ESCUELA NORMAL SUPERIOR ALMAFUERTE

10-14

Plan de clases

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Turno:

Curso:

Profesor del Curso: Snchez Hctor

Tema de la Clase: Unidad I La naturaleza corpuscular de la materia. Duracin: mdulos

Desarrollo de las clasesEstados de agregacin de la materiaLos estados de agregacin de la materia son las formas en las cuales la podemos encontrar en la naturaleza, estos son slido, lquido y gaseoso. Cada uno de esos estados posee determinadas caractersticas importantes, veamos algunas:

CaractersticaSlidoLquidoGaseoso

Forma

Volumen

Compresin

Fluidez-Tiene forma propia

- Tiene volumen propio

-No se pueden comprimir

-No pueden fluir-No tiene forma propia

-Tiene volumen propio

-No se pueden comprimir

-Pueden fluir-No tiene forma propia

-No tiene volumen propio

-Pueden ser comprimidos

-Pueden fluir

Existen otros estados especiales de agregacin de la materia, el estado de plasma, el cual podemos encontrar en las estrellas como el sol, el mismo consiste en un gas en el que a muy alta temperatura, sus molculas adquieren carga elctrica trasformndose en un gas ionizado. Dicho estado no va a ser estudiado en nuestro curso. El otro estado es el estado condensado de Bose-Einstein este estado consiste en un slido enfriado a temperaturas inferiores a -270C, en ese estado los ncleos atmicos se agrupan formando un supertomo con una nube electrnica a su alrededor, este estado recin se esta comenzando a estudiar por los cientficos.Cuando decimos que un cuerpo tiene forma propia, esto quiere decir que su forma no vara, y no necesita ser alojado en un recipiente.

Por el contrario cuando decimos que un cuerpo no tiene forma propia, es porque el mismo se adapta a la forma del recipiente que lo contiene.

Un cuerpo tiene volumen propio cuando ocupa siempre el mismo espacio, por ejemplo un litro de agua seguir siendo siempre un litro de agua sin importar la forma del recipiente.

Por el contrario un cuerpo no tiene volumen propio cuando siempre ocupa todo el recipiente sin importar su tamao, como el caso de los gases.

Teora cintico molecularEsta teora explica el comportamiento de las molculas de un slido, un lquido y un gas.

Las molculas de toda materia ejercen entre ellas fuerzas intermoleculares, por lo cual siempre estn en movimiento, a esa energa de movimiento la llamamos energa cintica y cuanto mayor sea el movimiento de las molculas, mayor ser su energa cintica, veamos ahora como se comportan las molculas en los 3 estados segn esta teora.

Slido:

En el slido las fuerzas intermoleculares son muy fuertes, por lo cual las molculas estn cercanas, fuertemente unidas y en una posicin fija y solo pueden vibrar. En este caso se dice que la energa cintica molecular es baja.

Lquido:

En el lquido, las fuerzas intermoleculares estn equilibradas, por lo que las molculas, estn cercanas y dbilmente unidas, y pueden deslizarse y moverse entre ellas. En este caso se dice que la energa cintica molecular es intermedia

Gaseoso:

Las fuerzas intermoleculares son muy dbiles, por lo cual las molculas ya no est unidas entre si, estn muy separadas y se mueven libres y desordenadas a gran velocidad. La energa cintica molecular es alta.Cambios de estado

La materia existe en diferentes fases o estados. Modificando la temperatura y la presin de una muestra de materia, sta puede pasar de uno de sus estados (slido, lquido o gaseoso) a otro; se trata de una transicin de fase o cambio de estado.

