 1.772 con los trabajos de Antoine Lavoiser nació la Química moderna , y con ella, un rápido proceso de crecimiento y expansión
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INTRODUCCIÓN1
En la actualidad, la química es una ciencia central que, apoyada sobre sólidos fundamentos físicos y matemáticos, es también es un pilar para el desarrollo de las ciencias de la vida y de la medicina.
A través de la historia, el hombre ha estudiado: La materia Su estructura Sus propiedades Los cambios que experimenta Las variaciones de energía que acompañan estos procesos 1.CARDENAS S. Fidel y GELVEZ Carlos. Química y Ambiente. Mc Graw Hill. 1999,p .22
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INTRODUCCIÓN
Actualmente, se entiende que materia es todo aquello que existe en el universo y esta formado:
por partículas Átomos MoléculasSegún lo anterior es posible decir, que la química es la
ciencia de los átomos y las moléculas en continua transformación
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Materia y Energía
Pero si toda la materia que constituye el universo se conforma átomos y moléculas, cómo podemos distinguir un material de otro?:La materia tiene tres característica fundamental que son
1. Ocupa un lugar en el espacio
2. Posee masa
3. Tiene energía
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Materia y Energía
La masa es una medida de la cantidad materia que tiene una muestra de cualquier sustancia u objeto
Usualmente , se le identifica como un cuerpo La energía se ha definido como la capacidad para realizar un
trabajo o producir cambios tales como la posición o la temperatura de un objeto
Un objeto posee dos formas generales de energía: La cinética o la energía de un cuerpo en movimiento La potencial o energía almacenada.
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Materia y Energía
En química, es importante la energía potencial, es decir, la que posee la materia en razón de su posición o su composición
Es la llamada energía química, almacenada en las diferentes sustancias
Una de las características fundamentales de la energía es la capacidad de cambiar de una forma a otra:
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Materia y Energía
Por ejemplo: La energía eléctrica se puede transformar en
energía lumínica y en energía calorífica. La energía potencial de un cuerpo, situado en
un lugar elevado, se puede transformar en energía cinética, al caer
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Materia y Energía
Por ejemplo: La energía química almacenada en los
combustibles se transforma en energía calórica cuando el combustible arde, o en energía cinética cuando el combustible se quema, en el motor del automóvil.
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Ley de la conservación de energía Tanto los procesos físicos como los
químicos están acompañados de variaciones de energía tales como:
Absorción o emisión de calor, Emisión de luz o producción de electricidad
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Ley de la conservación de energía De cualquier manera, con excepción de
las transformacaciones nucleares, en ningún proceso se crea o se destruye energía: sólo se transforma.
Ésta es la ley de la Conservación de Energía
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Ley de la conservación de energía Así, la energía de la gasolina, por ejemplo,
se convierte en energía de movimiento del auto.
La energía cinética depende de la masa y la velocidad
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Ley de la conservación de la materia
Los trabajos cuidadosos de A Lavoisier, al pesar las cantidades de los reactivos antes de un cambio químico, y después, la cantidad de productos obtenidos, le permitieron enunciar la ley de conservación de la masa.
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Ley de la conservación de la materia
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Ley de la conservación de la materia
En los cambios químicos ordinarios, no se producen variaciones apreciables en la cantidad de materia que interviene.
En otros términos , en una reacción química, la masa de los reactivos es igual a la masa de los productos.
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Ley de la conservación de la materia
Dado que la gran mayoría de los cambios que se dan en el universo son físicos o químicos, en los cuales no se crea ni se destruye la masa, la ley de conservación de la masa se puede extender a toda la materia.
La materia no se crea ni se destruye, sino que se transforma.
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Ley de la conservación de la materia Por ejemplo: cuando arde una vela, la cantidad
de vela y de oxigeno que se consumen, se trasforma. En los productos de combustión:
Dióxido de carbono: CO2
Monóxido de carbono: CO Carbono como residuo: C Y Vapor de agua: H2O La cantidad de masa antes y después es la
misma.
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Ley de conservación de masa y energía
La ley de conservación de materia y de la energía se enuncia diciendo que la cantidad de materia y energía en el universo es constante.
En las explosiones nucleares, cantidades apreciables y, por tanto cantidades medibles de materia se transforman en energía
Estas observaciones se plasman en la ecuación de Einstein: E= m*c2 ; donde E es la energía,m, es la masa y c, la velocidad de la luz en el vacío (3*108 m/s una constante)
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Presentación de la materia en la naturaleza
El hombre del siglo XXI, es privilegiado, por cuanto en la vida diaria hace uso de muchos conocimientos producidos por los científicos en los últimos 200 años.