Anlisis de los cambios de estado segn la teora cintico molecular:Fusin: Si calentamos una muestra de una sustancia pura slida, y observamos que ocurre a medida que aumenta la temperatura en el termmetro, veremos que llegada una determinada temperatura, el slido comienza a fundirse, pasando al estado lquido. A esta temperatura la llamamos temperatura de fusin. Tambin podemos observar que la temperatura no sigue aumentando hasta que todo el slido se transforma en lquido. Debido al aumento de temperatura, las molculas del slido comienzan a aumentar su energa cintico-molecular, vibrando con mayor amplitud, esto produce que las fuerzas intermoleculares vayan disminuyendo. Cuando las fuerzas intermoleculares se equilibran, el slido pasa al estado lquido, en el cual las molculas estn dbilmente unidas pudiendo deslizarse entre ellas.Vaporizacin: Puede ocurrir de 2 formas, ebullicin evaporacin.

a. Ebullicin: Al calentar un lquido, la temperatura aumenta hasta que se llega a un punto que todo el ceno de la sustancia pasar al estado de vapor, en ese instante el lquido a llegado a su temperatura de ebullicin, y comienza a hervir. Como las molculas aumentan su energa cintico molecular, vibran con mayor amplitud y de esa forma las fuerzas intermoleculares se debilitan, entonces las molculas se mueven libres y desordenadas a gran velocidad en toda la sustancia.b. Evaporacin: La evaporacin es el pasaje de lquido a gas a cualquier temperatura inferior a la temperatura de ebullicin. Ocurre en la superficie de cualquier lquido en forma constante, a veces a gran velocidad como en el alcohol comn, muy lentamente como en los aceites.Diferencia entre Ebullicin y evaporacin: La ebullicin ocurre en toda la sustancia y a la temperatura de ebullicin, en cambio la evaporacin ocurre en la superficie y a cualquier temperatura.Diferencia entre gas y vapor: El vapor es un estado intermedio entre gas y lquido, esto ocurre cuando una sustancia se encuentra debajo de su temperatura crtica en aparente estado gaseoso. Por ejemplo la temperatura crtica del agua es de 374C, o sea que el agua para ser considerada como gas debe encontrarse a una temperatura superior a 374C.Volumen, masa, temperatura y presinVamos a realizar un estudio de las variables que afectan el estado de una sustancia gaseosa, estas variables son: Volumen, masa, temperatura y presin.1. VolumenEl volumen de una sustancia es el espacio ocupado por la misma, en los slidos y lquidos cuando la temperatura aumenta, estos se dilatan aumentando su volumen, por el contrario cuando se enfran estos se contraen. En los gases el hecho anterior es mucho ms notorio. Veamos como se calculan algunos volmenes caractersticos:Paraleleppedo

Esfera

Cilindro Prisma regular

Pirmide

rea de un polgono regular

Para calcular el rea de las bases usamos:

Area polgono regular

El volumen se puede medir por ejemplo en:Metro cbico___m3

Decmetro cbico___ dm3

Centmetro cbico___cm3Litros___

decilitro___d

Centililitro___cmililitro__mEquivalencias ejemplo:

Los traspasos se pueden realizar mediante regla de 3 simple.Ejemplo: Un gas ocupa el interior de un prisma pentagonal, cuya altura es de 20 cm, la medida de cada lado de la base es 5 cm y su apotema mide 3 cm. Cual es el espacio ocupado por la sustancia expresado en litros?Primero calculamos el rea de la base del prisma pentagonal:

Luego el volumen del prisma:

Ahora hacemos el traspaso de cm3 a dm3, y luego a litros:

1000 cm3_____1 dm3750 cm3_____X

y como 1 = 1 dm3, entonces tenemos 0,75 .Respuesta: El gas ocupar un volumen de 0,75 litros.2. MasaSe denomina masa a la cantidad de materia que tiene un cuerpo, la unidad de masa en el sistema internacional es el Kilogramo masa (kg). Un gas por ms pequeas que sean sus molculas, tiene masa. Las masas se miden con balanzas que trabajan comparando masas, por ejemplo la balanza de 2 platos y la balanza digital.Veamos algunas equivalencias:

1kg= 1000g(gramos)

1t (tonelada)= 1000kg

1gr=1000mg

Densidad: La densidad es una propiedad intensiva caracterstica de cada sustancia, que nos dice cuanta masa de determinada sustancia hay en un volumen determinado.