Gracias a esto, una mirada a los alrededores permite identificar la materia en diversos estados:
Sólido Líquido Gaseoso PLASMA
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Ley de conservación de masa y energía
Cuando se convierte un gramo de materia en energía, se produce 2,15 *1013 cal.
Con esta cantidad de calor, se pueden evaporar !30.000.000 litros de agua!
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Ley de conservación de la energía
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Los estados Básicos de la materia y sus transformaciones
Gaseoso
Líquido Sólido
Solidificación
Licuefacción Vaporización
Condensación
Sublimación
Inversa
Sublimación
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Los estados Básicos de la materia y sus transformaciones
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Los estados de la materia y sus transformaciones
Usualmente, se habla del estado físico de la materia a Temperatura y presión ambientes ya que, como es bien conocido, el estado físico de la materia cambia con la presión y la temperatura
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Cambios físicos y cambios químicos
Algunas propiedades físicas de la materia: Olor Color Volumen Estado físico Densidad Punto de fusión Punto de ebullición
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Cambios físicos y cambios químicos
Existe un cambio físico, cuando varía una de las propiedades anteriores, sin cambiar la naturaleza química de las sustancias ni su composición.
El agua mantiene su composición, bien sea en estado sólido, líquido o gaseoso, pero sus propiedades físicas son diferentes.
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Cambios físicos y cambios químicos
Las propiedades químicas de una sustancia hacen relación a su capacidad para participar en la producción de sustancias diferentes.
Existe un cambio químico cunado una o varias sustancias se transforman en otra
Todo cambio químico va acompañado de la descomposición de unas sustancias y la formación de otras
Tanto la naturaleza de las sustancias como su composición cambian
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Cambios físicos y cambios químicos
Cuando se deja un portón de hierro sin anticorrosivo, a la intemperie, con el tiempo, éste se oxida y se destruye
Los óxidos que se producen presentan propiedades diferentes de las originales.
Los cambios químicos o reacciones químicas entre sustancias se representan por ecuaciones.
Las propiedades físicas de la materia se pueden dividir en dos grupos :
Intensivas O extensivas
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Cambios físicos y cambios químicos
Las propiedades extensivas son aquellas que dependen de la cantidad de materia que se tenga, como el volumen, la masa, la cantidad de sustancia del sitema y el peso.
Las propiedades intensivas no varían con la cantidad de materia que se tome. por este motivo no son propiedades aditivas. En otras palabras, las propiedades intensivas no dependen de la masa
El punto de fusión y el punto de ebullición entre otros, son constantes para cualquier cantidad de sustancia.
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Ejemplos de propiedades intensivas Temperatura Velocidad Volumen especifico Punto de ebullición Punto de fusión Una magnitud escalar Una magnitud vectorial La densidad
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Punto de fusión y ebullición de algunas sustancias
Sustancia Punto de fusión °C Punto de ebullición °C
Nitrógeno -210 -196
Hierro 1.535 3.000
Oxígeno -218 -183
Agua 0 100
Etanol -117 78,5
Aluminio 660 2.470
Plomo 327 1.744
Cobre 1.083 2.595
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Materia homogénea y heterogénea
Además de la clasificación de la materia, por sus propiedades físicas, es posible clasificarla con la forma en que se presenta en la naturaleza o su composición en homogénea y heterogénea
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Materia homogénea y heterogénea
Materia
Aparece en la naturaleza en forma Homogénea
Heterogénea
Mezclas Heterogéneas
como
Agua y aceite
Ejemplo
como
Aire ( N2 , O2)
Mezclas Homogéneas
Mezclas
gaseosas
como
Especialmente
Sustancias puras
compuestos Elementos
Dióxido
De carbono
CO 2Agu
a
H 2O Carb
ono, C
Hidrógeno, H
Oxígeno, O
Que son
comoEjemplo
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Materia heterogénea concepto de mezcla
La materia heterogénea se conoce generalmente como mezcla de dos o más sustancias puras en distintas proporciones donde cada una conserva su identidad, es decir, mantiene sus propiedades específicas. Ej.: agua y el aceite.
En algunas mezclas, los componentes pueden diferenciarse a simple vista y, por tanto, separarse fácilmente
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Materia heterogénea concepto de mezcla
Una mezcla de Mani y uvas pasas Un pedazo de cobre y una piedra pequeña en un vaso
de agua En otros, los componentes se pueden identificar
fácilmente, pero su separación no es tan sencilla; ej. Una mezcla de azufre y limaduras de hierro ; un pedazo de granito (compuesto por cuarzo, feldespato, entre otros)
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Materia heterogénea concepto de mezcla
Los componentes de algunas mezclas pueden ser separados mediante procesos físicos como:
Filtración Destilación Decantación Medios magnéticos
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Materia heterogénea concepto de mezcla
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Materia homogénea: concepto de sustancia pura
La materia homogénea es uniforme en cuanto a propiedades y composición: no existe variación en ninguna de sus partes : Ej.