La unidad de densidad en el sistema internacional es el kg/m3.Ejemplo de clculo: se tiene una masa de 2800g de gas oxgeno encerrado en un paraleleppedo de 2mx1mx1m. Cul es su densidad?

Primero pasamos la masa de g a kg:

1000g_____1kg2800g_____X

La masa ser de 2,8 kg.Ahora calculo el volumen del paraleleppedo:

V=2mx1mx1m= 2m3Calculo la densidad:

Respuesta: La densidad de oxgeno ser de 1,4 kg/m3.

3. TemperaturaLa temperatura es una medida de la energa cintico molecular promedio de una determinada cantidad de materia. Para poder medirla el ser humano invent el termmetro. Los termmetros pueden ser mercuriales electrnicos. El termmetro mercurial utiliza la propiedad del mercurio de dilatarse con la temperatura, mientras que los electrnicos utilizan materiales elctricos sensibles a la temperatura.Los termmetros pueden tener distintas escalas, estas pueden ser la escala Celsius, la escala Kelvin, y la escala Fahrenheit. Veamos cada una de ellas.

Escala Celsius: Toma en el termmetro mercurial como 0C al punto de fusin del agua y como 100C al punto de ebullicin del agua, y divide esa distancia en 100 partes iguales.

Escala Fahrenheit: Toma en el termmetro mercurial como 32F al punto de fusin del agua y como 212F al punto de ebullicin del agua, y divide esa distancia en 180 partes iguales.

Escala absoluta (Kelvin): Toma como punto de partida la menor temperatura posible que puede tener la materia, que es de -273C, y le asigna el valor 0K.Todos estos sistemas de medicin de temperaturas estn relacionados entre si mediante la siguiente triple equivalencia:

Lo nico que hay que hacer es despejar la temperatura que queremos averiguar y reemplazar por el valor dato.

Ejemplo: Expresar en C la temperatura de una habitacin que se encuentra a 100F.

Despejo Tc.

Reemplazando queda:

Respuesta: la habitacin tendr una temperatura de 37,8C.Ejemplo: Se tiene una masa de hielo congelada a 23C bajo cero. Cunto ser su temperatura en kelvin?Despejo Tk.

Reemplazando queda:

Respuesta: La temperatura en kelvin ser de 250 k.

4. PresinCuando observamos a un esquimal caminar por la nieve, vemos que ellos no se hunden en la misma, esto se debe a que caminan sobre una especie de raquetas que distribuyen su peso corporal en una superficie mayor que la de los pies, disminuyendo as la presin ejercida sobre la nieve. Si intentamos caminar en la nieve solo con zapatos, a diferencia del esquimal nos hundimos, porque como la superficie de nuestros zapatos es menor, la presin sobre la nieve es mas fuerte. De esta manera llegamos a la conclusin de que la presin depende en forma directa de la fuerza aplicada e indirectamente de la superficie de aplicacin de esa fuerza. Podemos definir entonces a la presin como la fuerza aplicada por unidad de superficie. (Recordar experiencia del vaso con agua y jeringas)

Los gases como ya sabemos ejercen presin sobre las paredes del recipiente que lo contiene, como resultado de los choques de las molculas del gas con las paredes del recipiente.

La presin puede ser medida con instrumentos llamados manmetros, que pueden medir con las siguientes unidades de presin:

Atmosfera (atm): 1 atmosfera representa la presin ejercida por la atmsfera al nivel del mar.Milimetros de mercurio (mmMg): La longitud de una columna de mercurio tambin nos dice cual es la presin atmosfrica segn la experiencia de Torricelli realizada en el siglo XVII.Se puede establecer una relacin entre las atmsferas y los Mg., para realizar traspaso de unidades:

1atm=760 mmHgEjemplo: Se tiene una cmara de vaco, en la cual la presin atmosfrica es de 0,1 atmsferas. Cul es la presin que estn soportando las paredes de la cmara de vacio? Expresar el resultado en mmMg.La presin en las paredes es: 1atm-0,1atm= 0,9atm.

Traspaso de unidad: 1atm____760mmHg

0,9atm____X

Respuesta: La presin soportada por las paredes ser de 684 mmHg.

Pascal (Pa): Es otra unidad de medida de presin. Es normal que en los noticieros se informe la presin atmosfrica en pascales. Por ejemplo la presin de una atmosfera en C.N.T.P. es de 101300Pa (1013 hPa).1atm=1013hPaEjemplo: Calcular la presin del ejercicio anterior en hPa.

La presin en las paredes es: 1atm-0,1atm= 0,9atm.

Traspaso de unidad: 1atm____1013hPa

0,9atm____X

Respuesta: La presin soportada por las paredes ser de 911,7 hPa.

Gases idealesUn gas para ser considerado como ideal, debe cumplir con las siguientes caractersticas:

a. Sus molculas son extremadamente pequeas comparadas con la distancia que las separa a unas de otras, por lo que pueden ser consideradas como puntuales.b. Las fuerzas intermoleculares son tan dbiles, que se las puede considerar independientes entre si.c. Las molculas se mueven rpidamente a distintas velocidades y al azar, en trayectorias rectas chocando elsticamente entre si y con las paredes del recipiente.

d. La energa cintico-molecular promedio del gas es proporcional a su temperatura absoluta en Kelvin.

Si tomamos un gas real y lo estudiamos a bajas presiones, se pueden cumplir las condiciones anteriores, y lo podemos considerar como un gas ideal. Leyes de los gases ideales

1ra ley: Ley de Boyle MariotteRobert Boyle (1662) estudi la relacin entre la presin y el volumen de un gas a temperatura constante. Para ello introdujo un gas en un cilindro y lo fue comprimiendo gradualmente con un pistn obteniendo los siguientes valores:

P(atm)V()P*V(atm )

10,56030

21,03030

31,52030

42,01530

52,51230

Si observamos la tabla podemos comprobar que a medida que la presin aumenta, el volumen desciende. Sin embargo el producto P*V permanece constante, lo que nos lleva a postular:

Y adems:

Ejemplo: Se tiene una masa de gas dentro de un cilindro con un pistn cuyo volumen es de 8, a una presin de 1 atm, y temperatura de 0C. Si se mantiene la temperatura constante, Cul ser la presin que habr que aplicar al pistn para obtener un volumen de 4 ?

Resolucin:

Datos: T=Constante, P1: 1atm, V1=8, V2=4, P2=?

Despejo P2:

Respuesta: La presin aplicada deber ser de 2 atmsferas.

2da ley: Ley de Charles-Gay lussac

Los fsicos Charles y Lussac (1787) estudiaron el comportamiento de una masa de gas manteniendo la presin constante, y variando su temperatura. Para ello utilizaron un recipiente en el cual haba un gas encerrado con un tubo de vidrio graduado en el cual colocaron una gota de mercurio. A medida que calentaban el gas fueron observando las variaciones de volumen y confeccionaron una tabla como esta:T(K)V()V/T(/K)

12001,00,005

22501,250,005

33001,50,005

43501,750,005

54002,00,005

Si observamos la tabla podemos comprobar que a medida que la temperatura aumenta, el volumen aumenta. Sin embargo el cociente V/T permanece constante, lo que nos lleva a postular:

Y adems:

Ejemplo: Se tiene una masa de cloro gaseoso que ocupa un volumen de 0,6 a una temperatura de 0C. Si se mantiene la presin constante y se lo calienta hasta 106C Cual ser su volumen final?Resolucin:Datos: P=constante, V1=0,6 , T1=(0 + 273)K=273K, T2=(106*+273)K=379K, V2=?

Despejo V2:

Respuesta: Su volumen final ser de 0,833.