Un trozo de metal de hierro El oxígeno puro Una solución de azufre En la materia homogénea, no se pueden distinguir las
partes que la componen: se presenta en una sola fase.
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Materia homogénea: concepto de sustancia pura
Las sustancias puras tienen propiedades y composiciones definidas y constantes, son tipos particulares de materia con propiedades físicas y químicas características.
Por tanto, pueden identificarse a partir de ellas Lo más frecuentes es identificar las sustancias por sus
propiedades físicas como: Densidad Punto de ebullición Punto de fusión; etc.…..
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Materia homogénea: concepto de sustancia pura
Cada sustancia pura tiene un valor definido para estas propiedades; Ej. El agua, al nivel del mar hierve a 100°C, a una atmósfera de presión, se congela a 0°C, y tiene una densidad de 1g/mL. Ningún otro liquido presenta estas características.
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Materia homogénea: concepto de sustancia pura
Las mezclas homogéneas están formadas por dos o más sustancias puras en proporciones variables, en algunos casos, sin limites
El aire es una mezcla homogénea de oxígeno, nitrógeno y otros gases.
Casi todas las mezclas de gases son homogéneas Un tipo particular de materia homogénea son las
soluciones. Solución de sal común NaCl en agua
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Las sustancias puras: elementos y compuestos
Los compuestos son tipos particulares de materia que se pueden descomponer en sustancias más simples o elementos diferentes, utilizando métodos químicos.
Los compuestos están formados por dos o más elementos combinados en proporciones definidas.
El agua ( H2O )
Dióxido de carbono ( CO2)
Alcohol etílico ( CH3CH2OH )
La acetona (CH3COCH3)
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Las sustancias puras: elementos y compuestos
Asociado con la formación de un compuesto está el concepto de combinación química
A diferencia de las mezclas, en una combinación siempre ocurre un cambio químico:
Los elementos que se combinan pierden sus propiedades como elementos y se forma una nueva sustancia con propiedades completamente diferentes
Los elementos en una combinación están en proporciones definidas.
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Las sustancias puras: elementos y compuestos
Las sustancias elementales o elementos, no se pueden dividir o descomponer en sustancias más simples por medios químicos
Ej. El oxígeno; el hidrogeno, el plomo, el hierro, el azufre, y el oro.
En la actualidad se conocen 109 elementos Se cree que todo el universo está formado a partir de
unas pocas sustancias puras elementales, que se combinan entre si de múltiples maneras
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Las sustancias puras: elementos y compuestos
La combinación de los elementos para formar compuestos obedece a las llamadas leyes ponderales de la química
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La ley de las proporciones definidas
Ley de Proust ( encontró que los elementos, al combinarse entre si para formar los compuestos, lo hacen en proporciones definidas de peso)
La ley se enuncia: “independientemente de su origen o masa, todo compuesto está formado siempre por los mismo elementos y en la misma proporción de peso”
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La ley de las proporciones definidas
Según la ley, la composición centesimal de un compuesto es constante.
Ej. El agua siempre estará formada por 88,88% oxígeno y 11,12% de hidrogeno
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La ley de las proporciones múltiples
Propuesta por John Dalton, conocida como ley de Dalton, describe las relaciones de peso que existe entre elementos que forman compuestos diferentes.
En términos generales, establece que : “cuando dos elementos E1 y E2 se combinan para formar dos o más compuestos las diferentes cantidades de E2 que se combinan con una cantidad fija E1 mantienen entre si una relación de números de enteros sencillos ”
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La ley de las proporciones múltiples
El carbono y el oxígeno se combinan para formar monóxido de carbono, CO, y dióxido de carbono, CO2.Explique la ley de las proporciones múltiples, tomando como referencia estos dos óxidos.
Solución: es de particular importancia saber y entender el enunciado de la ley.
El carbono y el oxígeno son dos elementos diferentes, que se combinan para formar dos compuestos diferentes el monóxido y el dióxido de carbono.
Según la ley, las dos cantidades de oxígeno que reaccionan con la misma cantidad de carbono en el CO y CO2 mantienen una relación de enteros sencillos
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La ley de las proporciones múltiples
Así, en el CO, se combinan 12 g de carbono con 16 g de oxígeno
En el CO2, los mismos 12 g de carbono se combinan con 32 g de oxígeno; la razón de 16 a 32 es la misma que la relación de 1 a 2, con lo cuál se cumple la ley.
Las cantidades de oxígeno que reaccionan con 12 g de carbono en los dos compuestos mantienen entre si una relación de 1 para CO a 2 para el CO2.
12 g (cantidad fija) de C O = 16 g O2 = 32 g