3ra ley: Ley de Gay LussacEl qumico francs Gay Lussac (1778-1823), encerr un gas en un recipiente no expansible, por lo cual el volumen del gas permanece constante. Entonces comenz a calentarlo con un mechero, aumentando la temperatura del gas, y tambin la presin. Con los datos obtenidos confeccion una tabla como la siguiente.T(K)P(atm)P/T(atm/K)

12001,00,005

22501,250,005

33001,50,005

43501,750,005

54002,00,005

Si observamos la tabla podemos comprobar que a medida que la temperatura aumenta, la presin aumenta. Sin embargo el cociente P/T permanece constante, lo que nos lleva a postular:

Y ademas:

Ejemplo: Se tiene una ampolla de vidrio cerrada hermticamente (o sea su volumen no varia), con un gas encerrado a 1,5 atm y 10C.

Cul ser su presin final si la ampolla se enfra a-10C?

Resolucin:Datos: V=cte., P1=1,5 atm, T1=(273+10)K=283K, T2=(273-10)K=263K, P2=?

Despejo P2:

Respuesta: La presin final en la ampolla ser de 1,39 atm.

Soluciones

Como sabemos una solucin es una mezcla homognea de sustancias, ejemplos son el agua salada diluida, el bronce, el latn, el aire, etc. En los laboratorios, la mayora de las reacciones qumicas se realizan en solucin debido a que as las reacciones se realizan ms rpido y de forma controlada y sencilla.

Una solucin (SV)(SC)est formada por:

a. El solvente: Es la sustancia que se presenta en mayor cantidad en la solucin.

b. El soluto(SL): Son las sustancias que se presentan en menor cantidad que el solvente, puede ser una ms sustancias.

Es decir una solucin est formada por uno o ms solutos y un solvente.

SC=SL+SV

Las soluciones se pueden presentar en diferentes estados de agregacin (slido,lquido o gas), por ejemplo las aleaciones son mezclas homogneas de distintos metales, por ejemplo, acero, latn y bronce.Composicin centesimal

Una solucin puede ser expresada en los porcentajes de cada sustancia que la compone. Veamos un ejemplo:

Se tiene una mezcla gaseosa compuesta por 200g de Oxgeno, 20g de nitrgeno y 5 g de vapor de agua. Calcular su composicin centesimal.

SC= 200g+20g+5g=225g

ConcentracinEs una medida de la proporcin de soluto que hay en una solucin. Cuanto mayor proporcin de soluto tiene una solucin, ms concentrada ser. La concentracin de una solucin puede ser expresada como %m/m, %m/v, %v/v.a. %m/m: Es la concentracin expresada en g de soluto cada 100g de solucin.

b. %m/v: Es la concentracin expresada en g soluto cada 100 m de solucin.

c. %v/v: Es la concentracin expresada en m de soluto cada 100m de solucin.

Ejemplo1: Se tiene una solucin de 30g alcohol etlico, en 500g de agua. Calcular la concentracin de alcohol etlico en %m/m.SC=SL+SV=30g+500g=530g

530gSC______30gSL

100gSC______X

Respuesta: La concentracin de alcohol etlico es de 5,66g/100g, o lo que es lo mismo 5,66%m/m.Ejemplo2: Se tiene una solucin de 979m, en la cual 5m corresponden a hidrxido de sodio NaOH. Determinar la concentracin de NaOH en %v/v.

979mSC______5mSL

100mSC______X

Respuesta: La concentracin de NaOH ser de 0,51m/100m o lo que es lo mismo 0,51%v/v.Ejemplo3: Se tienen 7,2g de KNO3 nitrato de potasio puro, y se disuelven en agua, para obtener una solucin de 913ml. Calcular la concentracin de KNO3 en %m/v.

913mSC______7,2gSL

100mSC______X

Respuesta: La concentracin de KNO3 ser de 0,788g/100m.Solubilidad

La solubilidad es la capacidad mxima de disolucin de un soluto en un solvente. Esta tendr un valor que depender de:

a. El soluto utilizado

b. El solvente utilizado

c. La presin y temperatura de la solucin.

La solubilidad se mide por lo general en:

Un ejemplo claro es la solubilidad de sal en agua a 20C, la sal se disolver hasta completar 36g por cada 100g de agua (Ssal=36g/100g), superado este valor se comenzar a depositar sal en el fondo del recipiente.Ejemplo: Calcular cuanto KCl (cloruro de potasio) se puede disolver en 355g de agua a 20C.Datos: SKCl=34g/100g, SC=355g.100gSV______34gSL

355gSV______X

Respuesta: En 355g de agua se podrn disolver 120,7g de KCl.

Como dijimos al principio, la solubilidad depende tambin de la temperatura de la solucin. Veamos algunos ejemplos:

Solubilidad en agua (gSL/100gSV)

Sustancia0C20C40C

AgNO3 Nitrato de plata122222376

NaCl Cloruro de sodio35,73636,6

Ca(OH)2 Hidrxido de calcio0,180,160,14

CO2 Dixido de carbono0,3340,170,10

KBr Bromuro de potasio556575

Saturacin de solucionesSi tomamos un vaso con agua, y le agregamos de a poco por ejemplo sal, vemos que al principio la sal se disuelve por completo, en este caso nos encontramos ante una solucin no saturada. Si continuamos agregando sal llegaremos a un estado lmite en el cual ya no disolver mas sal, alcanzamos el punto de solubilidad mxima, y estamos frente a una solucin saturada. Si continuamos agregando sal vemos que ya no se disuelve mas, y se comienza a depositar en el fondo del recipiente, entonces tenemos una solucin sobresaturada. Si una solucin es no saturada su concentracin ser menor a su solubilidad.

Si una solucin es saturada su concentracin ser igual a su solubilidad.

Si una solucin es sobresaturada su concentracin ser mayor a su solubilidad.

Ejemplo: Determinar la saturacin de una solucin de 140g de Nitrato de plata en 50g de agua.

Resolucin: Primero calculo la concentracin en gSL/100gSV.50gSV_________140gSL

100gSV________X

Respuesta: Como 280g/100g es mayor que la solubilidad 122g/100g, se trata de una solucin saturada.

Propiedades fsicas de las solucionesCuandoseaadeunsoluto a un solvente, se alteran algunas propiedades fsicas del disolvente. Al aumentar la cantidad del soluto, sube el punto de ebullicin y desciende el punto de solidificacin. Por ejemplo para la refrigeracin de los motores de los automviles, se aade un anticongelante (soluto), como el 1,2-etanodiol (HOCH2CH2OH).ColoidesAlgunos tipos de soluciones no son totalmente homogneos al ser observados al microscopio, es decir se ven partculas de distintas sustancias. A estos tipos de soluciones las llamamos Coloides. Tcnicamente denominamos coloides a las soluciones cuyas molculas tienen un tamao entre 10-7 y 10-4cm. Los coloides pueden ser clasificados como Soles, emulsiones aerosoles.DisolucinSolutoSolventeEjemplo

SolSlidoLquidoGelatina, gel, leche Mag, suspensiones

EmulsinLquidoLquidoMayonesa, leche

AerosolSlido lquidoGasHumo, pintur, niebla

Bibliografa:La enciclopedia del estudiante Tomo 7 (Fisica-quimica) Ed. Santillana

La enciclopedia del estudiante Tomo 2 (Matemtica II) Ed. SantillanaFsica I Maistegui-Sbato Ed. Kapeluz

Fsica II Maistegui-Sbato Ed. Kapeluz

Qumica, principio y aplicaciones Sienko-Plane Ed. Mc Graw Hill

Merceologa Beguet Ed. Cesarini

Enciclopedia Encarta 2009

Enciclopedia Wikipedia

1 = 1 dm3=1000cm3=1000m

Altura

Base

Base

Sublimacin inversa

Apotema

Sublimacin inversa

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Plan de clase total

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